细胞表面囊泡的分子组分鉴定、结构或功能预测及初步验证

Extracellular vesicles (EVs) have recently been in the spotlight due to easy isolation and purification, multiple physiological functions including intercellular communication, and usage as drug delivery systems. Cell-bound membrane vesicles are generally regarded as the precursor of extracellular vesicles in previous literature due to similar shape and size. Moreover, due to lack of an isolation/purification method, cell-bound membrane vesicles are poorly understood and neglected by researchers. Our recently reported study shows that cell-bound membrane vesicles are a novel type of vesicles but not the precursor of extracellular vesicles. Moreover, we recently found a simple method for the isolation and purification of cell-bound membrane vesicles. This project seeks to promote this method, characterize the molecular components of cell-bound membrane vesicles via the techniques of lipidomics and proteomics, and then predict and test the structure or functions of cell-bound membrane vesicles. This project helps to initiating a new research field in cell biology and attracting more attention.

由于能够被有效分离和纯化，以及具有重要的生物学功能（例如细胞间信息传递）、且可用作药物载体，微纳米尺度的细胞外囊泡是近年来国际上的一个研究前沿和热点。由于相似的形态和大小，微纳米尺度的细胞表面囊泡通常被默认为细胞外囊泡释放前的前体物，更因缺乏分离和纯化细胞表面囊泡的方法和技术，目前对细胞表面囊泡的结构和功能知之甚少，也不受研究者的关注和重视。而我们的近期研究表明，细胞表面囊泡是一种新型未知囊泡，并非细胞外囊泡的前体物。在前期预实验中，我们已发现一种巧妙方法可分离和纯化细胞表面囊泡。本项目拟进一步完善这个分离方法，再通过脂质组学和蛋白组学的相关技术，对分离纯化的细胞表面囊泡进行分子组分分析，在此基础上对细胞表面囊泡的结构或功能进行预测，并进行初步的细胞实验验证。本项目有助于开启细胞生物学领域一个全新的研究方向（即细胞表面囊泡），吸引更多对细胞表面囊泡的关注和重视。

细胞表面存在很多纳米尺度的囊泡，为了与近年来国际上研究前沿和热点关注的“细胞外囊泡”相区别，我们称之为“细胞表面囊泡”。前期，我们初步鉴定了细胞表面囊泡很可能是一种新型未知囊泡，并非细胞外囊泡的前体物。由于缺乏分离和纯化细胞表面囊泡的方法或技术，目前对其结构和功能等知之甚少，也不受研究者的关注和重视。为此，本项目对细胞表面囊泡开展了如下一些方面的研究（主要研究内容）：囊泡分离纯化方法的建立、在活细胞表面的单囊泡运动追踪、作为药物载体潜在可能性的初步验证，以及主要蛋白组分和潜在功能的初步分析。我们利用细胞表面囊泡的去污剂耐受性能成功建立了一个从贴壁生长的活细胞表面分离、纯化出细胞表面囊泡的有效方法，为后续的组分和功能研究等打下了坚实的技术基础；通过建立活细胞表面单囊泡追踪的方法，我们发现细胞表面囊泡的产生和运动很可能是由细胞骨架调控，且受多种条件（例如细胞活化和细胞质膜流动性等）的影响，且细胞表面囊泡的运动方向与细胞迁移的方向密切相关，这些发现对于理解细胞表面囊泡的性质、行为和功能等有重要的科学意义；使用阿霉素（一种常用的抗肿瘤化疗药物）、几种肿瘤细胞模型和小鼠肿瘤模型，我们初步成功测试了分离的细胞表面囊泡作为药物载体的潜在可能性；通过蛋白质组学技术和差异蛋白的生物信息学分析，从细胞表面囊泡上鉴定出上千种蛋白，其中包括一些高丰度的具有抗氧化活性的蛋白（例如PRDX家族蛋白等），且与抗氧化生物过程和蛋白互作等相关，初步显示细胞表面囊泡含有抗氧化活性蛋白、具有潜在的抗氧化功能，暗示着细胞表面囊泡不仅可以作为药物载体，其自身也具有潜在的针对某些疾病的抗氧化疗效。此外，我们还对分离纯化的细胞表面囊泡做了脂质组学的初步检测，有待后续实验的验证。因此，本项目的研究结果对于理解细胞表面囊泡的组成、结构、运动和功能等有重要的科学意义，为其潜在临床应用价值打下了坚实的理论基础，也有助于未来吸引更多来自国际、国内的对细胞表面囊泡的关注和重视。