外泌體對卵泡卵母細胞及胚胎發(fā)育影響的研究進展

韓 越，李春宇，尹 伊，金 一

（東北寒區(qū)肉牛科技創(chuàng)新教育部工程研究中心，延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林延吉 133002）

外泌體（Exosomes）是一種由細胞分泌的具有雙層膜結(jié)構(gòu)的囊泡，廣泛存在于動物血液、卵泡液、尿液、唾液、子宮液和乳汁等各種體液中，其內(nèi)部包含miRNA、mRNA和蛋白質(zhì)等多種生物活性物質(zhì)。外泌體是通過多囊泡內(nèi)體途徑產(chǎn)生的，當多囊泡內(nèi)體（MVE）與細胞表面融合后，外泌體會通過出芽等方式釋放出來，攜帶這些生物活性物質(zhì)到其他細胞當中發(fā)揮作用，以此實現(xiàn)細胞間的信息交流。此外，外泌體的囊狀結(jié)構(gòu)還可以保護其中的內(nèi)含物，比如避免miRNA降解，保持其生物學(xué)穩(wěn)定性，將其有選擇性地運送到相應(yīng)的靶細胞中并調(diào)控相應(yīng)的靶基因。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)外泌體中的內(nèi)含物可以作為卵巢、子宮等疾病的一種診斷標志物，且在卵母細胞正常發(fā)育以及胚胎發(fā)育等方面起到調(diào)控作用。卵泡液是卵母細胞發(fā)育、成熟，保持卵母細胞質(zhì)量的重要微環(huán)境，目前普遍認為分析卵泡液組分可以為卵母細胞質(zhì)量提供有用的相關(guān)信息，而卵泡液中外泌體作為細胞間信息傳遞的橋梁，了解其中內(nèi)含物，有利于進一步分析和研究卵母細胞發(fā)育的機制。因此本文對卵泡液外泌體在卵母細胞發(fā)育和胚胎發(fā)育中的研究進行了綜述，為進一步深入研究外泌體的相關(guān)作用提供參考。

1 外泌體的提取與鑒定

1.1 外泌體的提取方法 外泌體的提取方法包括試劑盒提取法、超速離心法、超濾法、免疫磁珠法和色譜法等。超速離心法是采用低速、高速離心交替進行獲取外泌體，該方法目前常與0.22 μm濾過膜結(jié)合使用，是最常見的使用方法，操作方法簡單，可獲得較高純度的外泌體。試劑盒提取法也逐漸開始應(yīng)用，但存在可能混雜其他蛋白的問題。超濾法是利用超濾膜提取外泌體，但純度不高。免疫磁珠法是將包被抗標記物（如CD63蛋白）抗體的磁珠與外泌體孵育后結(jié)合獲得外泌體，但不利于后續(xù)實驗。色譜法是根據(jù)凝膠孔隙的孔徑大小與樣品分子尺寸的相對關(guān)系分離外泌體，但因其需要特殊的設(shè)備所以應(yīng)用較少。

1.2 外泌體的鑒定方法 外泌體的鑒定方法包括透射電子顯微鏡（TEM）、納米粒子跟蹤分析（NAT）和Western印跡等方法。TEM可以直接觀察外泌體的大小和形態(tài)，但不宜進行大量快速的檢測。NAT能夠檢測外泌體的粒徑和濃度，但不能區(qū)分外泌體與非外泌體顆粒。Western印跡通過外泌體標志蛋白（如CD9、CD63、CD81等）進行檢測，但不同來源的外泌體檢測的標志物可能不同。目前這3種方法通常聯(lián)合使用。

2 外泌體對卵母細胞發(fā)育的影響

2.1 卵泡液外泌體對卵母細胞發(fā)育的影響 在卵母細胞發(fā)育過程中，外泌體攜帶各種物質(zhì)進入不同細胞中發(fā)揮作用,來協(xié)調(diào)各種不同細胞之間的聯(lián)系，從而對卵母細胞的生長、成熟和排卵有著非常重要的作用。

