Science Bulletin 丨纤毛外体:细胞信号塔发送的重要微囊泡包裹

发布者:杨哲作者:发布时间:2023-11-16浏览次数:10

  近日,山东师范大学/南开大学周军教授研究团队在Science Bulletin发表了题为“Ciliary ectosomes: critical microvesicle packets transmitted from the cell tower”的专家评介文章,对纤毛外体的发生机制和生物学功能进行了总结,并讨论了该领域未来的研究方向和发展趋势。

  胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是一类由细胞分泌到胞外环境的具有双层膜结构的囊泡。研究发现胞外囊泡含有丰富的内含物(包括核酸、蛋白、脂质等),可以作为重要的信号传递分子,介导细胞-细胞间甚至细胞-个体间的信息传递,参与细胞通讯、机体功能调节、疾病发生等多种过程。根据囊泡产生方式的不同,可以将胞外囊泡划分为外泌体(exosomes)和微囊泡(microvesicles)。其中,外泌体的产生涉及细胞质膜内陷、细胞内多泡体形成、多泡体胞吐等多个过程,因此外泌体的产生依赖于细胞的内体系统。与之不同的,微囊泡则是细胞质膜通过向外出芽的方式产生。最新的研究发现,纤毛膜也可以通过出芽方式释放胞外囊泡,这一特殊来源的微囊泡被称为纤毛外体(ciliary ectosomes)。纤毛是突出于细胞表面的毛发状细胞器,是重要的细胞信号接收平台,在胚胎发育和组织稳态调控过程中发挥重要作用。纤毛外体的发现提示,纤毛不仅可以作为细胞的信号接收器感受外界刺激,而且可以作为细胞的信号塔向外释放传递信号。随着对纤毛外体认识的深入,越来越多的证据表明纤毛外体在细胞间通讯甚至个体间信息交流中发挥了独特的生物学功能,提示该研究领域具有重要的科学意义和广阔的发展前景。

  上个世纪六七十年代,研究人员利用电镜观察到单细胞生物莱茵衣藻可以通过鞭毛(一类具有运动能力的纤毛)向胞外环境释放囊泡。由于技术受限等原因,这些囊泡的生物学功能并不清楚。近些年,随着组学技术的不断发展,纤毛外体的相关研究开始有了新的进展。研究发现,衣藻鞭毛释放的外体在衣藻有性生殖和无性生殖过程中都发挥重要作用。一方面,在有性生殖过程中鞭毛释放的外体可以吸引异性配子,促进配子对的融合;另一发面,在无性生殖过程中鞭毛释放的外体含有多种蛋白酶,参与母细胞细胞壁的酶解破裂过程,对子代细胞的释放至关重要。与此同时,研究人员发现秀丽隐杆线虫的神经元纤毛也可以释放纤毛囊泡。这些神经元纤毛释放的囊泡在调控线虫生殖行为过程中同样发挥重要作用。除此之外,纤毛外体还参与了自身纤毛稳态的调控过程。细胞通过释放纤毛外体,可以快速地改变纤毛内的物质组成,实现对纤毛长度和信号通路的灵活调控。

  动物细胞同样也可以观察到纤毛外体的释放。研究人员通过组学手段分析纤毛外体的物质组成,发现哺乳动物细胞分泌的纤毛外体富含纤毛特异性分布的蛋白和脂质成分。在功能上,哺乳动物的纤毛外体参与了细胞周期依赖性的纤毛长度的调控。另外,在纤毛病患者的体液中也发现了一类富含纤毛特异性蛋白的胞外囊泡,尽管尚无直接证据表明这些胞外囊泡由纤毛释放,但是这一类特殊胞外囊泡的发现提示纤毛外体可能在相关疾病的发生发展过程中发挥作用。然而,相较于衣藻和线虫纤毛外体的研究,高等动物相关的研究由于研究体系复杂等原因仍有待进一步深入。

  该文在总结国内外纤毛外体研究进展的同时,也进一步提出了该领域研究的新方向。文章提出,由于神经系统和泌尿系统都存在纤毛,并且可以获得大量的体液用来分离纯化外体,有利于深入挖掘高等动物纤毛外体的信号传递功能,因此这两个系统可能是研究高等动物纤毛外体生物学功能较好的选择。

  该专家评介文章第一作者为山东师范大学威斯尼斯人5158cc-集团欢迎您赵惠杰教授,通讯作者为赵惠杰教授和周军教授。该研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金的支持。