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南昌大学聂少平教授团队综述: 胞外囊泡研究工具与技术进展

2026-05-10 09:20:29

研究背景

细胞外囊泡（EVs）是由所有细胞类型内源性产生的脂质双层囊泡，其内含胞质、细胞外及膜信号分子。随着研究的深入，越来越多研究证实 EVs 是细胞间通讯的关键信使并参与调节多样的生理与病理过程。凭借这些特性，EVs 的临床与科研价值也随之凸显。其中，它们作为液体活检的标志物，为疾病的早期诊断提供了新思路；同时，作为天然的药物递送载体，也为精准医疗带来了全新的可能性。

然而，要将 EVs 的基础研究成果转化为临床现实，仍需跨越一系列技术门槛。EVs 的粒径极小且异质性极高，如何从复杂的生物样本中高效、高纯度地分离 EVs，如何对其实现精准的标记与成像追踪，以及如何系统地解析其携带的分子信息，一直是该领域发展的关键瓶颈。

针对这些现状，南昌大学聂少平教授团队成员系统梳理了 EVs 研究领域工具与技术的进展，对比了传统的超速离心、超滤与新兴的微流控等分离手段，并深入探讨了荧光标记与纳米粒子标记等示踪技术。这项工作旨在为 EVs 的基础研究与临床应用之间的转化搭建坚实的桥梁，帮助研究人员基于具体需求，选择最适宜的研究方案。

研究内容

首先是 EVs 的分离技术已涵盖从经典方法到前沿策略的多样化路径。传统分离方式主要包括超速离心、超滤、沉淀法（例如聚乙二醇沉淀）以及色谱技术（如尺寸排阻色谱和亲和色谱），这些方法在操作便捷性、成本控制、产物纯度和得率方面各有优劣。以超速离心为例，其被视为“金标准”，适用于高浓度样品，但可能对囊泡结构造成损伤；相比之下，超滤具备处理通量高、囊泡形态保存良好的特点，但容易面临膜孔阻塞的问题。近年来，免疫捕获（如利用磁性微球或 DNA 导向固定技术）和微流控芯片等新兴技术逐步崛起，大幅提高了 EVs 分离的特异性、效率及自动化程度。

Figure 1 EVs 分离方法

针对细胞外囊泡（EVs）的标记技术，目前主流的标记策略包括荧光标记、纳米粒子标记、基因标记和放射性标记四大类别。其中，荧光标记应用最为广泛：一方面可采用亲脂性染料（如 DiI、PKH）对囊泡膜进行非共价修饰，另一方面可通过代谢糖工程或蛋白连接酶途径对囊泡表面蛋白实现共价标记，后者在确保标记稳定性的同时，不会损害囊泡的原始结构。纳米粒子标记（例如量子点、金纳米粒）凭借出色的光稳定性及多模态成像能力，适用于高分辨率的动态追踪以及 CT、MRI 等影像学检测。基因标记则通过构建荧光蛋白与四跨膜蛋白的融合表达系统，能够在活细胞水平实时观测 EVs 的生成与转运过程。放射性标记（如⁸⁹Zr、¹¹¹In）因其极高的检测灵敏度，已成为体内 PET/SPECT 成像追踪 EVs 分布的重要技术。

Figure 2EVs 成像标记方法

针对胞外囊泡（EVs）的结构、分布及功能研究，多种成像技术提供了丰富的可视化手段。其中，电子显微镜（包括透射电镜与扫描电镜）及其升级版冷冻电镜被视为解析囊泡超微结构的“金标准”，能够精确呈现脂质双分子层的形态及尺寸。冷冻电镜尤其适合在接近天然状态下观测样品，有效规避了因脱水变形而产生的伪影。荧光显微镜则借助亲脂性染料、量子点或遗传编码探针，实现了对囊泡动态过程的可视化追踪：共聚焦显微镜可用于观察细胞摄取囊泡的实时行为，而生物发光成像则能监测其在活体内的分布，极大拓展了对囊泡功能性行为的理解。原子力显微镜凭借纳米级分辨率对囊泡表面进行扫描，不仅能重建其三维形貌，还可测定膜刚度、弹性等力学指标。此外，磁共振成像和计算机断层扫描通过引入磁性纳米颗粒或金纳米粒子标记，实现了对活体组织中囊泡的无创示踪。

Figure 3EVs 成像方法

近年来，多种高分辨、高灵敏度的检测手段得到了快速发展。在形态学观测方面，透射电子显微镜、冷冻电子显微镜以及原子力显微镜可用于揭示囊泡的超微形貌、膜结构完整性及纳米力学行为；在粒径分布与浓度评估方面，纳米颗粒示踪分析与动态光散射技术能够快速提供囊泡的尺寸分布和颗粒计数信息。针对分子层面的深度解析，液相色谱-质谱联用技术已广泛用于蛋白质组和脂质组学研究，而流式细胞技术（尤其是纳米流式及成像流式）则实现了单囊泡层级的多参数表型表征。此外，拉曼散射光谱、表面等离激元共振及荧光共振能量转移等光学方法也被应用于实时、无标志物地检测囊泡的分子构成及其相互作用。以及液滴数字 PCR 与超分辨显微成像等具有单囊泡分辨能力的技术进一步促进了对囊泡异质性的精准解读，从而为 EVs 在疾病诊断、药物递送及生物标志物发现等领域的应用奠定了重要基础。

