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2020国自然研究热点—外泌体研究

作者：上海云序生物科技有限公司 2020-04-13T10:25 (访问量:4399)

mote abnormal angiogenesis and inhibit hematoma absorption through miR-144-5p

J. Neurotrauma

IF=5.19

circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice

Epigenomics

IF=4.404

CircRNA hsa_circ_0004771 promotes esophageal squamous cell cancer progression via miR-339-5p/CDC25A axis.

Bio.P.

IF=3.74

Small RNA-sequencing identified the potential roles of neuron differentiation and MAPK signaling pathway in dilated cardiomyopathy

J. Cell. Bi.

IF=3.448

Circular RNAs expression profiles in plasma exosomes from early-stage lung adenocarcinoma and the potential biomarkers

Gene

IF=2.638

Profiling and bioinformatics analyses reveal differential circular RNA expression in ovarian cancer.

Evid B.C.A.M

IF=1.98

Determination of Electroacupuncture Effects on circRNAs in Plasma Exosomes in Diabetic Mice: An RNA-Sequencing Approach

Mol M. R.

IF=1.85

RNA sequencing discloses the genomewide profile of long noncoding RNAs in dilated cardiomyopathy

Mol M. R.

IF=1.692

Upregulation of long noncoding RNA AP003419.16 predicts high risk of agingassociated idiopathic pulmonary fibrosis

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一、外泌体研究热度持续攀升

外泌体（exosome）是活细胞分泌的30-200nm的囊泡，在电镜下具有非常明显单层膜结构，通常为茶托型或一侧凹陷的半球形。其主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体，经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体，它们广泛存在于血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁等体液中，被视为特异性分泌的膜泡，参与细胞间通讯。

有关外泌体分泌和摄取及其组成、“运载物”和相应功能的精确分子机制近些年刚刚开始受到关注，与外泌体相关的被pubmed收录的文章数量和国自然基金项目中标数量逐年增长，表明国内外对外泌体的研究兴趣日益增长（图1）。

图1. 外泌体文章发表数目和国自然基金立项数目

从图1可以看到2019年国家自然科学基金获批项目中，外泌体研究相关项目总数500多，比2018年增加了70多项，而下面图2则显示2019年外泌体立项总金额突破2亿元，比2018年高4000多万元！从这个趋势来看，外泌体国自然立项必将持续走高，外泌体的研究仍大有可为！

图2. 近7年外泌体国自然总金额增长趋势

那么，2019年获批的外泌体研究项目都集中在哪些领域，或者说研究方向呢？

1.外泌体项目获批学科方向

从统计来看，与前年相似外泌体立项最集中的领域还是肿瘤学（图3），近年来外泌体发表的文章也绝大部分与其在肿瘤的形成，耐药性，检测等方面有关。例如2019年发表在Molecular Cancer （IF=10.679）上的文章表明外泌体FMR1-AS1通过TLR7/NFκB/c-My信号通路在女性食管癌中促进维持癌症干细胞样细胞的动态平衡。发表在Journal of Experimental & Clinical Cancer Research（IF=5.646）上的一篇文章发现外泌体转运p-STAT3可促进结直肠癌细胞获得性5-FU耐药性。发表在Cancers(IF=6.162)上的一篇文章则研究了腹腔灌洗液中细胞外囊泡相关的miRNA作为子宫内膜癌分子标志物的可能性。此外，在神经系统和精神疾病，中医学及其他领域也有不少外泌体相关项目中标。

图3. 2019年各学科外泌体相关项目中标数

2.外泌体获批项目中的热点分子

由于外泌体的主要功能被认为是细胞之间的信息传递，了解它带有的蛋白质和多种RNA上的信息就变得尤其重要。2019年外泌体中标项目中带有热门话题miRNA、lncRNA和环状RNA的项目数量如下图（图4）所示。我们可以看到，外泌体中的miRNA和lncRNA过去研究的是比较多了，例如发表在Hepatology（IF=14.971）上的一篇文章表明肝癌细胞释放的外泌体miRNA调控巨噬细胞程序性死亡配体1的表达。另一篇文章发现胆管细胞来源的外泌体LncRNA H19促进肝星状细胞活化和胆汁淤积性肝纤维化。相对的，外泌体中的circRNA研究目前还较少，而circRNA分子自身独特的稳定性、组织特异性、时序和疾病特异性等，使它很有可能成为外泌体检测的下一个热门分子。

