全新視角：外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)
細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）是細(xì)胞釋放的各種具有膜結(jié)構(gòu)的囊泡統(tǒng)稱，根據(jù)囊泡的大小、合成方式、生物學(xué)性質(zhì)等，EVs又會(huì)分成不同的亞型。1983年，Harding等人發(fā)現(xiàn)綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞在成熟過(guò)程中分泌的小于50nm的小囊泡可以傳遞蛋白到細(xì)胞外；這類小囊泡被Johnstone于1987年命名為“Exosome”，即外泌體1；隨后，1996年Raposo等發(fā)現(xiàn)B淋巴細(xì)胞分泌的EVs可以呈遞抗原激活T淋巴細(xì)胞，參與免疫調(diào)控，我們才逐步認(rèn)識(shí)到EVs的重要性。
圖1 細(xì)胞外囊泡的生物學(xué)、功能和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用2
隨著研究的不斷深入，EVs的分類不斷演變，但它們通常分為兩大類：微粒/微囊泡（ectosomes），外泌體（exosomes）。二者的關(guān)鍵性差異體現(xiàn)在合成方式上，微囊泡通過(guò)質(zhì)膜直接向外出芽產(chǎn)生，其直徑通常為50~1000nm。相比之下，外泌體則是先經(jīng)過(guò)細(xì)胞膜內(nèi)陷，在細(xì)胞內(nèi)完成包裝過(guò)程后再被釋放到細(xì)胞外，直徑通常為40~160nm。
圖2 外泌體的異質(zhì)性2
由于來(lái)源細(xì)胞類型不同、大小不同、包含內(nèi)容物不同，導(dǎo)致外泌體是一群高度異質(zhì)性的群體。同時(shí)，由于外泌體可以包含膜蛋白、胞質(zhì)蛋白、核蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等多種類型的蛋白質(zhì)，決定了外泌體是細(xì)胞間通訊、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要介質(zhì)。越來(lái)越多的研究表明，外泌體廣泛參與疾病的各種進(jìn)程，以腫瘤為例，在多種癌癥類型中均已報(bào)道了來(lái)自癌細(xì)胞的外泌體在轉(zhuǎn)移部位引起實(shí)質(zhì)信號(hào)反應(yīng)，對(duì)遠(yuǎn)端微環(huán)境重塑以增強(qiáng)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，如Webber等人報(bào)道的癌細(xì)胞外泌體表面的TGFβ通過(guò)增加αSMA和FGF2的表達(dá)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞活化3。
圖3 外泌體的潛在應(yīng)用領(lǐng)域4
正因?yàn)橥饷隗w廣泛的參與各種生物學(xué)進(jìn)程，其在醫(yī)療領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景，主要包括疾病診斷，治療和藥物遞送三個(gè)方面。隨著超微量蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，更是讓以外泌體來(lái)源的標(biāo)志物、藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)成為了可能。盡管多項(xiàng)研究表明外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)在早期腫瘤檢測(cè)，指導(dǎo)治療策略選擇的價(jià)值，但是關(guān)于外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)仍有很多未知信息，例如各個(gè)組織來(lái)源的外泌體標(biāo)志物、分辨腫瘤與非腫瘤的外泌體標(biāo)志物、特定癌種類型的外泌體標(biāo)志物。
2020年，康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在Cell (IF=66.849) 雜志發(fā)表了題為Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers5的論文，作者對(duì)來(lái)自人源的426個(gè)外泌體樣本進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，系統(tǒng)性的展示了外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)在腫瘤檢測(cè)、癌癥種類區(qū)分的巨大價(jià)值。文章核心內(nèi)容如下：
01.不同癌種的外泌體蛋白特異性
