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【系列】血液中的宝藏:外泌体诊断

2016/04/19 来源:生物通
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导读
产前基因筛查是血液检测的一个重要应用,不过其他循环生物学指标正在受到越来越多地关注,比如甲基化、RNA、微囊泡和外泌体。为了帮助大家更好的分析甲基化、分离囊泡、提取RNA、存储样本和分析数据,The Scientist杂志最近与多位专家学者探讨了检测不同血液生物学指标的策略,贡献出了相应的注意事项和实验技巧。


血液是唯一与所有器官都有接触的组织,携带着有关机体的大量宝贵信息。在理论上,检测血液携带的 DNA、RNA、囊泡和细胞残骸可以帮助人们诊断和监控各种疾病。产前基因筛查是血液检测的一个重要应用,不过其他循环生物学指标正在受到越来越多地关注,比如甲基化、RNA、微囊泡和外泌体。为了帮助大家更好的分析甲基化、分离囊泡、提取RNA、存储样本和分析数据,The Scientist杂志最近与多位专家学者探讨了检测不同血液生物学指标的策略,贡献出了相应的注意事项和实验技巧。

外泌体蛋白

外泌体发现于上世纪八十年代中期,直到近几年才开始引起科学家们的注意。外泌体是机体绝大部分细胞都能分泌的一种小囊泡,直径在40-100nm之间。一些外泌体相当于膜形成的垃圾袋,是细胞清除特定大分子的一种途径。另一些外泌体是细胞之间的一种通讯工具,能够对细胞功能产生影响。

在过去很长一段时间里,外泌体并没有引起人们的注意。直到最近研究者们才逐渐意识到,外泌体所含的多种分子可以成为理想的生物学指标。外泌体内的大分子比较稳定,不会受到外界核酸酶和蛋白酶的破坏。外泌体的表面标志物能够体现它的细胞来源。而且外泌体只反映活细胞的内部情况。(更多详细信息参见:外泌体的生物学指标及研究工具)

研究者:加州大学医学和免疫学教授Edward Goetzl

研究项目:分析循环外泌体中的蛋白,开发阿尔茨海默症血液测试

背景:阿尔茨海默症(AD)是一种进程性的神经退行性疾病,俗称为老年痴呆症。阿尔茨海默氏症患者的认知和记忆功能会不断恶化,极大的影响其日常生活能力,这种疾病是老龄化社会面临的一大难题。

目前医生们主要通过临床症状、大脑成像和脑脊液提取来诊断阿尔茨海默症。虽然这些诊断往往是正确的,但只有尸检才能证实疾病标志的存在:大脑中的β淀粉样蛋白斑块和tau错误折叠形成的神经纤维缠结。源自神经元的外泌体含有细胞特异性的蛋白质和RNA。如果可以通过循环外泌体追踪异常的β淀粉样蛋白和tau蛋白,那么定期血检就可以用来监控阿尔茨海默症患者的疾病进程。

蛋白质检测: Goetzl及其同事收集了阿尔茨海默症患者确诊前后的血样。他们先用System Biosciences公司的ExoQuick分离血样中的所有外泌体,再用结合神经元表面蛋白的抗体富集神经元外泌体,检测这些外泌体所含的蛋白质。研究显示,在阿尔茨海默症患者的神经元外泌体中,tau、磷酸化tau和β淀粉样蛋白的表达水平显著较高。举例来说,阿尔茨海默症神经元外泌体的磷酸化tau比对照多十倍。

研究人员指出,寻找正确的群体进行比较是非常关键的,因为许多老年人已经表现出认知衰退的迹象。这项研究募集的志愿者不仅认知能力正常,而且没有阿尔茨海默症家族史,也不具备已知的疾病风险因子。(Alzheimers Dement, 11:600-07, 2015)

注意事项:现在还不清楚血液中神经元外泌体的总量是否会随着疾病状态发生改变,因此我们应该适当处理数据,在单个外泌体水平上进行分析。此外,蛋白质从外泌体提取出来之后需要迅速分析,“外泌体把蛋白质保护得很好,一旦我们将蛋白质提取出来,它们就很容易降解,”Goetzl指出。

前景展望:2013年Goetzl与人合作建立了NanoSomiX公司,以开发阿尔茨海默症血液测试。“我们希望能够提前10-15年鉴定到疾病风险,让高风险人群使用预防性药物,”他说。

Exosome Diagnostics公司去年开发了一种基于离心柱的简便方法来分离外泌体,并提取出其中的RNA。研究人员在《PLoS ONE》上介绍了这种新方法。与超速离心相比,这种方法能分离出高纯度的RNA,并且对囊泡RNA有着高的特异性。离心柱能够容纳4 mL样本,实现了血清和血浆中低丰度转录本的检测。目前,基于此技术的商业化产品 – exoRNeasy Serum/Plasma Maxi Kit – 已由QIAGEN推出。(更多详细信息参见:让exosome提取如提质粒一般简单)

敬请期待:血液中的宝藏:外泌体microRNA

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