【2024-34期】This Week in Extracellular Vesicles

本周hzangs在最新文献中选取了12篇分享给大家，第1篇文章介绍了目前纳米颗粒在神经退行性疾病治疗诊断中的研究进展；第2篇文章综述了运动通过优化细胞外囊泡从而在癌症预防和治疗中发挥作用；第4篇文章介绍细胞外囊泡等纳米颗粒作为药物递送系统在眼部疾病中的研究进展；第7篇文章介绍了金黄色葡萄球菌中的膜囊泡生物发生的调节机制；第11篇文章介绍了工程化细胞外囊泡在心脏移植急性排斥中的治疗应用前景。
1.Hybrid nanostructures for neurodegenerative disease theranostics: the art in the combination of biomembrane and non-biomembrane nanostructures. 用于神经退行性疾病治疗诊断的混合纳米结构：生物膜和非生物膜纳米结构结合的艺术。[Transl Neurodegener] PMID: 39192378摘要：神经退行性疾病 (NDD) 的诊断仍然具有挑战性，现有的治疗方法效果甚微。NDD 药物输送可以通过利用纳米结构来实现，从而实现多模态 NDD 治疗诊断。然而，生物膜和非生物膜纳米结构都具有内在的缺陷，必须通过杂交来解决，以创建在 NDD 治疗诊断中具有多种应用的新型纳米结构。混合纳米结构表现出更好的生物相容性、固有的靶向能力、智能响应性和可控的药物释放。本文简要概述了用于 NDD 治疗诊断的混合纳米结构的最新发展，并强调了用于整合各种纳米结构的各种工程方法，包括脂质体、外泌体、细胞膜和非生物膜纳米结构，如聚合物、金属和水凝胶。使用组合技术可以显著提高混合纳米结构的精度、智能性和功效，因此可以作为更强大的 NDD 治疗诊断方法。本文还讨论了混合纳米结构的治疗转化中出现的问题，并探讨了该领域的潜在未来前景。
2.From sweat to hope: The role of exercise-induced extracellular vesicles in cancer prevention and treatment. 从汗水到希望：运动诱导的细胞外囊泡在癌症预防和治疗中的作用。[J Extracell Vesicles] PMID: 39183543摘要：人们越来越认识到，定期进行体育锻炼有利于预防癌症，减少疲劳、治疗副作用和复发，提高癌症患者的生活质量和总体生存率。初步研究表明，在体育锻炼过程中，细胞外囊泡 (EVs) 的浓度会增加，并且 EVs 携带生物活性物质。这些 EVs 由参与运动的血细胞、骨骼肌和其他器官释放，因此表明 EVs 可能在运动过程中介导组织串扰。这种可能性引发了人们对 EVs 在系统适应运动中的作用及其在预防和治疗包括癌症在内的各种疾病中的潜在应用的研究的极大兴趣。本综述介绍了探索运动过程中释放的 EVs 的浓度和分子物质的研究。此外，我们讨论了可能触发各种细胞类型 EVs 释放的假定刺激、生物学功能以及运动诱导的 EVs 对癌症发展和进展的影响。了解运动、EVs 和癌症生物学之间的相互作用可能为癌症的新治疗策略和预防措施提供见解。
3.Visceral adipocyte-derived extracellular vesicle miR-27a-5p elicits glucose intolerance by inhibiting pancreatic β-cell insulin secretion.内脏脂肪细胞衍生的细胞外囊泡 miR-27a-5p 通过抑制胰腺 β 细胞胰岛素分泌引起葡萄糖不耐受。[Diabetes] PMID: 39186314摘要：肥胖引起的胰腺β细胞功能障碍可能与微小RNA（miRNA）水平的变化有关。然而，miRNA在这些过程中的作用仍然难以捉摸。