外泌体（Exosome）是细胞外囊泡（EVs）三种亚型之一，其直径约为30-150nm，密度为1.13-1.19g/mL。外泌体具有独特的理化性质，可被大多数类型细胞释放并在体液中循环。外泌体内部包含着其来源细胞的产生的脂质、蛋白质、mRNA、miRNA和DNA等物质，在免疫反应、细胞程序性死亡、细胞间的物质传递与信息交流等方面起到重要作用。众所周知，生殖过程是一个复杂的调节过程，从卵子和精子的发生、成熟到受精，胚胎早期发育、妊娠的识别与建立、维持怀孕甚至分娩泌乳过程主要由神经系统、内分泌系统和免疫系统通过内分泌、旁分泌和自分泌等方式来调节。目前越来越多的证据表明，外泌体作为一种信息分子载体，能够通过血液循环和组织液分泌的方式参与生殖过程的调节，其在生殖发育与生殖疾病过程中发挥了重要作用，其内含物可能成为生殖疾病的诊断生物标志物或治疗候选物。
2023年3月11日，北京农学院畜禽生殖育种与生殖生理团队王相国副教授课题组在国际学术期刊Materials Today Bio发表了题为：Exosomes: New regulators of reproductive development的长篇综述(2023 Mar 11;19:100608)，讨论了外泌体在哺乳动物早期繁殖中扮演的角色，包括配子发生、受精、早期胚胎发育、植入、胎盘形成和妊娠过程维持。
图1、外泌体在精子发生和成熟过程中的作用
越来越多的证据表明，来自精浆的外泌体参与精子发生、修饰和受精能力的调节。睾丸中支持细胞分泌的外泌体可以进入生精小管进而调节精子分化过程（图1A）。睾丸生精小管产生的精子不具备生育能力（图1B）。外泌体在精子离开睾丸进入附睾过程中对精子进行修饰。附睾外泌体（附睾体）主要来源于附睾液，其中附睾头和附睾尾部来源的附睾外泌体的内含物不同。附睾外泌体主要调节精子的运动性（CSRC和MIF）、受精过程（SPAM1、GLIPR1L1和金属蛋白酶）和顶体反应（LIRIα3）。精液中的精子尚未完全发挥功能，必须首先进行获能，外泌体中前列腺素可以驱动获能反应并调节女性生殖道的免疫反应（图1C）。
图2、外泌体在卵子发生中的作用
卵泡和卵丘细胞之间的交流对于卵泡成熟以及产生能够受精和支持胚胎随后发育的卵母细胞至关重要。卵泡液（FF）衍生的外泌体在各种生殖过程中发挥着至关重要的支持作用，如卵丘扩张和卵母细胞的减数分裂恢复、卵巢生理、调节输卵管以备受精和胚胎发育（图2A）。卵丘外泌体（Oc-Exo）可以改善卵丘细胞的生理状态，包括细胞密度、活力和增殖，并减少活性氧的积累和细胞凋亡（图2B）。
图3、外泌体对受精的调节
精子需要通过阴道、子宫和输卵管才能到达受精部位，来自女性生殖道细胞的外泌体在维持精子受精能力方面发挥着重要作用。（当精子通过子宫时，子宫来源的外泌体（子宫体）对精子受精至关重要，能增强其穿过卵丘细胞的能力图3A）。当精子通过输卵管时，携带特异性糖蛋白膜Ca2+-ATpase 4（PMCA4）的卵母细胞外泌体（Oc-Exo）到达精子表面，增加对透明带水解的抵抗力，使透明带变硬，减少多精子受精，提高精子活力，防止精子过早获能（图3B）。在精子-卵子融合过程中，精液来源的外泌体和卵母细胞外泌体（Oo-Exo）已被证明在顶体反应中发挥重要作用（图3C）。
图4、外泌体在早期胚胎发育中的作用
哺乳动物植入前胚胎的发育包括从受精到植入的这段时间。在胚胎从输卵管迁移到子宫的过程中，胚胎经历不同的发育阶段（卵裂、桑椹胚、囊胚和原肠胚）。来自输卵管的外泌体对胚胎的发育具有积极作用。子宫外泌体可以促进胚胎植入（miR-30d）和诱导胚胎滞育（转运Let-7并靶向C-MYC/mTORC1和mTORC2）。在胚胎游离阶段，囊胚来源外泌体可以通过miR-661抑制胚胎粘附，并通过LINC00478和ZNF81降低转录水平。此外，内细胞团ICM外泌体还可以通过层粘连蛋白和纤连蛋白促进囊胚的发育。
图5、外泌体在胚胎植入中的作用
胚胎在子宫内的植入主要取决于子宫内膜和囊胚之间的交流。囊胚由内细胞团ICM和滋养层细胞（Tc）组成。子宫内膜来源的外泌体调节囊胚的凋亡和粘附（通过FBlN1、CYR61、CD55、HSPG2、miR-30d、PRDX2、IDHC等），影响子宫生理（通过ICM、VEGF、JAK-STAT、TLR、S100A4、ANXA2等），促进滋养层细胞增殖，增加粘着斑激酶的磷酸化和纤维连接蛋白的产生。同时，胚胎来源的外泌体与整合素相互作用，刺激滋养层细胞增殖分化（通过JNK和FAK）并调节子宫免疫系统（通过CTCS、IL6、CASP4、IKBKE和miR-98）。
图6、外泌体在胎盘形成和妊娠中的作用
滋养细胞（Tc）衍生的外泌体在胎盘形成过程中参与调节胎儿血液供应（通过VEGFA、miR-126–5p等）和促进滋养层细胞的侵袭（通过MMPs、MAPK和miR-486–5p运输）（图6A）。同时，子宫内膜细胞衍生的外泌体增加滋养层细胞的迁移和侵袭（通过N-钙粘蛋白和SMAD2/3），并促进血管生成。在妊娠期间，Tc衍生的外泌体促进巨噬细胞进入M2表型，增加单核细胞的迁移（通过IL-1β、IL-6、GCSF、GM-CSF和TNF-α），并调节NK细胞的活性（通过IL-10、ISG和IFN-τ）（图6B）。
总之，生殖过程是一个复杂的调节过程，从配子发生、成熟到受精过程调节、妊娠识别与建立、胚胎植入过程、胎盘形成、妊娠维持乃至分娩和泌乳过程都有外泌体的参与。外泌体及其内含物对于生殖过程调控和生殖疾病的早期诊断具有重要作用。以激素作为核心的内分泌调节依然是生殖过程的主要调节方式，并且具有时空差异性。例如，发情周期的四个时期在时间和空间中受不同激素的调节。到目前为止，大部分已发表的文献研究了外泌体在理想繁殖环境中的调节作用，没有太多描述神经、内分泌和免疫状态对外泌体发挥繁殖调节作用的影响。因此，在后续的研究中应该多多考虑相关影响。鉴于外泌体介导了多种生殖生理和病理过程，因此利用外泌体的高度生物相容性、低免疫原性及其穿越胎盘屏障的能力。进一步使用归巢分子表面修饰生产外泌体药物输送系统靶向生殖器官和生殖过程将在生殖药物开发和生殖疾病新的治疗方式领域发挥更大的作用。
参考文献：
Exosomes: New regulators of reproductive development. Mater Today Bio. 2023 Mar 11; 19:100608. doi: 10.1016/j.mtbio.2023.100608.
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