Figure 4EVs 表征方法

该成果以“Advances in extracellular vesicle research: tools and techniques”(《细胞外囊泡研究进展：工具与技术》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Nanoscale Horizons 上。

论文信息

Advances in extracellular vesicle research: tools and techniques
Hina Fatima, Xinyang Chen, Qiqiong Li, Xinke Nie, Junhua Xie*, Shaoping Nie *（聂少平，南昌大学）
Nanoscale Horiz., 2025, 10, 3105-3115https://doi.org/10.1039/D5NH00734H

作者简介

Hina Fatima

本文第一作者，南昌大学食品学院在站博士后，分别在巴基斯坦拉合尔中旁遮普大学、政府学院女子大学担任过助理教授，巴基斯坦费萨拉巴德农业大学生物化学博士，主要从事天然产物生物代谢特征和免疫调节活性研究、以及微生物生物膜与天然产物抗菌特性研究。目前以第一作者发表 SCI 论文 4 篇，参编英文专著 1 部。

谢俊华

本文通讯作者，南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室特聘研究员。2014 年毕业于中国农业大学食品科学与营养工程学院获得学士学位；2016 年在南昌大学食品学院获得硕士学位；2022 年在比利时根特大学获得生物化学、生物技术与兽医学双学位博士学位。2022 到 2023 年在弗拉生物技术研究院担任助理研究员，2023 年至今任南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室特聘研究员。入选江西省 2024 年赣鄱英才创新领军人才，2023 年赣鄱俊才-海外急需紧缺人才，主持江西省自然科学基金项目 2 项。主要从事肠道菌源囊泡与健康研究，以第一/通讯作者（含共同）在 Cell Reports Medicine、Journal of Extracellular Vesicles、The EMBO Journal、Gut Microbes、Trends in Biotechnology 等 Top 期刊发表 SCI 论文 25 篇（IF>10 论文 11 篇，ESI 高被引论文 5 篇），被引 1800 余次，h-index 为 19。担任 iMeta、Extracellular Vesicles and Circulating Nucleic Acids、Journal of Future Foods、《现代食品科技》期刊青年编委和 Frontiers in Environmental Microbiology 期刊编委。

聂少平

本文通讯作者，南昌大学党委常委、副校长，食品学院教授。国家高层次人才特殊支持计划领军人才，国家自然科学基金杰青、优青项目获得者，科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者，江西省主要学科学术带头人，江西省百千万人才工程，享受国务院政府特殊津贴专家。兼任国务院第八届学位委员会食品科学与工程学科评议组成员，全国食品与营养专业学位研究生教育指导委员会委员，Journal of Agricultural and Food Chemistry 副主编，Food Frontiers 创刊主编，Carbohydrate Polymers、Scientific Report、Food Science and Human Wellness、《中国食品学报》等杂志的编委，中国食品科学技术学会理事会理事等。主要从事食品化学与营养学、食品安全与分析，特别是食品复杂碳水化合物（主要为生物活性多糖和膳食纤维）、食物组分与营养健康精准调控等领域的研究与新产品创制，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题等各类项目 30 多项，以第一或通讯作者（含共同）发表高质量学术论文 300 多篇，h-index 为 73；主编中英文著作 3 部；授权发明专利 41 件，多次入选科睿唯安全球高被引科学家、爱思唯尔中国高被引学者等。获国家级科技进步二等奖 1 项、江西省自然科学一等奖 2 项、江西省科技进步一等奖 2 项、教育部自然科学二等奖 1 项、国家级教学成果二等奖 2 项、江西省教学成果一等奖 1 项等各类奖励 10 余项。

期刊介绍

rsc.li/nanoscale-horizons

Nanoscale Horiz.

2-年影响因子*	6.6分
5-年影响因子*	8.1分
JCR 分区*	Q2 化学-物化Q1 材料-多学科Q2 纳米科学&技术
CiteScore 分^†	11.2分
中位一审周期^‡	38 天

Nanoscale Horizons 是纳米科学与技术领域的领导性期刊，发表高质量、高创新性的研究成果。该期刊侧重于原创性研究，强调所发表的论文要提出新的概念或新的思维方式（概念上的进展），而不是以报道技术方面的进展为主。当然，在概念上未有创新但实现了突破性进展的杰出工作（例如材料性能突破已有纪录）也有被发表的机会。另外，该刊要求所发表的论文能引起纳米科学与技术各领域读者的广泛兴趣。该刊由英国皇家化学会同中国国家纳米科学中心共同出版。

Chair