图4. 外泌体研究热点分子

3.外泌体项目中标金额

最后，表1列举了2019年外泌体基金中标金额前5的项目，可以看到外泌体的研究开始与应用联系起来，与2018年项目金额前10的全部是分子机制的研究相比，2019年关于外泌体临床应用的项目也能跻身前五。所有中标项目中，项目类型依然十分广泛，从重点重大项目到青年科学项目均有外泌体相关研究。

项目	单位	金额
肿瘤细胞转移的内驱力与外泌体	浙江大学	400万
特异性外泌体的功能机制及其作为新型肿瘤标志物在卵巢癌精准检验中的应用研究	上海交通大学	295万
外泌体活性依赖性释放和脑胶质淋巴系统损伤介导慢性内脏痛的脊髓神经环路机制研究	苏州大学	248万
瓦斯爆炸肺损伤分子机制及间充质干细胞及其外泌体修复作用研究	新乡医学院	218万
神经干细胞与胶质细胞释放的外泌体在介导衰老与神经退行性病变中的作用及其分子机制研究	同济大学	205万

表1. 2019外泌体中标金额前5项目

值得一提的，近年关于外泌体在液体活检中的应用有不少文章发表，例如发表在Journal of Cellular Physiology (IF=4.521)上的文章表明肿瘤来源外泌体lncRNA Exo-GAS5可能成为基于血清的鉴定早期非小细胞癌的分子标志物。发表在Journal of cellular and molecular medicine (IF=4.658)则显示尿液外泌体miRNA可能成为透明细胞肾细胞癌的分子标志物。

介绍了这么多外泌体项目中标情况，接下来我们看看外泌体的研究思路是怎样的呢？

二、外泌体研究思路

外泌体研究通常与高通量测序的联系最为紧密，研究思路可以分为三大类：表达谱、分子标志物和分子机制方向，其中表达谱思路的特点就是短平快、通常以测序数据为主要内容，短平快发表3-5分文章。而分子标志物的特点是在表达谱基础之上加入大量样本验证，建立ROC、KM曲线，分析分子与临床疾病的相关性为主，通常文章影响因子在3-10分之间。最后是分子机制研究，顾名思义要做到细胞功能、机制研究深度，因此工作量通常较大，影响因子通常能够上10+。接下来我们就来详细介绍一下这三种思路的具体案例。

1．表达谱

表达谱思路案例1（云序客户）

云序客户2018年发表在Journal of Neurotrauma (IF=5.190) 上的Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice，是天津医科大学总医院张建宁教授带领的神经创伤团队针对大脑创伤的研究。下图为大家整理了文章的研究思路。

作者通过对小鼠脑周质外泌体的全转录组测序（本实验云序提供）检测到环状RNA的表达变化。通过生信分析如GO及KEGG分析对外泌体差异表达的环状RNA进行了功能预测。GO分析表明这些RNA分子主要参与神经损伤修复，神经系统发育及神经信号传导相关，这些分子同时主要富集在cGMP-PKG信号通路。而环状RNA-miRNA互作网络图揭示了环状RNA作用靶miRNA及可能的功能。这篇文章研究了大脑创伤外泌体中环状RNA变化，为后续分子机理详细研究提供诸多靶分子，也为大脑创伤的干预治疗提供潜在的靶点。

表达谱思路案例2 （云序客户）

云序客户2019年发表在Journal of Cellular Biochemistry (IF=3.448)上的Circular RNAs expression profiles in plasma exosomes from early‐stage lung adenocarcinoma and the potential biomarkers, 研究思路如下图所示：

作者通过对5个肺腺癌（LUAD）患者和5个健康人血浆外泌体的环状RNA测序（本实验云序提供），找出了105个上调和77个下调环状RNA。然后在15个患者和15个健康人的血浆中通过qPCR确认到其中4个表达显著上调。最后通过circRNA‐miRNA‐mRNA 相互作用网络推测了这4个circRNA可能吸附的miRNA和它们可能的靶基因。