在这里，我们表明胰岛miR-27a-5p主要由内脏脂肪细胞衍生的细胞外囊泡（EV）递送，这种miR-27a-5p在肥胖小鼠中显着增加并损害胰岛素分泌。消耗miR-27a-5p可显著改善db/db小鼠的胰岛素分泌和葡萄糖不耐受。支持EV的miR-27a-5p作为关键致病因素的作用，静脉注射含有miR-27a-5p的EV显示它们在小鼠胰岛中的分布。在内脏脂肪中追踪注射的 AAV-miR-27a-5p (AAV-miR-27a) 或AAV-FABP4-miR-27a-5p (AAV-FABP4-miR-27a) 会导致 EVs 和血清中的 miR-27a-5p 上调，并引发小鼠胰腺 β 细胞功能障碍。从机制上讲，miR-27a-5p直接靶向 L 型 Ca2+ 通道亚型 CaV1.2 (Cacna1c) 并减少 β 细胞中的胰岛素分泌。过度表达小鼠CaV1.2 可在很大程度上消除 miR-27a-5p 引起的胰岛素分泌损伤。这些发现揭示了 EVs 的 miR-27a-5p 在肥胖相关 2 型糖尿病中内脏脂肪细胞介导的胰腺 β 细胞功能障碍中的致病作用。
4.Innovative Nanotechnology in Drug Delivery Systems for Advanced Treatment of Posterior Segment Ocular Diseases. 药物输送系统中的创新纳米技术用于眼后段疾病的先进治疗。[Adv Sci (Weinh)] PMID: 39031809摘要：眼底疾病，包括糖尿病视网膜病变 (DR) 和年龄相关性黄斑变性 (AMD)，严重影响全球视觉健康，导致视力受损和不可逆失明。由于存在多种生理和解剖障碍，将药物输送到眼后节仍然是一项挑战。传统的药物输送方法通常被证明是无效的，并且可能引起副作用。纳米材料具有体积小、表面积大、特性可调和生物相容性的特点，可增强药物的渗透性、稳定性和靶向性。眼部纳米材料范围广泛，包括脂质纳米材料、聚合物纳米材料、金属纳米材料、碳纳米材料、量子点纳米材料等。这些创新材料通常与水凝胶和外泌体结合使用，旨在解决多种机制，包括巨噬细胞极化、活性氧 (ROS) 清除和抗血管内皮生长因子 (VEGF)。与传统方式相比，纳米药物实现了有规律和持续的给药，减少了给药频率，延长了药物作用时间，并最大限度地减少了副作用。本研究深入探讨了药物输送到眼后段时遇到的障碍，并强调了纳米药物所取得的进展。从长远来看，这些发现为下一代眼部药物输送系统和更深入的临床研究铺平了道路，旨在改进治疗，减轻患者的负担，并最终改善全球视力健康。
5.Microneedle-Delivered PDA@Exo for Multifaceted Osteoarthritis Treatment via PI3K-Akt-mTOR Pathway. 通过 PI3K-Akt-mTOR 通路微针递送 PDA@Exo 用于多方面骨关节炎治疗。[Adv Sci (Weinh)] PMID: 39206714摘要：骨关节炎 (OA) 的特点是软骨退化、软骨下骨变化和炎症微环境。该研究介绍了微针递送聚多巴胺外泌体 (PDA@Exo MN)，这种治疗方法不仅可以保护软骨和促进骨再生，还可以通过增强渗透能力改善局部药物输送。PDA@Exo MN 表现出强大的活性氧 (ROS) 清除能力和高生物相容性，可促进成骨并平衡软骨中的合成代谢和分解代谢过程。它将巨噬细胞极化从 M0 引导到抗炎 M2 表型。经治疗的软骨细胞的 RNA 测序显示细胞功能恢复，抗氧化反应激活，炎症途径受到调节。PI3K-AKT-mTOR通路的激活对 PDA@Exo 的作用至关重要，已通过生物信息学和蛋白质印迹法得到证实。体内评估有力地证实了 PDA@Exo MN 可防止软骨退化和 OA 进展，组织学评估和微型 CT 分析也支持了这一结论，凸显了其改善疾病的作用。PDA@Exo MN 具有出色的生物相容性，经组织学 (H&E) 和血液测试证实没有器官损伤，这强调了其对 OA 治疗的安全性和有效性，使其成为一种新颖的多功能骨科纳米医学方法，具有器官友好性和生物安全性。
