Nature Commun/JEVS 双刊力作！超分辨 3D 外泌体分析系统，工程化外泌体激活 WNT 信号修复肝肠类器官
发布日期：2026-03-25
在再生医学的前沿领域，外泌体（Exosomes）正成为精准递送药物的“明星载体”。然而，如何在直径仅约100 nm的微小囊泡上，精准确认配体的装载及其空间分布成为研究难点，传统成像技术受衍射极限限制难以实现精准表征。Abbelight 3D 全自动外泌体荧光检测分析系统凭借超分辨成像技术，成为破解这一难题的关键工具，为广州实验室曾永昇 / 杨令延课题组的工程化外泌体研究提供了核心技术支撑，助力其相关成果连续发表于《Nature Communications》和《Journal of Extracellular Vesicles》。
该课题组利用3D全自动外泌体荧光检测分析系统，依托dSTORM单分子定位技术，在单分子水平上清晰解析工程化外泌体的构造特征，为高效激活WNT信号通路、推动肝脏与肠道修复研究提供了直观且精准的形态学证据。作为纳米尺度外泌体研究的专业工具，3D全自动外泌体荧光检测分析系统实现了对单个外泌体的全面表征，可准确获取单个外泌体的三维结构、粒径大小以及其膜蛋白/内容物的分布情况，既是超分辨图像的生成器，更是科学发现的核心验证者，其核心技术优势体现在三方面：
突破衍射极限，纳米级高清解析：提供~20 nm纳米超高分辨率，打破传统光学成像的技术限制，让100 nm的外泌体结构从模糊的光点变为清晰的纳米级成像，实现单分子水平的精准观测；
3D精准定位，区分空间分布：特有的三维成像技术，可捕捉轴向精准信息，在不穿透、不破坏外泌体膜结构的前提下，准确区分蛋白质在囊泡表面或内部的空间定位，为功能机制研究提供直接依据；
大视野批量分析，提供统计学数据：具备大视野检测能力，可同时对成百上千个外泌体进行成像与分析，突破单一样本观测的局限性，为研究提供具有统计学意义的单分子数据。
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单外泌体2D（左）和3D（右）的成像
单外泌体粒径分析与marker表征
3D全自动外泌体荧光检测分析系统
WNT信号通路是调节组织形态发生和再生的核心路径。WNT配体与RSPO蛋白作为强效共激活因子，在肝脏和肠道的干细胞稳态中起着关键作用。但天然蛋白存在稳定性差、易聚集等问题，研究团队因此开发了一系列工程化外泌体作为递送载体。但挑战随之而来：如何证明这些配体（如WNT3A、RSPO1）确实成功装载到了外泌体上？它们是包裹在内部还是锚定在表面？两个配体是在同一个外泌体上，还是分属于不同的囊泡？
研究组首先以一种名为Wntless (WLS)的八次跨膜蛋白作为外泌体骨架蛋白[1]，增加了纯化外泌体上的WNT3A配体水平，提升了诱导WNT信号的活性。进一步实验证实，分别装载了RSPO1外泌体和WNT3A的外泌体具有协同作用，可增强WNT信号激活，诱导肝内胚层细胞向肝祖细胞的转变；RSPO1外泌体也能够调节肠道干细胞的增殖，支持肠道的再生。为确认RSPO1在外泌体上的定位，研究组使用dSTORM超分辨成像技术，在不透过及破坏外泌体膜结构的前提下，确定RSPO1位于外泌体的表面（图1）。这一发现为RSPO1通过与靶细胞表面受体直接结合而激活信号通路提供了坚实的形态学证据。
dSTORM超分辨三维图像显示RSPO1位于外泌体表面
然而，在体内同步递送两种不同的外泌体具有挑战性，这凸显出了开发同时负载WNT3A和RSPO1的外泌体的必要性。因此，研究组构建了生产同时负载WNT3A和RSPO1的外泌体的细胞。为确认细胞分泌的外泌体同时含有两种蛋白，研究组再次使用dSTORM超分辨成像，证实了两种蛋白存在于同一外泌体上（图2）[2]。
图2 dSTORM超分辨三维图像显示WNT3A和RSPO1位于同一外泌体上
通过进一步实验发现，WNT3A/RSPO1外泌体具有在在体内诱导WNT信号的能力，有效挽救急性肝损伤，恢复肝功能和生理状态；RSPO1外泌体也可在肠道组织中诱导WNT/β-catenin信号活性，促进肠道损伤后的组织再生，具有作为靶向衰老肠道的新型抗衰老治疗药物的潜力。研究组使用系统的工程化方法开发出负载WNT配体和RSPO蛋白的外泌体，突显了利用工程化外泌体克服生物分子向靶细胞递送挑战以进行治疗应用的巨大潜力。
参考文献：
[1] Yang, L., Wang, S., Qiao, Z., Liu, Y., Wang, X., Liu, L., ... & Chan, Y. S. (2025). Dual-ligand engineered exosome regulates WNT signaling activation to promote liver repair and regeneration. Nature Communications, 16(1), 9019.
[2] Yang, L., Wang, X., Wei, X., Yu, P., Liu, Y., Wang, S., ... & Chan, Y. S. (2026). Oral Delivery of R‐spondin1‐Loaded Small Extracellular Vesicles Activates WNT Signalling Pathway to Accelerate Intestinal Injury Repair and Reverse Ageing. Journal of Extracellular Vesicles, 15(1), e70226.
