《Nature Materials》：Condensate corona–nanoparticle complexes transfer functional biomolecules between cells
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本文报道了一种由合成纳米颗粒在细胞内摄取后形成的纳米结构-生物杂化复合物。该复合物在罕见事件中可获取一层细胞来源的生物分子凝聚体外壳，并被重新分泌到胞外，进而被其他细胞摄取。这种“凝聚体晕”在组成上区别于细胞外囊泡，含有完整蛋白、mRNA和长链RNA。它在外界环境中具有机械稳定性，进入内体后转变为流体态并与颗粒核心分离，从而逃逸内体-溶酶体降解途径，将其蛋白和RNA组分重新分布到胞质和核内。该研究揭示了一种自然的、凝聚体介导的细胞间生物分子机器（包括RNA）转移途径，为未来递送系统的设计提供了新的灵感。
在生命的微观世界里，细胞并非孤岛，它们通过各种精密的“通讯工具”进行交流，传递着维持生命活动所必需的信息和物质。近年来，纳米尺度的生物结构，如细胞外囊泡、膜纳米管等，被发现在细胞间通讯中扮演着重要角色。然而，外源性的人工纳米结构，如药物递送系统中常用的纳米颗粒，是否会与这些天然过程发生交叉，甚至“劫持”或“改造”细胞的内部分子运输系统，却一直是个谜。此外，尽管细胞外囊泡等天然载体在疾病诊断和治疗中展现出巨大潜力，但其内部携带的生物分子（尤其是mRNA）的完整性、功能以及它们被靶细胞摄取后的命运，仍有许多未解之谜。这些基本问题的答案，对于理解生命过程本身以及设计下一代高效、安全的生物医学递送工具至关重要。
为了深入探究这些问题，一项发表在顶级期刊《Nature Materials》上的研究，将目光投向了细胞与纳米颗粒相互作用中那些不寻常的“罕见事件”。研究人员使用了一种带有磁芯和二氧化硅外壳的模型纳米颗粒，预先为其包裹上一层血清来源的蛋白质“晕”。当这些颗粒被细胞（如HEK293、A549细胞）摄取后，绝大多数颗粒的命运是走向溶酶体被降解。但研究人员通过先进的活细胞成像技术捕捉到，有一小部分“幸运儿”走上了截然不同的道路：它们在细胞内长时间驻留，并与线粒体、内质网、应激颗粒、P小体等多种细胞器发生反复接触。最终，这些颗粒携带着一层新获得的、由细胞自身生物分子构成的“外衣”，被重新分泌到细胞外，形成了独特的“颗粒复合物”。
为了深入研究这些稀有但可能功能强大的复合物，研究人员发展了一套精密的分离纯化流程，结合脉冲-追踪实验设计，利用颗粒的磁性核心进行高效提取，从而获得了高纯度的颗粒复合物用于后续分析。研究采用的主要技术方法包括：活细胞共聚焦显微镜成像追踪纳米颗粒的胞内轨迹与复合物生物发生；差分离心沉降和电子显微镜表征复合物的物理特性；基于稳定同位素标记的定量蛋白质组学、转录组测序（包括小RNA-seq和mRNA-seq）以及脂质组学分析，全面解析复合物的分子组成；以及多种荧光标记与成像策略（如分别标记核心与外壳、高内涵成像、分选报告系统等），在单颗粒和单细胞水平上实时观测复合物在靶细胞内的摄取、解离、逃逸与再分布过程。
研究结果
Rare exported particles bear overlaid cell-derived coronas（罕见的外泌颗粒带有叠加的细胞来源晕）
通过活细胞成像观察到，少数内化的纳米颗粒经历了与多种细胞器的延长接触，最终被重新输出到细胞外。图1直观展示了这一生物发生过程、分离流程以及复合物的表征。脉冲-追踪结合磁性分离的方法能够高效获取这些颗粒复合物。透射电镜和扫描电镜图像显示，与单纯的血清晕相比，这些复合物表面覆盖了一层形态不同的细胞来源涂层。
Formation and physical characteristics of overlaid corona（叠加晕的形成与物理特性）
分离得到的颗粒复合物在多种生理条件下结构稳定，其叠加的细胞来源涂层需要相对苛刻的条件才能被去除，表明其与核心颗粒的结合非常牢固。
Particle complexes have an RNA-granule-enriched proteome（颗粒复合物具有富含RNA颗粒的蛋白质组）
对复合物蛋白质组的深入分析揭示了其独特身份。如图2所示，复合物的蛋白质主要定位于内质网和线粒体，且约70%的蛋白质是已知的RNA颗粒（如应激颗粒、P小体）相关蛋白，并包含许多分子伴侣。与标准方法分离的细胞外囊泡相比，复合物的蛋白质组存在显著差异：它缺乏经典的EV标志物（如TSG101），但富含EV“排除”标志物以及核糖体、剪接体、线粒体相关蛋白复合物。
Particle complexes carry intact granule-linked RNAs（颗粒复合物携带完整的颗粒相关RNA）
对复合物RNA组成的分析带来了更惊人的发现。如图3所示，RNA测序显示复合物含有多种RNA，包括线粒体RNA、剪接体RNA、miRNA和mRNA。与EVs相比，复合物显著富集线粒体mRNA、剪接体结构RNA等。最关键的是，通过多种技术验证，复合物中的mRNA大多是长链且完整的，这与之前关于EV中mRNA多为片段的报道形成鲜明对比。研究人员甚至通过PCR扩增和Sanger测序，确认了如FUS、HNRNPU等基因的完整编码区cDNA序列的存在。
Lipid-poor non-enveloped complexes stabilize long RNAs（贫脂非包膜复合物稳定长链RNA）
