间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）在免疫调节和组织修复领域展现出显著的治疗潜力。然而，要实现功能增强型细胞外囊泡的规模化生产，仍是当前面临的关键挑战。
近日，西安交通大学口腔医院李晔研究员团队在Stem Cell Research & Therapy期刊发表题为 “Microgravity-driven Rab27B activation amplifies mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicle production and functions”的最新研究成果。该研究创新性地利用旋转细胞培养系统（RCCS）模拟微重力环境，成功实现了人脐带间充质干细胞外囊泡（UCMSC-EVs）的高效量产与功能增强。通过外囊泡蛋白组学评估了微重力衍生的细胞外囊泡（µg-EVs）蛋白的功能，首次揭示了微重力诱导的Rab27B蛋白上调是提高EVs产量和治疗效力的关键机制。
其中，北京青莲百奥生物科技有限公司为该研究提供外囊泡蛋白质组学以及定量蛋白组学技术服务。
重要成果
一、微重力条件促进EVs产量且影响EVs的蛋白组成
为探究微重力对UCMSC-EVs的影响，分别在常规培养条件（g-细胞）和微重力条件（µg-细胞）下培养细胞并收集细胞上清液，超速离心法分离出g-EVs和µg-EVs，表征显示2种均完全符合EV的鉴定标准，NTA检测显示微重力条件下显著提高了外囊泡产量。为深入解析g-EVs和µg-EVs的蛋白质组成，研究人员进行了外囊泡蛋白组学分析（由青莲百奥提供技术服务），两组中共鉴定出2358种蛋白质，其中µg-EVs中特异性检出326种蛋白质，而g-EVs则有76种特异性检出蛋白（图1A-B）。聚类分析和火山图均显示两组蛋白谱有差异（图1C-D）。功能富集分析显示，µg-EVs中上调的蛋白质主要与免疫调节和组织修复相关，这表明细胞外囊泡具有增强的功能潜力。
图1：EVs蛋白组学差异分析
二、µg-EVs在体外表现出更强的免疫调节与成骨能力
进一步比较g-EVs和μg-EVs对巨噬细胞炎症的影响，先用脂多糖刺激Raw264.7细胞诱导M0向M1型激活，再与EVs孵育。结果显示μg-EVs较常规条件下的EV能更有效地诱导细胞向抗炎型（M2型）极化（图2A）。流式细胞术结果（图2B-C）也显示μg-EVs更有效地降低M1相关标志物(iNOS,CD86）蛋白水平，同时增强M2相关标志物(Arg1,CD206)蛋白水平。这些结果提示，与g-EVs相比，μg-EVs具有更优越的免疫调节潜能，特别是在促进巨噬细胞向抗炎M2型极化方面。此外，研究人员还证实了µg-EVs在促进牙周膜干细胞（PDLSCs）成骨分化方面比g-EVs更具优势。
图2：µg-EVs在体外表现出更强的免疫调节功能
三、微重力条件改变UCMSCs的蛋白谱组成
为阐明微重力诱导的EVs产量与功能增强的分子机制，研究人员对g-细胞和µg-细胞进行了蛋白质组学分析（由青莲百奥提供技术服务），GO富集分析（图3C）表明，μg-cells中上调的蛋白质主要与"细胞外囊泡"和"溶酶体腔"相关，提示EVs生物发生和细胞内转运相关通路被激活。火山图所示（图3-D），Rab27B在μg-cells中显著上调。Western blotting进一步证实μg-cells中Rab27B的表达显著高于g-cells（图3E-F）。Rab27B是小GTP酶Rab家族成员，是促进外囊泡释放的关键分子。因此，微重力可能通过激活Rab27B介导的囊泡转运来增强EVs的释放，从而显著提高单个细胞EVs的产量。
图3：微重力条件改变UCMSCs的蛋白质组成
四、Rab27B敲低降低了µg-EVs的产量和功能
为明确Rab27B在微重力效应中的介导作用，研究人员在UCMSCs中敲低了Rab27B，结果显示shRAB27B细胞分泌的EVs（sh-μgEVs）数量锐减，仅为μg-EVs的18%（图4A-B），且CD63表达量也显著降低（图4C-D）。功能层面，sh-μgEVs的M1相关标志物（Nos2、CD86）显著升高，而M2相关标志物（Arg1、CD206）显著下调；此外，与μg-EVs组相比，sh-μgEVs组成骨基因标志物（ALP、OSX和RUNX2）下调，成骨分化能力亦受损。进一步证实了Rab27B是连接微重力刺激与外囊泡分泌通路激活的关键调控因子。
图4：Rab27B敲低降低了µg-EVs的产量
五、µg -EVs促进牙周炎小鼠的成骨分化并减轻炎症反应
为进一步确认μg-EVs对实验性牙周炎小鼠的治疗效果，研究人员对成骨标志物ALP进行了免疫组化染色，结果显示μg-EVs治疗组的ALP表达显著高于g-EVs和sh-μgEVs组（图5A-B），表明成骨活性增强。此外，表型结果显示与g-EVs和sh-µgEVs组相比，µg-EVs组的CD206+细胞数量显著增加而iNOS+细胞数量减少（iNOS+细胞代表促炎性巨噬细胞，CD206+细胞则指示抗炎性巨噬细胞），表明µg-EVs在体内促进了巨噬细胞向抗炎表型的极化。此外，所有组主要器官（包括心、肝、脾、肺、肾）均未观察到显著病理变化，表明EVs治疗无明显全身毒性。
图5：µg -EVs促进牙周炎小鼠的成骨分化并减轻炎症反应
文章结论
本研究表明微重力是一种有效策略，可以同时提升MSC-EVs产量与功能。主要机制是通过Rab27B信号轴的激活实现外囊泡分泌通路的强化。这一发现有助于优化UCMSC-EVs的制造工艺以实现大规模生产。
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青莲百奥合作文章
青莲百奥深度参与众多前沿研究，与中国医学科学院、中国科学院、军事医学研究院、国家蛋白质科学中心、四川大学华西医院等顶尖科研机构通力合作，累计发表SCI论文近200篇，累计影响因子（IF）超1500。多项重磅研究成果发表于《Nature》《Science Translational Medicine》《Nature Communications》等国际顶级期刊。
