国自然思路:外泌体的研究思路

即将来到新一年国自然基金着手准备的时候,从1983年首次在体外培养绵羊红细胞的上清液中发现且能被多种细胞分泌的囊泡起,外泌体的热度就有增无减,可谓国自然的大热门,单2019年就获得近3000万资助,今天我带大家一睹国自然热点的常规思路(结尾附彩蛋)。

 

研究背景

外泌体目前研究的方向主要是药物输送系统的构建以及预后标记物,而外泌体既然能够作为预后生物分子的标记物,那么科学家试想着是不是也可以作为诊断时特异性标记物——即前沿领域液体活检的生物分子靶标,以往血液尿液等体液中分子的筛选精确度不是很高,同时癌症组织和液态活检对患者会造成较大伤害,而临床改进组织和液体活检工具的癌症检测的需求又迫在眉睫,外泌体作为理想的标志物但血液外泌体来源复杂,能否特异性鉴定更是摆在万千科学家面前的难题

 

研究思路

相比于以往以某种特定癌症为研究对象,本文首先明确研究目的——研究团队希望通过外泌体做一种“广谱性”的检测手段,涵盖多种癌症的检测手段,这也是能够发顶刊的原因之一,可谓来自临床一线需求的极大创新!于是研究团队利用超速离心从人和鼠的细胞系、组织、血浆等提取共计 497个样本,涵盖了18种不同的癌症,包括乳腺癌、结肠癌、肺癌、胰腺癌等并且包括早期在内的不同癌症阶段以及作为对照的健康样本,分离的所有样本代表一个异质群体,被分为三个突出的亚群体,包括外体(非泡状颗粒<50 nm)和两个外泌体亚群(50-70 nm),工作量巨大。

接着通过基于质谱的蛋白质组学方法,分析了外泌体中的蛋白质,研究人员首先比较组织样本中肿瘤和邻近组织的外泌体的蛋白质组,确定哪些蛋白可以用作癌症诊断标志物。

然后利用这些特征性的蛋白来区分肿瘤和正常组织,通过实验验证,这些特征性蛋白可以达到95%的敏感性和94%的特异性。第一部分实验背景中提出的“能否特异性鉴定”初步思路可行。

想要做到液体活检,当然需要使用复杂的血液来作为验证以上初步结果,于是研究人员接着通过匹配来自组织样本和血浆中的外泌体,进一步寻找癌症患者血浆中特异性的肿瘤相关外泌体蛋白。

工欲善其事,必先利其器,更为高端的是研究人员运用最先进的人工智能中的Deep-learning,利用机器学习来分类将血浆外泌体中的特定蛋白与癌症类型相匹配,最终经过实验验证,这种方法检测癌症的敏感性可高达到95%,特异性也达到90%。初步实现当初的构想——虽血液外泌体来源复杂,但基本能特异性进行鉴定和诊断肿瘤。

 

启发学习

 

本文通过对人鼠不同细胞、组织以及不同癌症类型的外泌体蛋白质组学研究,揭示血液中的外泌体蛋白质可以作为早期癌症诊断及分类的可能。整体实验流程图如下:

后给大家总结一下目前外泌体研究发表文章的几大思路:

1. 高通量测序+生物信息学分析,验证差异基因,短平快发表5分及以下文章;

2. 在以上基础上,找出关键分子靶标或生物标记物,并加入临床样本验证,建立预后ROC、KM曲线等,与临床疾病相连,档次更上一层,10分及以下文章;

3. 想用外泌体发10分以上文章,高手无招胜有招,可以从刚刚解读的Cell一窥皮毛,创新点尤为重要,工作量巨大,实验缜密复杂,其次是在1和2融会贯通的基础上,做的某种特定、潜在的标志性基因或蛋白在某种机制上深度连接贯通,并能阐明原因。今天就策到这里,如果各位感

兴趣,下次有机会再结合具体文献讲解。

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