2．分子标志物

分子标志物思路案例1

外泌体分子标志物的研究是在表达谱的基础上进行更进一步的分析和筛选，并且通过扩大样本验证，来确认可以作为标志物的分子。这类研究与临床应用联系更紧密，近年来越来越受重视。2019年发表在Molecular Cancer（IF=10.679）上的文章Tumor-originated exosomal lncUEGC1 as a circulating biomarker for early-stage gastric cancer，文章思路如下图：

作者分别从健康人（HC）和胃癌患者(GC)的血浆，培养的人胃上皮细胞(HPSEC)和胃癌细胞(GCC)中提取外泌体进行了鉴定，然后通过对lncRNA测序（云序提供此项服务），从差异外泌体中筛选出了lncUEGC1并用qPCR进行了验证。最后，再扩大了样本检测, 通过ROC曲线分析证明了lncUEGC1有希望作为高效稳定的早期胃癌的分子标志物。

分子标志物思路案例2

发表在Clin Cancer Res （IF=10.199）上的Evaluation of tumor-derived exosomal miRNA as potential diagnostic biomarkers for early stage non-small-cell lung cancer using next-generation sequencing，其文章研究思路如下图：

作者对46名非小细胞肺癌I期患者（其中恶性腺瘤26人，鳞状细胞癌20人）和健康人血浆中的外泌体进行提取和鉴定，通过miRNA-seq （云序提供此项服务）和qPCR，筛选并验证了4个只在恶性腺瘤外泌体中表达改变的miRNA，3个只在鳞状细胞癌外泌体中表达改变的miRNA，以及4个在两种细胞的外泌体中都表达改变的miRNA。最后扩大样本，在60个患者中检测验证了患者体内miRNA组合与疾病诊断的准确性。这项研究筛选出了有望成为高敏感度、非侵入性检验早期非小细胞肺癌的分子标志物的外泌体miRNA。

3．分子机制

由于外泌体重要功能是细胞间的交流，其内携带的分子又种类繁多，研究揭示的外泌体影响的生物功能也是十分广泛，涉及到哺乳动物的生殖和发育，免疫系统和感染，代谢和心血管疾病，神经退行性变以及癌症肿瘤。研究外泌体在这些过程中的作用影响，以及经过哪些具体的通路，发表文章的周期会较长，但是相对的，影响因子也高，很多都在10分以上。

分子机制案例

2020年发表在The Journal of Clinical Investigation （IF=12.282）上的Exosomal long noncoding RNA LNMAT2 promotes lymphatic metastasis in bladder cancer，揭示了外泌体lncRNA介导的淋巴转移机制，并将LNMAT2作为膀胱癌淋巴转移的治疗靶点。下面我们来看一下文章的研究思路：

作者首先通过LncRNA-seq（云序提供此项服务）筛选了在淋巴转移的膀胱癌中上调的LNMAT2，并验证了LNMAT2过表达使膀胱癌病人生存率降低。然后，原位杂交实验将LNMAT2与膀胱癌外泌体联系在一起，并通过提取鉴定外泌和qPCR进行了确认。接着，通过体外共孵育和体内实验证明了上调LNMAT2能促进淋巴生成。最后为了探究LNMAT2作用的分子机制，巧妙利用了RNA pull -down+MS/WB、RIP、ChIP以及双荧光素酶报告实验等方法，发现并证实了hnRNPA2B1介导LNMAT2进入膀胱癌外泌体中，外泌体LNMAT2被人淋巴管内皮细胞摄取内化后，通过募集hnRNPA2B1和增加PROX1启动子上的H3K4三甲基化水平，进一步上调PROX1表达，最终导致淋巴管生成和淋巴转移。

三、云序提供全转录组测序服务

1.一站式服务：

客户只需提供体液样本，云序生物为您完成从外泌体提取、外泌体鉴定、外泌体全转录组测序、RIP、RNA pull-down、双荧光素酶报告实验到数据分析整套服务流程。

2.全面的检测类型的RNA

3.丰富的微量测序经验

云序生物作为以高通量测序技术为依托的科研服务公司，拥有丰富的微量样本测序经验，

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