脂质组学分析表明，与富含磷脂的EVs不同，颗粒复合物几乎不含脂质，特别是形成连续包膜所必需的磷脂酰胆碱和鞘磷脂。因此，颗粒复合物是一种非包膜的、贫脂的凝聚体结构。尽管如此，其中的长链RNA在胞外条件下却能保持稳定，仅在极高浓度核酸酶处理下才被降解，表明其RNA颗粒般的致密结构提供了保护。
Particle complexes enable cellular transfer（颗粒复合物实现细胞间转移）
研究人员进一步探究了这些复合物被其他细胞摄取后的命运。通过分别荧光标记复合物的核心和外壳，他们观察到一个清晰的四阶段过程：1）外壳在内体中“液化”并从核心上解离；2）外壳在内体间进行分选和重排；3）外壳与含有核心的内体完全分离；4）分离的外壳将其携带的“货物”重新分配到靶细胞的胞质和细胞核中。
Condensate detachment and endosomal separation (stages 1 and 2)（凝聚体解离与内体分离）
活细胞成像显示，外壳进入内体后不久便开始与核心发生相对运动，随后部分或完全脱离含有核心的内体，有时还会在不同的内体之间共享和交换物质。
Endo-lysosomal departure and redistribution (stages 3 and 4)（内体-溶酶体逃逸与再分布）
高内涵成像和细胞分级分离实验证实，与会被溶酶体降解的血清晕不同，颗粒复合物的外壳能够有效逃逸内体-溶酶体降解途径。在孵育数小时后，外壳信号不仅没有消失，反而在胞质和细胞核中均被检测到，表明其有效递送到了细胞内功能区室。
Condensate grafting with peptides restores lysosomal degradation（肽段嫁接凝聚体恢复溶酶体降解）
为了验证“分子识别”是逃逸的关键，研究人员在复合物外壳上嫁接了一种短肽（ALFA肽）。随着嫁接密度的增加，外壳与核心的分离被阻断，其命运也重新变回被溶酶体降解。这证明外壳与内体腔内的宿主细胞分子间的特异性相互作用，是控制其能否获得细胞内“特权访问”的关键开关。
Condensates reach intracellular targets and remain functional（凝聚体到达胞内靶点并保持功能）
通过蛋白质印迹、稳定同位素标记蛋白质组学和报告基因（如NanoLuc，纳米萤光素酶）等多种方法，研究人员证实，从复合物转移至靶细胞的生物分子不仅结构完整，而且保持了功能活性。例如，从表达FUS-NanoLuc融合蛋白的细胞产生的复合物，能够将具有酶活性的NanoLuc递送到靶细胞的胞质和细胞核中。此外，通过分裂式报告基因系统，也观察到了外壳蛋白与靶细胞胞质成分的直接分子接触。
Mesoscopic condensates redistribute between organelles（介观凝聚体在细胞器间再分布）
活细胞追踪显示，那些从内体分离后仍保持一定尺寸的“介观”凝聚体，能够沿着细胞骨架运动，并与内质网-核膜、线粒体等细胞器发生动态接触。一个尤其引人注目的现象是，部分凝聚体停靠在内质网-核膜边界后，会突然分散进入细胞核内。此外，凝聚体与内源性P小体之间也存在频繁的、可逆的相互作用，包括物质交换和P小体的重塑。
研究结论与意义
这项研究系统揭示了一种前所未见的、由合成纳米颗粒触发的细胞间生物大分子传递新机制。其核心在于，内化的纳米颗粒可以作为“支架”，在罕见事件中“招募”并运载一层由细胞自身RNA颗粒成分构成的生物分子凝聚体。这种被称为“凝聚体晕-纳米颗粒复合物”的新型结构，在组成、结构和功能上均区别于已知的细胞外囊泡。
关键结论包括：
- 1.
独特的组成与结构：复合物富含RNA颗粒相关蛋白和完整的长链RNA，但缺乏脂质包膜，是一种固态或类玻璃态的凝聚体，能在胞外环境中保护其“货物”。
- 2.
高效的胞内递送路径：被靶细胞摄取后，复合物的凝聚体外壳在内体酸性环境中“液化”，通过特异性分子识别从核心解离，并逃逸内体-溶酶体降解途径，实现了向胞质和细胞核的高效递送。
- 3.
功能性的转移：转移的蛋白质和RNA能够保持完整性和功能活性，并可到达特定的亚细胞位点（如内质网、线粒体、P小体、细胞核），与内源性组分发生相互作用。
这项研究的重要意义深远。首先，它从全新的角度阐释了纳米颗粒与生物系统的复杂互作，揭示了人工纳米结构参与甚至“利用”天然细胞通讯途径的潜力。其次，它发现了一种天然存在的、能够传递完整功能性生物分子机器的“货物”包装与递送范式，其机制类似于无包膜病毒，但由完全内源的生物分子构成。这为理解细胞间信息交换，特别是在RNA和蛋白质等大分子水平上的通讯，开辟了新的视野。
最重要的是，该研究为生物医学工程，尤其是药物递送领域，提供了革命性的设计灵感。传统的人工递送系统（如脂质纳米粒）在设计上面临着内体逃逸、靶向性、稳定性等多重挑战。而本研究揭示的“凝聚体架构”，是细胞自身进化出的、能够完美解决这些难题的“方案”。未来，借鉴这种基于生物分子凝聚体和纳米尺度识别的工作原理，科学家们有望设计出新一代的智能递送载体。这些载体不仅能够高效、特异性地将治疗性蛋白、mRNA、基因编辑工具等递送到靶细胞内，甚至可能实现整个功能性分子复合物（如核糖体、剪接体亚基）的模块化转移，从而实现对细胞功能的更高级、更精准的调控，为癌症、遗传病、神经退行性疾病等重大疾病的治疗带来新的希望。
