《SCIENCE ADVANCES》：Extracellular vesicles mediate stem cell signaling and systemic RNAi in planarians
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本研究针对涡虫再生过程中细胞间通讯机制不明的问题，通过分离鉴定细胞外囊泡(EVs)，发现环境应激可动态调控EVs释放，并证明其携带的小RNA(如siRNA)可通过AGO-3蛋白介导系统性RNA干扰。该研究揭示了EVs作为新型信号载体在再生生物学中的关键作用，为理解动物基因调控和再生协调机制提供了新视角。
在动物王国中，组织再生能力存在着惊人的多样性。有些生物如涡虫（planarians）能够从微小的组织片段再生出完整的个体，这种非凡的能力背后隐藏着复杂的细胞通信机制。尽管科学家们早已认识到干细胞在再生过程中的核心作用，但细胞之间如何精确协调再生信号的传递始终是个未解之谜。传统研究多聚焦于可溶性分泌因子，而对细胞分泌的膜包被纳米颗粒——细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）在再生中的作用了解甚少。
细胞外囊泡是细胞分泌的脂质双层包裹的纳米颗粒，包括外泌体（exosomes）、微囊泡（microvesicles）和凋亡小体（apoptotic bodies）等类型。自1967年首次被发现以来，EVs已被证明在细胞间通信、免疫调节、疾病传播等多个生物学过程中发挥关键作用。在癌症研究中，EVs甚至能够转移致癌分子促进肿瘤进展；在神经退行性疾病中，它们可能参与错误折叠蛋白的细胞间传递。然而，在具有强大再生能力的模式生物如涡虫中，EVs是否以及如何参与再生过程仍然是个未知领域。
为了解答这一科学问题，研究人员在《SCIENCE ADVANCES》上发表了题为"细胞外囊泡介导涡虫干细胞信号和系统性RNA干扰"的研究论文。该研究以具有卓越再生能力的淡水涡虫 Schmidtea mediterranea 为模型，系统探究了EVs在涡虫再生和细胞通信中的功能。
研究人员运用了多项关键技术方法：通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）和免疫金标记技术鉴定涡虫EVs的形态和标志蛋白（如CD9、CD63）；利用纳米颗粒跟踪分析（Nanoparticle Tracking Analysis, NTA）动态监测不同生理条件下EVs的释放情况；采用单细胞RNA测序和整体原位杂交技术分析EV生物发生相关基因的表达模式；通过蛋白质组学和小RNA测序全面解析EVs携带的分子货物；开发单粒子EV成像技术（如dSTORM）可视化检测EVs内RNA的分布；建立EV移植实验验证其功能性RNA的传递能力。
成人涡虫及其干细胞分泌EVs
研究人员首先在培养的涡虫干细胞中观察到了多泡体（Multivesicular Bodies, MVBs）和囊泡结构的存在，提示这些细胞具有产生EVs的潜力。通过超速离心从涡虫干细胞培养液和全虫饲养液中分离出的颗粒具有典型的EVs形态特征（50-200纳米），且免疫电镜检测到EV标志蛋白CD9和CD63的表达。有趣的是，当涡虫暴露于低温或持续光照等环境胁迫时，EVs的释放量显著增加，表明涡虫能够根据环境条件动态调节囊泡生产。
EV生物发生通路基因的表达对涡虫稳态至关重要
研究团队鉴定出32个涡虫同源基因涉及EV生物发生通路，主要包括ESCRT（内吞体分选转运复合体）依赖和非依赖途径。单细胞转录组数据和整体原位杂交结果显示，这些基因在吞噬细胞和神经细胞中高表达。RNA干扰（RNAi）实验发现，32个基因中有11个的敲低会导致涡虫出现上皮破裂和头部退化等稳态缺陷表型，并且这些基因的敲低还显著改变了EVs的生产量，证实了EV生物发生通路在涡虫组织稳态中的关键作用。
蛋白质组学和小RNA谱揭示与涡虫EVs相关的独特分子
对从稳态和再生涡虫中分离的大小EVs（分别通过15,800g和120,000g离心获得）进行蛋白质组学分析，鉴定出3312种蛋白质。小EVs富含Flotillin 1（FLOT1）、TSPAN3等经典EV标志蛋白，而大EVs则富含肌动蛋白和纤毛相关蛋白。基因本体（Gene Ontology, GO）分析显示，小EVs中运输相关分子富集，大EVs中细胞骨架相关分子富集。小RNA测序发现EVs中含有piRNA（Piwi-interacting RNA）、miRNA（microRNA）、tsiRNA（tRNA-derived small RNA）等多种小RNA，其中尾再生动物来源的EVs中神经发生相关miR-124c等小RNA更为富集，提示EVs可能参与区域特异性的再生过程。
系统性EV介导的基因沉默证据
研究发现，喂食双链RNA（dsRNA）后，涡虫小EVs的产量显著增加，且这些EVs中含有dsRNA来源的小干扰RNA（siRNA）。通过地高辛标记的dsRNA追踪实验和单粒子EV成像技术，证实大部分标记RNA位于EVs内部。将来自RNAi处理动物的EVs移植到健康涡虫体内，能够成功诱导特异性基因敲低表型（如ovo基因敲低导致的眼点缺失，β-catenin敲低引起的极性缺陷），证明EVs能够跨组织运输功能性siRNA。
Ago-3在通过EVs运输dsRNA来源siRNA中的作用
研究人员发现涡虫Argonaute家族蛋白AGO-3在siRNA与EVs的结合中起关键作用。ago-3基因敲低不影响整体小RNA加工，但显著降低了EVs中dsRNA来源siRNA的含量，并且阻断了系统性RNAi效应。这表明AGO-3可能通过调控siRNA向EVs的装载，参与介导EVs的基因沉默功能。
培养的涡虫细胞摄取纯化的EVs
最后，研究证明培养的涡虫干细胞能够有效内化标记的EVs。用来自piwi-1基因敲低动物的EVs处理细胞，可导致细胞内piwi-1转录本水平显著下降，证实EVs能够将其功能性RNA货物递送到靶细胞中。
研究结论与讨论部分强调，该研究首次在涡虫中系统证明了EVs作为细胞间通信媒介在再生和基因调控中的重要作用。研究发现涡虫能够根据环境条件和生理状态动态调节EVs的生产和货物装载，其中AGO-3蛋白在介导siRNA与EVs的结合中扮演关键角色。EVs不仅参与基础的组织稳态维持，还通过运输功能性siRNA实现系统性基因沉默，这为理解RNAi在涡虫中的高效性提供了新机制。
该研究的创新性在于将EV生物学与再生研究相结合，揭示了EVs在具有强大再生能力的生物中的作用模式。这些发现不仅深化了对涡虫再生机制的理解，也为研究其他物种的再生能力提供了新视角。未来通过调控EVs的内容物和靶向性，可能开发出新的再生医学策略，为组织工程和疾病治疗提供新思路。
