利用斑马鱼进行外泌体的活体成像研究 / 开普饭

细胞外囊泡（EV）存在于所有生物的体液中，它们参与细胞间跨器官交流。追踪这些纳米尺寸的物体一直受到成像技术的低分辨率和缺乏适当的动物模型的阻碍。斑马鱼胚胎允许使用光学和电子显微镜以前所未有的分辨率观察EV。这可以同时研究内源性生理EV和病理性EV，并进一步揭示其在整个生物体中的生物发生、生物分布和进入靶细胞的机制。这些研究发展将有助于更好地理解EV的体内（病理）生理学。

近日，Verweij等在Developmental Cell杂志上发表文章，利用斑马鱼胚胎开发体内模型，追踪体内外泌体的产生、去向和命运。他们使用成像方法和蛋白质组学分析的组合，研究内源外泌体的组成和控制其生物发生、命运和对靶细胞作用的分子机制。

关于EV的功能的大多数数据是从癌细胞中收集的，并且依赖于使用从细胞培养上清液或液体活组织检查中纯化的异质EV群。因此，内源性外泌体在体内的状况在很大程度上是未知的，并且关于它们的生物发生和在正常发育组织和成体组织稳态中的作用的数据非常少。然而，了解体内细胞中EV生物发生、转移和命运，在评估其在病理条件下的相关性以及它们作为治疗性递送系统的用途方面具有重要意义。造成这种研究不足的原因主要是由于缺乏合适的模型来观察和跟踪单个内源性EV，特别是体内外泌体从它们的产生地点到它们在靶细胞中的最终目的地。可视化EV释放和转移的先前研究仅限于检测较大的细胞外结构。

该研究的主要目标是开发一个集成模型来研究EV释放、转移和功能，它将体内成像与亚细胞分辨率相结合，同时完整地保留了成像规模。该研究显示斑马鱼胚胎可以通过CD63-pHluorin报告基因的表达用于示踪体内外泌体。该荧光报告分子特异性地靶向（晚期）内体并在外泌体上分泌，允许体外单个细胞中外泌体释放的活体可视化。CD63-pHluorin在斑马鱼胚胎中的表达揭示了外泌体从卵黄合胞体层（YSL）大量释放到血流中，可以在整个动物体内追踪直至到达最终目的地。这些外泌体被尾静脉丛（CVP）的巨噬细胞和内皮细胞拦截，并以发动蛋白（dynamin）依赖性方式吸收，用于溶酶体中的降解。在YSL中干扰依赖于syntenin的外泌体生物发生影响CVP生长，这支持了这些外泌体的营养作用。总之，这些数据首次揭示了体内内源性外泌体的分泌、扩散和被靶细胞摄取以及这些过程的关键分子介质。

围绕EV生物学的多个问题可以使用斑马鱼胚胎来解决。

（A）受精后48小时的斑马鱼胚胎示意图，正在形成的器官。（B）可以在斑马鱼胚胎中分析EV分泌和扩散。（上图）电子显微镜照片说明从卵黄多核层(yolk syncytial layer, YSL)向血液循环中释放的EV（用黑色箭头表示）。（下图）显示了可以通过跟踪标记的外源性（蓝色）和内源性EV（绿色外泌体；红色微泡）以单EV分辨率（包括分泌和局部分散）来研究。（C）斑马鱼胚胎可用于研究标记EV的远距离摄取和命运。（上图）该图片来自表达红色内皮的转基因胚胎和用青色荧光EV注射的绿色巨噬细胞的尾静脉丛（CVP）。（下图）为模式图。

要点：

单个内源性EV可以在斑马鱼胚胎中用CD63-pHluorin进行实时可视化
YSL中的Syntenin调节外泌体释放到血液中进行传播
YSL外泌体被胚胎尾部的巨噬细胞和内皮细胞吸收
摄取是清道夫受体和发动蛋白依赖性的，并为靶细胞提供营养支持

重要性：

多证据表明循环EV参与生理和病理环境中的细胞-细胞通讯。尽管现在他们的细胞生物学在体外得到了更好的了解，但由于缺乏适当的小EV的动物模型，它们在复杂生物体中在亚细胞水平上状况仍然难以评估。斑马鱼胚胎可以做到循环EV从其原始细胞到其靶细胞的可视化，并允许在发育或肿瘤进展期间进一步探索它们的命运和功能。在未来，斑马鱼系统肯定有助于扩展我们在整个生物体水平上的EV知识。

参考文献：

FrederikJ.Verweij, Celine Revenu, Guillaume Arras, Florent Dingli, Damarys Loew, D.Michiel Pegtel, GautierFollain, Guillaume Allio, Jacky G.Goetz, Pascale Zimmermann, Philippe Herbomel, Filippo Del Bene, Graça Raposo, Guillaumevan Niel. LiveTracking of Inter-organ Communication by Endogenous Exosomes In Vivo. Developmental Cell. Volume 48, Issue 4, 25 February 2019, Pages 573-589.e4

FrederikJ. Verweij, Vincent Hyenne, Guillaume Van Niel , Jacky G. Goetz. Extracellular Vesicles: Catching the Light in Zebrafish. Trends in Cell Biology Published: August 07, 2019DOI:https://doi.org/10.1016/j.tcb.2019.07.007