细胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs)是哺乳动物细胞分泌的一组膜封闭磷脂囊泡，包括正常细胞和癌细胞。小型EVs，包括外泌体和部分微囊泡，是直径小于200 nm的独特子集。包括小型EVs在内的EVs包装着亲本细胞的功能分子(即蛋白质、氨基酸和核酸)，在细胞间通讯、免疫反应和癌症转移中发挥着重要作用。根据细胞来源、癌基因突变和其他环境因素，小型EVs在膜蛋白、大小和含量上具有高度异质性，使其成为癌症诊断的潜在工具。
通过复杂的分离技术，鉴定出不同大小依赖的外泌体亚群，包括外泌体、小外泌体(Exo-S)和大外泌体(Exo-L)，每个外泌体都具有独特的分子生物标志物。这些亚群统称为细胞外囊泡和颗粒(Extracellular vesicles and particles, EVPs)，它们的蛋白质被发现对癌症检测和确定癌症类型有用。通过测量整个EVPs种群的平均信息的传统分析方法不可避免地会受到无关亚种群的大背景噪声的影响。因此，分析大小依赖性亚群的蛋白质异质性将在很大程度上提高人们对EVPs生物学功能机制的认识，以及开发准确的诊断工具。然而，获取异质性信息的主要挑战是难以精确地分离具有特定大小的EVP子集。
针对上述问题，上海交通大学余辉研究团队提出了采用单颗粒成像技术，在单颗粒尺度进行粒径、膜蛋白等多重特征检测，并进行特征间的关联性分析，来对不同的EVP亚群进行鉴定和分析的新方法——单EVP枚举(SEVEN)方法。
利用膜蛋白与细胞外囊泡和颗粒(EVPs)大小的相关性进行癌症诊断的示意图（图源自Journal of Extracellular Vesicles ）
得益于干涉等离子体显微镜的单粒子成像和检测能力，SEVEN规避了精确分离亚群的挑战。对5种细胞系和5种蛋白质生物标志物的研究为EVPs的大小分布与蛋白质水平之间的相关性提供了新的证据。对来自癌细胞系和临床血浆样本的EVPs进行的实验表明，SEVEN可以有效地提高分类精度。因此，这项工作强调了探索EVPs异质性的不同维度之间的潜在关系对于开发更好的诊断性能的重要性。随着吞吐量和系统自动化程度的进一步提高，SEVEN有望在癌症诊断中找到临床应用。
相关研究成果发表于Journal of Extracellular Vesicles，文章标题为“Correlation between membrane proteins and sizes of extracellular vesicles and particles: A potential signature for cancer diagnosis”。
为帮助广大实验室用户了解外泌体前沿进展及其创新技术，仪器信息网将于2025年8月12日举办“第一届外泌体创新技术与应用进展”主题网络研讨会，围绕外泌体分离提取、表征检测新技术新方法，以及在机制研究、疾病诊疗、标准化建设等领域应用进展进行探讨交流，特别邀请上海交通大学余辉长聘副教授做题为《细胞外囊泡与颗粒的异质性解析》报告分享，欢迎大家参会交流。
报告摘要：随着分析技术的发展，越来越多微小粒径的细胞外囊泡和细胞外微粒(extracellular vesicles and partiles, EVP)被鉴定。EVP具有高度异质性，但现有技术还不足以稳定、高效地将EVP按照不同粒径进行分离，使得对EVP的精准分析异常困难。我们提出了采用单颗粒成像技术，在单颗粒尺度进行粒径、膜蛋白等多重特征检测，并进行特征间的关联性分析，来对不同的EVP亚群进行鉴定和分析的新方法。该方法对于提高样品质量控制、精准精病诊断等都具有潜在的应用价值。