2.1.1 卵泡液外泌體對顆粒細胞的影響 最初卵泡中卵母細胞由單層顆粒細胞包圍，隨著卵泡生長，顆粒細胞由單層分裂變?yōu)槎鄬?，當卵泡腔進一步形成，包圍在卵母細胞周圍的顆粒細胞隆起形成卵丘，稱為卵丘細胞，緊貼卵泡壁的顆粒細胞又稱為壁顆粒細胞，壁顆粒細胞和卵丘細胞參與調(diào)控卵母細胞成熟的過程。豬卵泡液中大部分的外泌體可能來源于壁顆粒細胞，也有一部分可能來源于卵巢其他細胞或者通過血液來源于其他器官的細胞，卵泡液外泌體中大部分mRNA與調(diào)節(jié)卵母細胞減數(shù)分裂、卵母細胞成熟及顆粒細胞增殖（如MAPK-ERK1/2和PI3K-AKT）等信號通路有關(guān)，且外泌體能夠被顆粒細胞（即壁顆粒細胞）和卵丘細胞攝取，改變與細胞增殖和凋亡相關(guān)基因（如和等）的表達，促進顆粒細胞增殖，但不能有效誘導(dǎo)卵丘擴張。Rodrigues，Hung和丁強研究表明，牛和山羊小卵泡液外泌體更有利于顆粒細胞增殖，而且不同大小卵泡卵泡液外泌體都能夠誘導(dǎo)卵丘擴張，牛卵泡液外泌體還能夠減少熱休克對卵裂和胚泡發(fā)育的消極影響。這種差異可能是由于物種或者培養(yǎng)條件不同所致，具體原因還有待研究。以上研究說明卵泡液中的外泌體有利于顆粒細胞增殖，雖然對卵丘擴張的研究結(jié)果不一致，但顆粒細胞和卵母細胞之間存在縫隙連接，所以外泌體可能通過進入顆粒細胞調(diào)節(jié)其中成分從而調(diào)控卵母細胞的發(fā)育。

2.1.2 不同階段卵泡液外泌體對卵母細胞發(fā)育的影響不同階段卵泡卵泡液在培養(yǎng)卵母細胞中表現(xiàn)出不同效果，可能與其中所含物質(zhì)不同有關(guān)，研究其中的差異物質(zhì)可以為卵母細胞發(fā)育提供參考。在豬中不同直徑卵泡卵泡液外泌體miRNA的表達具有差異，且與卵母細胞發(fā)育相關(guān)的差異miRNA的靶基因主要與TGF-等信號通路有關(guān)，其中1～2 mm 小腔卵泡卵泡液（SFF）可提高卵母細胞直徑、H4K12乙?；胶湍遗呗剩饷隗w耗竭的情況下抵消了這種增長效果，但囊胚率的減少沒有顯著變化；miR-17b、-92a、-145是從豬大、小卵泡卵泡液外泌體差異miRNA中篩選出的與卵母細胞質(zhì)量有關(guān)的外泌體miRNA，miR-92a有利于卵母細胞直徑增大，增強了H4K12乙?；?，miR-17b、-92a、-145增強了染色質(zhì)凝聚，miR-17b、-92a還提高了體外成熟和激活后囊胚期發(fā)育速度。同樣馬不同卵泡期卵泡液外泌體miRNA也存在差異且主要靶向通路也為TGF-通路。相關(guān)研究表明相比于牛4～8 mm完全生長卵母細胞卵泡液外泌體miRNA，在生長卵母細胞組外泌體中上調(diào)的miRNA參與泛素介導(dǎo)通路、神經(jīng)營養(yǎng)蛋白信號通路、MAPK信號通路和TGF-信號通路等，這些通路都與卵母細胞分裂、生長成熟有關(guān)。牛3～6 mm卵泡卵泡液外泌體可以顯著提高囊胚率。另外胡頲還發(fā)現(xiàn)人卵泡液外泌體是影響妊娠的一個因素。以上研究表明在不同階段卵泡液外泌體中的內(nèi)含物是有差別的，這可能就是不同大小卵泡卵泡液培養(yǎng)卵母細胞時成熟率或者囊胚率存在差異的原因之一。而且在培養(yǎng)過程中單獨添加外泌體miRNA可以提高卵母細胞發(fā)育情況，但miRNA對應(yīng)靶基因不同且數(shù)量龐大，所以miRNA的具體作用還有待進一步研究。

