什么是扩充囊“亲，收快递！”微生物影响宿主的“新型武器”——细胞外囊泡 ｜ 你我的城｜科技最前线

认识细胞之间的通讯新途径——细胞外囊泡

现代社会的快递产业非常先进，来自东北的物品，可能仅仅需要2-3天就可以送到海南地区。快递逐步成为人类传递物品的重要方式。那么细胞作为生命活动和功能的基本单元，它们之间靠什么传递物品呢？除了膜接触传递以及通道传递，2013年诺贝尔生理学或医学奖还揭示了细胞外囊泡（EVs）可作为细胞间物质传递的新途径，这让细胞外囊泡逐步进入大众视野。

▲图1 诺贝尔生理学或医学奖——细胞外囊泡的调节机制  图片来自网络

细胞外囊泡是什么？

细胞外囊泡是由生命体自发分泌的纳米级双层膜结构，直径通常在30-400纳米之间。细胞外囊泡来源广泛，包括哺乳动物细胞、原核细胞以及古菌，都可以分泌囊泡。分泌出来的细胞外囊泡可以携带很多母细胞的物质，例如蛋白质、核酸、碳水化合物、脂质和致病因子等。尽管细胞外囊泡的研究目前仍处于发展阶段，但其被认为在多个生理和病理过程中发挥着重要作用，如细胞通讯、免疫调节、肿瘤转移、再生修复等。

▲图2 细胞外囊泡介导细胞间交流（来源：10.1126/sciadv.aav1564）

细胞外囊泡的风险如何？

近日，中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队综合运用拉曼光谱、宏基因组和蛋白组测序技术，发现环境中的细胞外囊泡在低浓度、短时间内即可诱导肺巨噬细胞产生炎症反应。研究还发现，细胞外囊泡主要通过抑制巨噬细胞的碳水化合物代谢和能量代谢，导致代谢重编程和炎症反应的加剧。相关研究成果以 Impact of airborne pathogen-derived extracellular vesicles on macrophage revealed by Raman spectroscopy and multi-omics 为题发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上。

我们可以把细胞外囊泡比作微小的”信息快递员”，当微生物遇到宿主细胞时，它们可以将一些重要信息发送到这些囊泡中，影响宿主细胞的功能和状态。然而，并非所有微生物都是友好的。有一部分病原性微生物可以通过囊泡捣鬼，让它们带着一些“坏消息”潜入宿主细胞的领地。这时候，细胞外囊泡就像是微生物界的间谍，试图干扰宿主细胞的正常运作。

▲图3 城市所最新研究成果：环境细胞外囊泡的特征及潜在健康风险

细胞外囊泡在环境中的存在情况

了解了这些“信息快递员”的作用和风险，那么，它们在环境中存在状况如何？2014年，《科学》（Science）杂志首次报道了海洋环境中细胞外囊泡的存在，这使得人们逐渐关注自然环境中细胞外囊泡的赋存状况和功能。目前，海洋环境成为细胞外囊泡赋存研究最广泛的一种生态环境。不管是全球范围内丰度较高的蓝细菌，还是从中纬度和极地地区分离出来的异养生物，经过实验室培养都可以产生细胞外囊泡。大气环境中也存在细胞外囊泡，研究者通过采集室内床垫和地板的灰尘样品发现细胞外囊泡广泛存在于空气环境中，其浓度高达10¹¹个粒子/克灰尘。最近的研究也证明了细胞外囊泡存在于人类粪便、废水、土壤和室内灰尘中，其在环境中的丰度比细菌高出0-2个数量级。这证明细胞外囊泡在自然界中分布广泛且丰度较高。

▲图4 室内灰尘介质中囊泡

结语：扩充微生物语言库，保障人类健康

虽然目前细胞外囊泡主要应用于医学领域研究，但其在自然环境中存在的普遍性也使得人们逐渐开始关注囊泡在环境中的作用。科研人员提示，自然界中广泛分布的囊泡能够在细胞中传递信息，可能对目标细胞产生影响。因此，对细胞外囊泡的研究有助于我们更好地理解微生物与环境之间的相互作用，也为我们深入了解微生物与人类健康之间的关系提供了新的线索，从而为发展病原体防控策略提供理论支撑。

来源：中国科学院城市环境研究所