炎症小体激活引起的焦亡小体和类外泌体的性质分析以及功能初探

Extracellular vesicles (EVs) are now considered as an important mechanism for intercellular communication. Although some of the most striking functions of EVs have been described, our knowledge of their actual nature and physiological roles is still largely limited. Recently, we had defined a novel type of EVs produced by pyroptotic cells, named pyroptotic bodies (PBs). Moreover, we also found that oncogene-induced senescent cells exhibit inflammasomes activation and release exosomes-like vesicles (ELVs). Thus, our study focus on these two types of inflammasomes-involved EVs. Preliminary results revealed the release of PBs is a general outcome of inflammasomes activation in several types of cell under distinct stimuli and PBs can be absorbed effectively as carriers by dendritic cell (DC). Furthermore, cell pyroptosis, comparing to necroptosis, substantially inhibited the cross-priming and proliferation of cytotoxic T cells. Treatment of isolated PBs directly reduced the phagocytosis ability of DC which is thought to be one important reason for pyroptosis-mediated immune modulation. By using mass spectrometry analysis, we obtained the total protein information of PBs and identified one positive candidate which could be regarded as a PBs-specific marker. This project will not only uncover the characteristics, message-transfer ability of PBs/ELVs derived from pyroptotic/senescent cells, but also test the functions of pyroptotic/senescent cells and their relative EVs on tumor immunity in mice. Our results will certainly improve the understanding of multifunctional EVs, and provide a potential hint for the development of cancer diagnosis and anti-tumor drugs.

胞外囊泡是一种重要的细胞间通讯机制，虽然已有一些研究报道，但是对于其基本性质和生理功能的认识仍然非常有限。我们最近定义了一类由焦亡细胞产生的新型胞外囊泡——焦亡小体，同时发现衰老细胞也存在炎症小体的激活和类外泌体的释放。因此，本项目将聚焦炎症小体引起的这两类胞外囊泡。前期结果揭示焦亡小体是炎症小体激活后的普遍现象，并且能作为载体被树突状细胞吸收。与坏死样凋亡相比，焦亡能显著抑制T细胞的交叉致敏和活化增殖。而纯化的焦亡小体能直接抑制树突状细胞的吞噬功能，提示其是细胞焦亡发挥免疫调节功能的重要原因之一。通过蛋白质组学分析，我们获得了焦亡小体的蛋白质信息，并鉴定到一个可作为标志物的阳性蛋白。本项目将进一步揭示焦亡小体/类外泌体的基本性质和信号传递功能，并在小鼠体内验证细胞焦亡/细胞衰老和相应胞外囊泡在肿瘤免疫中的作用。我们的研究成果将会促进对胞外囊泡的认识，为肿瘤诊断和抗肿瘤药物的开发提供基础。

细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）介导细胞间的信息通讯，与炎症反应和肿瘤发生发展等关键生理病理进程密切相关。在不同的内外刺激因素作用下，细胞能够产生形式多样的胞外囊泡。虽然已有多年研究，但细胞外囊泡的高度异质性和微小尺度等内在属性决定了解析其结构和功能具有较大难度，其产生机制、携带信息和生物学功能等存在诸多未知。本项目聚焦焦亡细胞和衰老细胞中由炎症小体引发的两类新型胞外囊泡形式——焦亡小体（pyroptotic bodies, PBs）和类外泌体（exosomes-like vesicles, ELVs），针对研究微小囊泡的技术瓶颈发展若干解决方案，并探索其在肿瘤发生发展进程中的生物学效应：1）利用非对称场流技术（asymmetric-flow field-flow fractionation, AF4）有效解决传统差速离心方式获取细胞囊泡结构中存在的富集纯度/得率低的困难；2）发展单分子定位超分辨显微成像技术（STORM），实现12-18纳米单分子定位精度，突破常规共聚焦显微镜的分辨极限，实现细胞原位清晰观测微小尺度的胞外囊泡（小于1微米）的精细结构；3）利用定量质谱技术（SWATH）分析高质量胞外囊泡样品，揭示焦亡小体相关的离子通道和细胞骨架等蛋白组学信息，并鉴定ANXA1/2是焦亡小体的标志性分子；4）发现焦亡小体高度膜通透和衰老细胞溶酶体/脂质累积的特性，以及高尔基体、内吞体等多种细胞器稳态与炎症小体信号和细胞外囊泡形成相关；5）焦亡小体能够直接抑制树突状细胞的吞噬功能，特异性诱导细胞焦亡改变多种细胞因子分泌趋势，显著抑制肿瘤发展或者促进肿瘤免疫效果。综上，我们发展优化了多种研究细胞外囊泡的关键技术手段，揭示了焦亡小体和类外泌体的基本理化性质以及可能的分子信号调节模式，探讨了细胞焦亡/焦亡小体在肿瘤免疫中的作用。已有的实验成果以及未来持续性的研究将有效促进我们对于细胞外囊泡的认知，为开发新型肿瘤诊疗手段提供有价值的前期科学依据。