外泌体多组学创新解决方案，精准、前沿的疾病诊断生物标志物

2023-06-29 09:56:31, APT-MKT 上海中科新生命生物科技有限公司

# 外泌体的生物发生途径及作用机制

1983年，科学家首次在绵羊红细胞中发现了外泌体。1987年，Johnstone将其命名为“Exosome”。外泌体是由细胞分泌的，大小约40-100nm的盘状囊泡。由脂质双层包裹的外泌体被释放到细胞外环境中，包含来自原始细胞的复杂内容物，包括核酸、蛋白质、脂质等重要生物信号物质。

外泌体的主要作用是信息传递。外泌体发挥功能作用一般是通过其表面膜蛋白与受体细胞靶向结合实现的，通过受体-配体作用、内吞或内化、与靶细胞的膜融合将核酸、蛋白质、脂质等成分传递至受体细胞胞浆内，再与受体细胞的活性成分相互作用，从而引起相应的功能改变。

外泌体发生及作用机制

2013年，三位外泌体领域的科学家荣获“诺贝尔奖”，这让“Exosome”这个名词再次进入大众视角。近几年随着精准医疗的提出，外泌体作为生物标志物的研究持续升温，全球科研大咖纷纷扎堆此领域，有关外泌体方向的文章陆续发表在Science、Nature等各大顶级期刊上，外泌体已然成为生命科学、基础医学研究的一大热点。

# 外泌体作为疾病诊断的生物标志物

外泌体存在于各种细胞类型中，包括肿瘤细胞。它们可以从多种生物体液中（如血液、尿液、唾液等）分离出来，其主要的作用是参与细胞间物质运输和信息传递，因携带大量特定的蛋白质、核酸、信号分子、脂质等可反映细胞水平的异常，并且与多种疾病的发生和发展过程密切相关，因此可用作疾病诊断的生物标志物。全球外泌体相关企业近1/3布局外泌体生物标志物体外诊断业务，根据BCC Research关于外泌体的研究报告，外泌体诊断市场预计将从2021年的5710万美元增长到2026年的3.219亿美元，2021年至2026年的复合年增长率为41.3%。作为新兴体外诊断技术，在肿瘤及其他多种慢性疾病的筛查和诊断等领域应用前景巨大。

2.1

外泌体miRNA

外泌体中的RNA包括mRNA、miRNA和lncRNA等，这些RNA可以作为疾病的潜在标志物。2023年美国加州贝克曼研究中心Ajay Goel研究团队在《Mol Cancer》上发表了一篇名为“An exosome-based liquid biopsy signature for pre-operative identification of lymph node metastasis in patients with pathological high-risk T1 colorectal cancer”的研究论文。在该研究中发现，一组miRNA（miR-181b，miR-193b，miR-195和miR-411）在Exo-miRNA panel和Cf-miRNA panel中的淋巴结转移（LNM）方面表现出强大的能力，并建立了循环系统和外泌体组合panel，在两个独立的临床队列中成功验证。因此，基于外泌体miRNA的新型液体活检在术前环境中可有效识别有LNM风险的T1 CRC患者。这可能在临床上具有变革性，可以减轻这种恶性肿瘤的重大过度治疗负担。

2.2

外泌体蛋白质组学

多项研究表明，肿瘤细胞外泌体中的一些特定蛋白质，在癌症的早期诊断和预后评估中具有很高的准确性。2022年9月22日四川大学华西医院雷建勇教授团队在《Nature》上发表了一篇名为The updated role of exosomal proteins in the diagnosis, prognosis, and treatment of cancer的综述文章。文章系统阐述了外泌体蛋白对癌症生物学的影响，以及外泌体蛋白在癌症诊断和预后中的最新应用进展，并说明了外泌体蛋白在癌症治疗中的潜在应用。

2.3

外泌体脂质组

外泌体膜上的脂质成分可以反映肿瘤细胞的来源和转移途径，因此也可以作为肿瘤诊断和预后评估的方法。如脂质体大小和成分的变化可以作为肿瘤发生和转移的指示器，特定的脂质组分在不同类型的肿瘤中具有差异性，这些差异性可以用于癌症的诊断和预后评估。2022年9月，重庆医科大学第一附属医院苟欣教授团队首次发现驱动膀胱癌血管生成的新机制，以“Bladder Cancer-Derived Small Extracellular Vesicles Promote Tumor Angiogenesis by Inducing HBP-Related Metabolic Reprogramming and SerRS O-GlcNAcylation in Endothelial Cells”为题在线发表于《Advanced Science》。该研究团队结合外泌体蛋白质组学和脂质组学，首次发现在缺乏营养的肿瘤微环境中，BCa细胞和ECs之间存在一种新的代谢关联，即依赖于BCa细胞分泌的小细胞外囊泡（sEVs）作为媒介传递氨基己糖生物合成途径的关键限速酶——GFAT1。它作为一个关键的代谢开关，通过增加EC中氨基己糖生物合成途径的通量，实现葡萄糖代谢重编程，从而促进膀胱癌血管生成，为靶向治疗膀胱癌血管生成提供了新策略。

# 中科新生命外泌体多组学一站式创新解决方案

中科新生命与中科新生命特聘技术专家顾问、美国普渡大学终身教授陶纬国老师深度合作、潜心研发，完成从外泌体提取、表征到数据挖掘的外泌体多组学一站式解决方案，推动外泌体在精准医学领域的快速发展。

陶纬国老师在《PNAS》上发表基于乳腺癌患者血浆外泌体磷酸化诊断标志物的研究成果，首次开拓了外泌体磷酸化蛋白作为诊断研究标志物的应用，也为肿瘤标志物研究提供了更多可能。

3.1

外泌体富集提取新方法

采用特异性外泌体高效富集方法Evtrap（Extracellular Vesicles Total Recovery And Purification），与传统超离提取方法相比，Evtrap得率更高，特异性更强。

外泌体提取优化实验流程图及提取效果比对

3.2

外泌体表征

·外泌体形态鉴定

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，简称TEM)，可以看到在光学显微镜下无法看清的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。双层囊膜结构（亚显微结构）是外泌体重要标志之一，利用透射电镜可以很好的拍出外泌体双层囊膜结构，用来观察外泌体形态。

·外泌体浓度和大小

通过纳米颗粒示踪分析(Nanoparticle Tracking Analysis,NTA)技术，可以对10-2000nm范围内的纳米颗粒进行快速实时动态检测，测量参数包括颗粒粒径、散射光强、浓度等，利用NTA技术对抽提获得的外泌体进行粒径大小及数量进行统计，以及初步质量评估。

·外泌体表面标志物——蛋白质印迹法

蛋白质印迹法（免疫印迹试验）即Western Blot。它是分子生物学、生物化学和免疫遗传学中常用的一种实验方法。通过提取外泌体总蛋白，用Western Blot方法对目的蛋白进行相对定量，了解其在外泌体中的富集情况，或通过特有外泌体标志物（CD63/ CD81/ CD9/ TGS101等）的 Western Blot鉴定说明样本为外泌体。