2.1.3 卵泡液外泌體對卵母細胞質(zhì)量的影響 卵母細胞質(zhì)量直接影響隨后的排卵、受精、著床和胚胎發(fā)育等關(guān)鍵階段。年齡和疾病是影響卵母細胞質(zhì)量的主要因素，因此研究不同年齡、不同健康程度雌性動物卵泡液中外泌體將有利于為選育優(yōu)質(zhì)卵母細胞提供參考。不同年齡馬的卵泡液外泌體miRNA存在差異，其中在老年母馬中差異高表達的3個miRNA（miRNA-181a、miRNA-375和miRNA-513a-3p）的靶向通路是TGF-信號通路，而且在年輕母馬中存在抑制素和抑制素-A鏈前體蛋白。這說明外泌體中內(nèi)含物與卵母細胞質(zhì)量相關(guān)，在老年母馬中差異表達的miRNA還可以作為研究卵母細胞質(zhì)量的標志物。人卵母細胞質(zhì)量優(yōu)良和卵母細胞質(zhì)量不良卵泡液外泌體的差異miRNA在之前的研究中已有部分表明與卵母細胞發(fā)育相關(guān)，如miRNA-505-3P過表達導(dǎo)致卵巢成熟延遲、生育力退化；miRNA-320e過表達會抑制顆粒細胞增殖，影響卵泡發(fā)育；miRNA-1303過表達與卵巢衰老有關(guān)，而其余microRNA雖然目前研究尚少，但其在卵母細胞質(zhì)量不良卵泡液外泌體中的高表達也說明其可能與卵母細胞質(zhì)量有關(guān)。多囊卵巢綜合征（PCOS）是一種女性常見內(nèi)分泌紊亂性疾病，損傷卵泡內(nèi)環(huán)境，表現(xiàn)出排卵障礙等問題。相關(guān)研究表明與非PCOS者相比，在PCOS患者的卵泡液外泌體中存在差異miRNA，而且之前的一些研究中也表明其中的差異miRNA-486-5p與顆粒細胞增殖相關(guān)，miRNA-16-5P與卵巢排卵有關(guān)。連一凱等研究顯示非編碼RNA與顆粒細胞增殖、卵泡閉鎖和卵泡發(fā)育有關(guān)。卵巢儲備功能下降（DOR）目前也是女性生育能力下降的主要因素。與正常卵巢功能組相比，DOR組卵泡液外泌體中差異表達miRNA的靶基因參與了cAMP和MAPK等通路，而這些通路與卵母細胞發(fā)育相關(guān)。PCOS和DOR會使卵母細胞受損、影響卵母細胞減數(shù)分裂，而上述對健康人員和患者卵泡液外泌體進行的研究也發(fā)現(xiàn)存在與卵泡和卵母細胞發(fā)育相關(guān)miRNA的差異表達，因此分析這些miRNA不僅能提高卵母細胞發(fā)育情況，還能夠為疾病的研究提供新方向。

2.2 其他來源外泌體對卵母細胞發(fā)育的影響 卵泡液對卵母細胞發(fā)育至關(guān)重要，但其他來源的外泌體也能夠影響卵母細胞發(fā)育。狗輸卵管細胞來源外泌體能夠通過EGFR/MAPK信號通路（細胞發(fā)育的重要性途徑）有效地改善其卵丘細胞的生理作用。人羊水干細胞外泌體（hAFSc-EXO）能夠改善化療導(dǎo)致的大鼠顆粒細胞損傷。小鼠羊水干細胞外泌體（AFSc-EXO）、人臍帶間充質(zhì)干細胞外泌體(HucMSC-exos)和人羊膜間充質(zhì)干細胞（hAMSC）外泌體均對小鼠卵母細胞發(fā)育有影響，其中小鼠AFSc-EXO中高豐富的miRNA-10a有利于防止受損傷的顆粒細胞凋亡及卵泡閉鎖，HucMSC-exos有利于提高老年小鼠卵母細胞的產(chǎn)量和質(zhì)量，hAMSC-exos的miR-320介導(dǎo)SIRT4信號傳導(dǎo)對卵巢功能的影響中起著關(guān)鍵作用。卵泡液中外泌體可能不單單來源于卵巢顆粒細胞的分泌，還有通過血液循環(huán)進入的其他來源外泌體，但這些具體來源還有待研究，因此對不同來源外泌體的研究將為進一步研究影響卵母細胞發(fā)育的物質(zhì)提供參考。

3 外泌體對胚胎發(fā)育的影響

最近的研究表明，在胚胎發(fā)育以及胚胎植入過程中，外泌體可以參與胚胎與母體組織之間的復(fù)雜通訊，在胚胎發(fā)育發(fā)育過程中發(fā)揮著非常重要的作用。

