Science子刊！单个外泌体表征技术助力神经元外泌体研究

2024-01-09256

外泌体是包含了复杂 RNA 和蛋白质的小膜泡，是细胞间信号传输的载体。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体，它们广泛存在于血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁等体液中，参与细胞间通讯。近年来，外泌体的研究热度持续攀升，已成为当前生命科学和基础医学研究的一大热点，在 2023 年国家自然科学基金获批项目中，外泌体研究相关项目的总数近 390 个，立项的总金额突破 1.5 亿元。但由于外泌体的尺寸（ 30~200 nm ），常规的光学显微镜无法对其进行成像分析，因此很少有技术能够对单个外泌体进行物理表征和蛋白分型。

美国 NanoView Biosciences 公司推出的全自动外泌体荧光检测分析系统 ExoView 系统，采用了特殊的 SP-IRIS 成像技术，只需要少量样品即可一次完成外泌体计数、粒径、蛋白表达、蛋白共定位、亚群分布的分析。全自动外泌体荧光检测分析系统 ExoView 于 2018 年被推出后，便引起了外泌体领域科研工作者的广泛关注，目前在世界范围内已近 100 多个实验室采用该技术，发表文献超过 270 篇。进入 2023 年，使用 ExoView 发表的论文出现井喷性增长，到11月份已经发表了超过 85 篇。本文选取了一篇在高水平期刊《Science Advances》发表的比较有代表性的文章，来说明 ExoView 在神经元外泌体研究领域的具体应用。

全自动外泌体荧光检测分析系统 ExoView 系统

案例解析

神经源性外泌体 ( NDEV ) 是神经系统疾病的潜在生物标志物，但是尚未有具体研究验证其作为分子靶点的可靠性。Yang You^[1]等使用超分辨率显微镜和生化分析技术，证明了 ATPase Na+/K+ 转运亚基 α3 ( ATP1A3 )与 NDEV 生物标记物 NCAM1 和 L1CAM 相比，ATP1A3在从人神经元、大脑、脑脊液和血浆中分离的外泌体 ( EV ) 中显著大量表达。此外，免疫沉淀的 ATP1A3+ 脑源性外泌体的蛋白质组学分析显示，与 NCAM1+ 或 LICAM+ 外泌体相比，与阿尔茨海默病 ( AD ) 相关的突触标记物和内容物蛋白的富集度更高。单颗粒分析显示，在 AD 样本的血浆中淀粉样蛋白-β 阳性的 ATP1A3+ 外泌体的数量升高，因此与其他血浆生物标志物相比，检测淀粉样蛋白-β 可以更准确地诊断 AD。总之，ATP1A3 是从生物体液中分离 NDEV 用于诊断研究的可靠靶点。

其中，研究人员使用全自动外泌体荧光检测分析系统-ExoView对人的兴奋性神经元 ( iNeurons )、脑组织 ( Brain )、脑脊液 ( CSF ) 来源的外泌体进行分析，并使用 ATP1A3、NCAM1 和 L1CAM 的荧光抗体进行荧光标记。iNeuron-EV 的结果显示与 NCAM1 和 L1CAM 相比，在被芯片的抗体捕获的外泌体中 ATP1A3 + 百分比更高，特别是被 CD9 抗体捕获尤其明显（图 1A 和 1B ）。然而被 CD9 和 CD81 抗体捕获的 Brain-EV 中的 NCAM1+ 百分比较高，被 CD63 抗体捕获的 Brain-EV 和 CSF-EV 的 ATP1A3+ 颗粒更高（图 2A ），荧光成像图也验证了这样的结论（图 2B ）。总之，这些结果表明人的神经元来源的外泌体具有异质性。

图1. ExoView检测人的兴奋性神经元来源的外泌体的数量和进行荧光成像

图2.ExoView检测人的脑组织、脑脊液来源的外泌体的数量和进行荧光成像

在上述这篇文章中，科学家借助美国 NanoView Biosciences 公司研发的全自动外泌体荧光检测分析系统-ExoView，在无需纯化，操作简单的条件下直接检测了样本中的外泌体，且一次结果直接输出外泌体粒径，绝对数目，蛋白表型，不同亚群的含量、多色荧光成像图，为外泌体的检测做出了重要贡献。

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■ 南方医科大学在《Chemical Engineering Journal 》发表文章

■ 南方医科大学珠江医院在《Bioengineering & Translational Medicine 》发表文章

■ 上海大学在《Journal of extracellular vesicles 》发表文章

■ 中国科学院深圳先进技术研究院在《Lab on a Chip 》发表文章

■ 北京天坛医院、国家纳米科学中心、北京航空航天大学在《Advanced Science 》发表文章

■ 同济大学附属上海市肺科医院、上海思路迪转化医学团队在《Journal of Nanobiotechnology 》发表文章

■ 山东千佛山医院在《NANO LETTERS 》发表文章

■ 陕西师范大学在《Food & Function 》发表文章

■ 南京大学在《Frontiers in Cell and Developmental Biology 》发表文章

■ 中山大学在《ACS NANO 》发表文章

■ 北京理工大学在《Acta Pharmaceutica Sinica B 》发表文章

■ 中南大学湘雅二医院在《International Journal of Nanomedicine 》发表文章

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参考文献：
[1] Yang You …& Tsuneya Ikezu. (2023) ATP1A3 as a target for isolating neuron-specific extracellular vesicles from human brain and biofluids. SCIENCE ADVANCES , 9, eadi3647.