6.Simultaneous detection of membrane protein and mRNA at single extracellular vesicle level by droplet microfluidics for cancer diagnosis. 利用液滴微流体技术同时检测单个细胞外囊泡水平的膜蛋白和 mRNA 以进行癌症诊断。[J Adv Res] PMID: 39197817摘要：同时检测单个细胞外囊泡 (EV) 中的蛋白质和 mRNA 可以全面分析特定的 EV 亚群，从而显著推进癌症诊断。然而，开发一种灵敏且用户友好的方法来同时检测单个EV 中的多维生物标志物仍然具有挑战性。为了促进 EV 中多维生物标志物的分析并促进其临床应用，我们提出了一种多功能液滴数字系统，该系统可在单个 EV 水平上同时检测膜蛋白和 mRNA，具有高灵敏度和特异性。首先制备抗体-DNA 偶联物用于 EV 蛋白质生物标志物识别和信号转换。与组装的三重液滴数字 PCR 系统相结合，开发了一种多功能液滴数字分析检测方法，可在单个 EV 水平上同时检测膜蛋白和 mRNA。我们的新液滴数字系统显示出高灵敏度和特异性。此外，它的临床应用在乳腺癌队列中得到了验证。正如预期的那样，与任何单一类型的标志物检测相比，该检测通过联合检测 EVs 蛋白和 mRNA 标志物，在区分乳腺癌与健康个体和良性对照方面表现出了卓越的性能，尤其是对于早期乳腺癌患者（AUC=0.9229）。因此，本研究提出了一种有前途的策略，通过在单个 EV 水平上同时检测蛋白质和 mRNA 来准确识别和分析特定的 EV 亚群，具有未来临床应用的巨大潜力。
7.Alkaline shock protein 23 (Asp23)-controlled cell wall imbalance promotes membrane vesicle biogenesis in Staphylococcus aureus. 碱性休克蛋白 23（Asp23）控制的细胞壁失衡促进金黄色葡萄球菌中的膜囊泡生物发生。[J Extracell Vesicles] PMID: 39193667摘要：膜囊泡 (MV) 由所有生命领域的物种产生，具有多种生理功能和有希望的应用。虽然革兰氏阴性菌囊泡形成的机制已经很明确，但负责革兰氏阳性菌 MV 生物发生的遗传决定因素和调控因子仍然很大程度上未知。在这里，我们证明替代sigma 因子 B (SigB) 中的 Q225P 替换通过阻碍 SigB 与 asp23 启动子的特定结合，从而抑制碱性休克蛋白 23 (Asp23) 的表达，触发金黄色葡萄球菌菌株 Newman 中的 MV 产生。asp23 的同源缺失也会促进 Newman 中的 MV 形成，证实了sigB 和 asp23 在调节金黄色葡萄球菌囊泡形成中发挥的关键作用。虽然细菌生长和细胞质膜流动性没有受到影响，但 asp23 突变会削弱细胞壁并增强自溶，这与调节胞壁质水解酶活性的 alpha 型 psm 和 lrgAB 表达减少相一致。TEM 和蛋白质组学分析表明，Newman 和 asp23 缺失突变体产生的 MV 具有几乎相同的形态和组成，但毒力相关因子在 asp23 突变体的 MV 中显著富集。总体而言，这项研究揭示了金黄色葡萄球菌囊泡形成的新型遗传决定因素，并加深了对金黄色葡萄球菌中 MV 生物发生的生理学的理解。
