就像从喷射器的下腹部卸下的过度包装的手提箱一样，称为外泌体的分子书包从身体的所有细胞中不断地展开 - 每个细胞都充满了各种内容，而另一个细胞可以打开并使用。通过发送这些生物包裹，细胞通过共享蛋白质和遗传物质相互通信。
曾经只是被认为是微观的细胞“垃圾”，外来体现在被认为对我们的健康具有极大的重要性。近年来研究的流出甚至表明它们可以运输与癌症和神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症的传播有关的分子。然而，直到最近，他们在大脑发育中的作用仍然是一个谜。
在美国国家科学院院刊上发表的一项新研究中，Hollis Cline博士及其在斯克里普斯研究中心的同事们开始通过证明外泌体不仅是神经元和神经回路发育的组成部分来弥合这一知识差距，但它们可以恢复受发育疾病影响的脑细胞的健康。
“在大脑发育的不同阶段，细胞之间的信号传递是绝对必要的，”斯克里普斯研究部神经科学系联合主席兼Dorris神经科学中心主任Cline说。 “我们发现外泌体是细胞传递这些信号的方式之一。”
我们的身体使用称为“囊泡”的球形容器来输送细胞内和细胞内的不同物质。外泌体是一种囊泡，专门用于将各种生物载体 - 脂质，蛋白质，RNA - 从一个细胞运输到另一个细胞。 Cline的研究确定，特别是蛋白质负责外泌体的细胞间信号传导能力。
她的研究小组检查了来自健康人类神经元的外泌体和来自Rett综合征疾病模型的外泌体，这是一种导致自闭症症状的遗传驱动的发育性脑疾病。
Cline实验室的神经科学家Pranav Sharma博士设计了实验，以清楚地识别和比较健康神经元和患病神经元的外泌体生物活性。通过多种细胞和功能测定，他们发现受Rett影响的外泌体不含任何有害蛋白质，但也没有在健康外泌体中发现的必需信号蛋白。 “他们没有坏东西，但缺乏好东西，”夏尔马说。
作为实验的一部分，该团队使用CRISPR基因编辑技术来纠正导致Rett综合征的突变，然后检查是否恢复了神经外泌体的信号功能。 “修复突变可逆转赤字，”夏尔马说。
他们还测试了将健康的外泌体添加到Rett综合征的培养皿模型中是否会提供治疗效果。它做了。
“这可能是我们最令人兴奋的发现：来自健康细胞的外泌体确实可以挽救Rett综合征细胞的神经发育缺陷，”Cline说。 “我们认为这很有希望，因为需要治疗的许多神经发育障碍。这些疾病我们已经深入了解潜在的基因缺陷，但仍缺乏治疗疾病本身的疗法。”
Sharma说，该研究依赖于来自Rett患者的诱导多能干细胞（iPSCs）的人类神经元。在实验的这个方面，该团队利用了加州大学圣地亚哥分校神经科学和干细胞专家Alysson Muotri博士的专业知识。为了获得表征外泌体所需的丰富且可量化的蛋白质组学数据，该团队与Scripps Research的其他几位合作，包括质谱先驱John Yates III博士和Yates实验室的科学家Daniel McClatchy博士。
“大脑是一个非常复杂的器官，神经元比正常细胞更复杂，”夏尔马说。 “我们不想迷失在复杂性中，因此我们决定采用简化方法来测试这些囊泡的能力和含量。”
他们还将健康的外泌体注入小鼠海马体 - 一个参与学习和记忆的大脑区域 - 并观察到神经元增殖增加。该研究的体内方面证明了在细胞培养物中观察到的外来体生物活性被带到动物模型中。
凭借其出色的发现，Cline和她的团队现在打算深入研究他们的结果并探索与外泌体生物活性和潜在临床应用相关的一系列新问题：可以在血液测试中测量外泌体以检测疾病或治疗效果吗？这些发现是否也适用于自闭症谱系障碍（ASD）和其他神经发育疾病，如脆性X？基于外泌体的疗法有朝一日可以帮助患有脑部疾病的患者吗？
“这项研究与许多与大脑发育有关的疾病具有重要意义，”Cline说。 “这是非常有趣的生物学，有很多科学家对这些可能性感到兴奋。”
——文章发布于2019年7月22日