3.1 不同妊娠狀態(tài)外泌體對胚胎發(fā)育的影響 人血漿外泌體濃度隨著妊娠的進展而增加，且在妊娠期間存在胎盤源外泌體，外泌體胎盤堿性磷酸酶（PLAP）比率在妊娠早期和妊娠中期相似，在妊娠晚期下降，但也發(fā)現(xiàn)外泌體PLAP比率在妊娠期間呈現(xiàn)上升趨勢。這可能是由于在血漿中分離的外泌體大小不等所造成的。Menon提取血漿外泌體，檢測到了<50 nm、50～150 nm、150～200 nm和>200 nm囊泡的濃度，其中只有50～150 nm囊泡濃度持續(xù)上升，這說明外泌體提取方法還有待改進，而且不同大小囊泡可能有不同作用。在奶牛血漿中也發(fā)現(xiàn)了外泌體和胎盤源外泌體濃度一直呈現(xiàn)上升的趨勢，而且在妊娠不同階段血漿外泌體中存在差異miRNA，與未妊娠相比，在妊娠早期高表達的miRNA參與NF-κB等免疫炎癥信號通路，其中miR-499能提高let-7水平抑制NF-kB信號通路從而調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境，而子宮免疫微環(huán)境對于胚胎發(fā)育是必須的。相對于未妊娠山羊來說，妊娠山羊血漿外泌體中存在特意ssa-miR-137-3p和novel miR-736等，這些差異miRNA的靶基因富集在Notch、Wnt和Hippo等與胚胎發(fā)育相關(guān)的信號通路。以上研究說明在不同物種不同妊娠階段都存在胚胎源外泌體，且胚胎源外泌體在妊娠階段聯(lián)合母體產(chǎn)生的外泌體為胚胎發(fā)育提供適宜的環(huán)境是不可或缺的。同時在妊娠階段特意表達的外泌體miRNA或許可以作為診斷妊娠的一個指標。

3.2 外泌體對胚胎生長和著床的影響 滋養(yǎng)層細胞在胚胎植入過程中發(fā)揮著非常重要的作用，能夠分泌一系列細胞因子和激素使得胚胎對子宮內(nèi)膜發(fā)生黏附和侵入。牛、羊、豬和人的子宮腔液中均含有外泌體?；加凶訉m內(nèi)膜炎牛的子宮腔液中分離出的外泌體會降低囊胚發(fā)育率，而且子宮內(nèi)膜上皮細胞衍生(EECs)的外泌體有利于滋養(yǎng)層細胞的遷移和發(fā)育，外泌體的miR-218能夠恢復(fù)子宮內(nèi)膜炎導(dǎo)致的和基因表達降低，從而對滋養(yǎng)層細胞造成影響。在牛胚胎體外培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)更換胚胎培養(yǎng)液會導(dǎo)致胚胎產(chǎn)生的外泌體丟失，從而影響內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層細胞分化影響胚胎發(fā)育，相反不換液或者再換液時添加胚胎源外泌體將有利于胚胎后續(xù)發(fā)育。人EEc外泌體miRNA可通過小鼠滋養(yǎng)外胚層進入胚胎中，且經(jīng)外泌體的miR-30 d處理后胚胎中與細胞粘附等相關(guān)的基因（如ITGB3和ITGA7）表達升高，增加了胚胎黏附能力，有利于胚胎的生長與著床。使用低分子量肝素（LMWH）處理人滋養(yǎng)層細胞能夠改變其外泌體miR-18a-3p的含量，進而影響濾泡輔助性T細胞（Tfh）的功能，對復(fù)發(fā)性流產(chǎn)（RSA）患者提供幫助。還有研究表明羊子宮液外泌體能夠進入胚胎滋養(yǎng)層，提高增殖基因，促進胚胎滋養(yǎng)層細胞增殖。豬子宮腔液外泌體的miR-125b可調(diào)控胚胎發(fā)育和著床過程中關(guān)鍵基因的表達。以上研究說明在胚胎發(fā)育過程中外泌體的存在是尤為重要的，不僅有利于胚胎著床，還有利于胚胎發(fā)育到足月生產(chǎn)。

3 小 結(jié)

隨著研究人員對外泌體認知的深入與研究的展開，發(fā)現(xiàn)外泌體對卵母細胞成熟、顆粒細胞增殖、受精和胚胎發(fā)育等都具有重要的影響，但具體外泌體所攜帶物質(zhì)的作用機制仍然需要進一步研究。比如外泌體的具體來源尚未明確；外泌體中mRNA和蛋白等其他成分的研究不足；外泌體miRNA與靶基因之間的驗證及機理等研究不充分。總的來說，外泌體對于維持機體各方面功能至關(guān)重要，未來需深入研究其作用機理，以期深入了解家畜繁殖性能，促進畜牧進一步發(fā)展。