8.Inhalable Stem Cell Exosomes Promote Heart Repair After Myocardial Infarction. 可吸入干细胞外泌体促进心肌梗死后的心脏修复。[Circulation] PMID: 39186525摘要：外泌体疗法显示出修复损伤后心脏的潜力。然而，诸如半衰期短和缺乏明确靶点等内在挑战阻碍了临床可行性。在这里，我们报告了一种心肌梗死 (MI) 后通过吸入输送外泌体的无创且可重复的方法，我们称之为干细胞衍生的外泌体雾化疗法 (SCENT)。对干细胞衍生的外泌体进行尺寸分布和表面标志物表征。患有 MI 模型的 C57BL/6 小鼠连续 7 天通过雾化器接受外泌体吸入治疗。进行超声心动图检查以监测 SCENT 后的心脏功能，组织学分析有助于研究心肌修复。对整个心脏进行单细胞 RNA 测序以探索 SCENT 的作用机制。最后，在 MI 猪模型中证明了 SCENT 的可行性、有效性和总体安全性，并借助三维心脏磁共振成像进行了验证。我们发现，体外 IVIS 成像和荧光显微镜检测到 SCENT 后外泌体募集到缺血心脏。在 MI 小鼠模型中，SCENT 通过改善左心室功能、减少纤维化组织和促进心肌细胞增殖来改善心脏修复。使用 SCENT 后小鼠心脏的单细胞 RNA 测序进行的机制研究表明，内皮细胞 (EC) 中的 Cd36 下调。在EC-Cd36fl/- 条件性敲除小鼠模型中，抑制 EC 中的脂肪酸转运蛋白 CD36 导致心脏葡萄糖利用率补偿性增加和 ATP 生成增加，从而增强心脏收缩力。在猪中，心脏磁共振成像显示，与对照组相比，SCENT 治疗后心肌梗死后第 28 天射血分数 (Δ=11.66±5.12%) 和缩短分数 (Δ=5.72±2.29%) 增加，梗死面积减少，心室壁增厚。这说明，在啮齿动物和猪模型中，我们的数据证明了 SCENT 治疗急性心肌梗死损伤的可行性、有效性和总体安全性，为临床研究奠定了基础。此外，EC-Cd36fl/- 小鼠模型提供了第一个体内证据，表明条件性 EC-CD36 敲除可以改善心脏损伤。我们的研究为心脏病提供了一种非侵入性治疗选择，并确定了新的潜在治疗靶点。
9.Engineered Extracellular Vesicle-Based Nanoformulations That Coordinate Neuroinflammation and Immune Homeostasis, Enhancing Parkinson's Disease Therapy. 基于细胞外囊泡的纳米制剂可协调神经炎症和免疫稳态，增强帕金森病的治疗。[ACS Nano] PMID: 39145985摘要：虽然常规干预小胶质细胞可以在短期内缓解神经炎症，但外周炎症细胞引起的免疫紊乱会持续渗透，导致帕金森病 (PD) 的免疫微环境过度活跃。在这里，我们设计了基于工程化细胞外囊泡的纳米制剂(EVN) 来解决 PD 管理的多种因素。具体而言，EVN 是通过将富含 CCR2 的间充质干细胞衍生的细胞外囊泡 (MSCCCR2EVs) 涂覆到二氢丹参酮 I 负载的纳米载体 (MSeN-DT) 上而开发的。MSCCCR2EVs（EVN 的外壳）可以主动显示对黑质中特定趋化因子 CCL2 的归巢，这使它们能够阻止外周炎症细胞的浸润。有趣的是，EVN的核心MSeN-DT可以通过抑制小胶质细胞铁死亡，促进Nrf2-GPX4通路抑制炎症源头，在PD模型小鼠中取得满意的治疗效果，抑制外周炎症细胞浸润，精准调控黑质炎症小胶质细胞，促进行为改善和修复受损神经元。如此，缓解炎症和调节免疫稳态的组合密码可以重塑PD的免疫微环境，连接内部抗炎和外部免疫。这一发现揭示了一种全面的PD治疗模式，打破了免疫过度激活的恶性循环。