通過(guò)對(duì)比分析胰腺癌和肺腺癌患者的癌、癌旁的外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)，作者確定了外泌體蛋白質(zhì)組在不同的腫瘤類型之間存在異質(zhì)性，并且能夠反應(yīng)對(duì)應(yīng)癌癥類型的生物學(xué)特征。肺腺癌的蛋白質(zhì)組主要富集在細(xì)胞周期、代謝和RNA加工相關(guān)通路，而胰腺癌主要富集EMT以及肌動(dòng)蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)到通路等。
圖4 胰腺癌、肺腺癌中顯著差異蛋白，其中多與細(xì)胞周期、代謝和RNA加工通路相關(guān)
02.血漿外泌體蛋白組用于癌癥診斷
通過(guò)對(duì)120例（分為16種癌種的77名癌癥患者樣本以及43名健康人樣本）血漿外泌體進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，作者鑒定出了與不同免疫球蛋白相關(guān)蛋白的組合，對(duì)癌癥的檢測(cè)具有高特異性的預(yù)測(cè)結(jié)果，達(dá)到95%敏感性和90%特異性，表明血漿來(lái)源的外泌體蛋白可用于液體活檢以進(jìn)行癌癥診斷。
圖5 多種癌種的血液外泌體蛋白組特征及機(jī)器學(xué)習(xí)分類
03.血漿外泌體蛋白可區(qū)分不同癌癥類型
作者對(duì)五種不同癌癥患者（乳腺癌、結(jié)直腸癌、肺癌、胰腺癌和間皮瘤）的血漿樣本進(jìn)行外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定到30個(gè)可區(qū)分不同原發(fā)性腫瘤的外泌體蛋白，進(jìn)一步對(duì)五種癌癥類型外泌體分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論癌癥分期如何，樣本均能基于原發(fā)腫瘤類型進(jìn)行聚類。更重要的是，與實(shí)體瘤來(lái)源外泌體相比，血漿外泌體能夠更好區(qū)分不同癌癥類型，溯源性更好。
圖6 基于血漿外泌體對(duì)癌癥類型分類
該研究從健康、癌癥患者的不同組織、血液、體液來(lái)源外泌體出發(fā)，利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)找到了適用于不同樣本類型的外泌體腫瘤特異性標(biāo)志物，證明了外泌體蛋白質(zhì)組學(xué)用于早期癌癥檢測(cè)、治療等方面的巨大價(jià)值。
貝普奧生物實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)展示
貝普奧生物已經(jīng)完成了多個(gè)外泌體樣品的實(shí)測(cè)，在測(cè)試樣品中，利用SISPROT針對(duì)微量樣品的優(yōu)勢(shì)，分別對(duì)兩種典型來(lái)源的外泌體樣本蛋白進(jìn)行了樣品前處理，約5μg左右不同起始量的血漿來(lái)源外泌體樣品中穩(wěn)定鑒定出約4000種蛋白質(zhì)，細(xì)胞來(lái)源外泌體樣本中可鑒定達(dá)到6500+種蛋白質(zhì)。在鑒定結(jié)果中，鑒定到了相當(dāng)高比例的膜蛋白marker及外泌體marker，如CD63、CD81、ALIX、SDCBP、TSG101等均被靈敏檢出且排名在前50%以內(nèi)，為后續(xù)探討細(xì)胞通訊、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
利用SISPROT技術(shù)對(duì)外泌體分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
針對(duì)如外泌體的超微量樣品，貝普奧生物獨(dú)家專利的SISPROT前處理試劑盒不受物種來(lái)源限制，兼容多樣化樣品類型、對(duì)超微量樣品的高靈敏度和強(qiáng)穩(wěn)定性，非常適合用于研究組織微環(huán)境、細(xì)胞異質(zhì)性等涉及樣品量稀少的研究。
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參考文獻(xiàn)
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5、Ayuko Hoshino et al., Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers, Cell, 182(4):1044-1061, 2020.
深圳市貝普奧生物科技有限公司是一家于2022年1月在深圳成立的蛋白質(zhì)組學(xué)研發(fā)型高科技公司。作為蛋白質(zhì)組學(xué)上游市場(chǎng)解決方案提供商，公司致力于對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的研發(fā)成果進(jìn)行商業(yè)開發(fā)及轉(zhuǎn)化。團(tuán)隊(duì)以受多項(xiàng)專利保護(hù)的蛋白質(zhì)組學(xué)前處理系列產(chǎn)品為切入點(diǎn)，通過(guò)臨床功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)平臺(tái)為目標(biāo)市場(chǎng)提供全流程解決方案。
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