10.Neurovascular coupling, functional connectivity, and cerebrovascular endothelial extracellular vesicles as biomarkers of mild cognitive impairment. 神经血管耦合、功能连接和脑血管内皮细胞外囊泡作为轻度认知障碍的生物标志物。[Alzheimers Dement] PMID: 38958537摘要：轻度认知障碍 (MCI) 是痴呆症的前驱阶段。了解从健康老龄化到 MCI 的机制变化对于理解疾病进展和实施预防干预至关重要。在功能性近红外光谱 (fNIRS) 记录期间对 MCI 患者和年龄匹配的对照 (CN) 进行认知任务，并使用小颗粒流式细胞术评估血浆细胞外囊泡 (EV) 水平的变化。我们发现，与 CN 相比，MCI 的神经血管耦合(NVC) 和功能连接 (FC) 降低，尤其是在左背外侧前额叶皮质 (LDLPFC) 中。我们观察到与 CN 相比，MCI 患者的脑血管内皮 EV (CEEV) 与总内皮 EV 的比率增加，这与 MCI 中的结构性 MRI 小血管缺血性损伤相关。 LDLPFC NVC、CEEV 比率和 LDLPFC FC 在随机森林组分类中具有最高的特征重要性。
11.Reactive Oxygen Species Responsive Multifunctional Fusion Extracellular Nanovesicles: Prospective Treatments for Acute Heart Transplant Rejection. 活性氧反应性多功能融合细胞外纳米囊泡：急性心脏移植排斥的预期治疗方法。[Adv Mater] PMID: 38949397摘要：心脏移植为终末期心力衰竭患者提供了挽救生命的治疗方法；然而，缺血再灌注损伤 (IRI) 和随后的免疫反应仍然是重大挑战。目前的治疗方法主要针对适应性免疫，可用于解决 IRI 和先天免疫激活的选择有限。虽然植物来源的囊泡状纳米颗粒在控制疾病方面显示出良好的前景，但它们在器官移植并发症中的应用尚未得到探索。在这里，这项工作开发了一种携带雷帕霉素 (FNVs@RAPA) 的新型活性氧 (ROS) 响应多功能融合细胞外纳米囊泡，以解决心脏移植中的早期 IRI 和 Ly6C+Ly6G 炎症巨噬细胞介导的排斥反应。FNV 包括具有抗炎和抗氧化特性的柑橘外果衍生的细胞外纳米囊泡，以及表达具有巨噬细胞靶向能力的钙网蛋白的间充质干细胞膜衍生的纳米囊泡。一种新型 ROS 响应生物正交化学方法有助于将 FNVs@RAPA 主动靶向递送至心脏移植部位，有效缓解 IRI 并促进 Ly6C+Ly6G-炎性巨噬细胞向抗炎表型极化。因此，FNVs@RAPA 代表了一种有希望的治疗方法，可减轻早期移植并发症和免疫排斥。融合靶向递送策略提供了卓越的心脏移植部位富集和巨噬细胞特异性靶向，有望改善移植结果。
12.Portable Aptasensor Based on Parallel Rolling Circle Amplification for Tumor-Derived Exosomes Liquid Biopsy.基于平行滚环扩增的便携式适体传感器，用于肿瘤来源的外泌体液体活检。[Adv Sci (Weinh)] PMID: 38923850摘要：我们开发了一种无需分离和标记的便携式适体传感器，用于快速灵敏地分析肿瘤来源的外泌体（TEX）。它集成了平行滚环扩增（RCA）反应、金属离子或小分子与核酸特异性构象的选择性结合以及低成本、高灵敏度的手持式荧光计。例如，肺癌在其外泌体上两种典型生物标志物（粘蛋白 1 和程序性细胞死亡配体 1（PD-L1））的靶标。适体对靶标的亲和力调节 RCA 产物（T-Hg2+-T 和富含胞嘧啶 (C) 的单链 DNA）的量，进而影响量子点 (QDs) 和亚甲蓝 (MB) 的荧光强度。结果表明，手持式荧光计对细胞来源的外泌体的检测限 (LOD) 可低至 30 个颗粒mL-1。此外，通过分析 40 份临床样本，其特异性、敏感性和曲线下面积 (AUC) 分别为 93% (14/15)、92% (23/25) 和 0.956。使用手持式荧光计重新测试其中 16 份样本，发现荧光计结果与临床计算机断层扫描 (CT) 和病理学结果高度一致。
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