第二节　细胞器

细胞器（organelle）是细胞质中散布的具有一定形态和功能的微结构或微器官，也称为拟器官或亚结构。细胞中的细胞器主要有：线粒体、内质网、高尔基体、核糖体等，它们是细胞的基本组成部分（图3-4）。

一、内质网和高尔基体——生物合成的加工厂

（一）内质网的结构与功能

1.内质网的结构和组成

内质网（endoplasmic reticulum，ER）广泛分布于除成熟红细胞以外的所有真核细胞的胞质中，其结构主要包括内质网小管（endoplasmic reticulum tubule）、内质网小泡（endoplasmic reticulum vesicle）和内质网扁囊（endoplasmic reticulum lamina），平均膜厚度约5~6nm，三者构成内质网基本“结构单位（structure unit）”。它们大小不同、形态各异，在细胞质中彼此相互连通，构成了一个连续性的膜性三维管网结构系统。

根据内质网外表面是否有核糖体附着，将内质网划分为两种类型，即粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）和滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）。粗面内质网又称颗粒内质网（granular endoplasmic reticulum，GER），多呈排列较为整齐的扁平囊状，主要特点是膜外表面有核糖体颗粒的附着，并因此而得名。在具有肽类激素或蛋白分泌功能的细胞中，粗面内质网高度发达；而在未分化或分化低细胞中则相对少见。滑面内质网也称无颗粒内质网（agranular endoplasmic reticulum，AER），多是由小管或小泡构成的网状结构，膜外表面无核糖体颗粒附着，常与粗面内质网相互连通。滑面内质网是一种多功能的细胞器。在不同细胞或同一细胞的不同生理时期，其结构形态、胞内空间分布、发达程度及功能特性差异甚大。以上两种内质网同时存在于大部分细胞中，只是所占比例不同，但也有个别细胞中全为粗面内质网（如胰腺外分泌细胞）或皆为滑面内质网（如肌细胞）。

除了上述两种基本类型之外，内质网还有一些异型结构，如：见于视网膜色素上皮细胞中的髓样体（myeloid body），生殖细胞、快速增殖细胞、某些哺乳类动物的神经元和松果体细胞以及一些癌细胞中的孔环状片层体（annulate lamellae）等。这些异型结构亦可被看作是内质网的第三种结构类型。

内质网通常可占到细胞全部膜相结构组成的50%左右；占细胞总体积的10%以上；相当于整个细胞质量的15%~20%。其化学组成与细胞膜基本一致，也是以脂类和蛋白质为主要组成成分。与细胞膜不同的是各成分的种类和所占比例不尽相同。

内质网膜脂类含量约占30%~40%，蛋白质含量在60%~70%之间。内质网膜的脂质双分子层组成包括磷脂、中性脂肪、缩醛磷脂和神经节苷脂等。其中以磷脂含量最多。不同磷脂的百分比含量大致为：卵磷脂55%左右；磷脂酰乙醇胺20%~25%；磷脂酰肌醇5%~10%；磷脂酰丝氨酸5%~10%；鞘磷脂4%~7%。

内质网膜含有的蛋白质及酶类是非常复杂、多样的，根据它们的功能特性，大致可以划分为以下几种类型，①与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系：主要由细胞色素P450（cytochrome P450，CYP）、NADPH-细胞色素P450还原酶、细胞色素b5、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）NADH-细胞色素b5还原酶和NADH-细胞色素c还原酶等组成。②与脂类物质代谢功能反应相关的酶类：如脂肪酸CoA连接酶、磷脂酸磷酸酶、胆固醇羟化酶、脂酰基转移酶、脂酰辅酶A、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶等。③与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类：主要包括葡萄糖-6-磷酸酶、β-葡萄糖醛酸酶、葡萄糖醛酸转移酶和GDP-甘露糖基转移酶等。葡萄糖-6-磷酸酶被视为内质网的主要标志性酶。④与蛋白加工转运相关的酶类。

内质网网腔中普遍存在一类网质蛋白（reticuloplasmin），该类蛋白共同特点是多肽链的羧基端（C端）均含有一个KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu，即赖氨酸-天冬氨酸-谷氨酸-亮氨酸）或HDEL（His-Asp-Glu-Leu，即组氨酸-天冬氨酸-谷氨酸-亮氨酸）的4氨基酸序列驻留信号（retention signal）。网质蛋白可通过驻留信号与内质网膜上相应受体识别并结合而驻留于内质网腔而不被转运。目前已知的网质蛋白有免疫球蛋白重链结合蛋白质（immunoglobulin heavy chain binding protein）、内质蛋白（endoplasmin）、钙网蛋白（calreticulin）、钙连蛋白（calnexin）和蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI）。

2.内质网的功能

内质网不仅是蛋白质和脂类等物质的重要合成场所，还参与物质运输、物质交换、解毒以及对细胞的机械支持等作用。具体功能如下。

（1）粗面内质网的功能：

主要负责蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运。包括：①外输性或分泌性蛋白质，如肽类激素、细胞因子、抗体、消化酶、细胞外基质蛋白等；②膜整合蛋白质，如膜抗原、膜受体等；③参与合成细胞器中的驻留蛋白（retention protein），如定位于粗面内质网、滑面内质网、高尔基体、溶酶体等各种细胞器中的可溶性驻留蛋白等。

（2）滑面内质网的功能：

主要参与脂类合成、糖代谢和细胞解毒等。滑面内质网是细胞内脂类合成的重要场所。不同细胞类型中的滑面内质网，因其化学组成上的某些差异及所含酶的种类不同，常常表现出完全不同的功能作用。主要包括：①参与脂质的合成和转运，脂类合成是滑面内质网最为重要的功能之一，在滑面内质网合成的脂类常常会与粗面内质网来源的蛋白质结合形成脂蛋白，然后经由高尔基体分泌出去。比如在正常肝细胞中合成的LDL。②参与糖原的代谢，参与了糖原的分解过程。③是细胞解毒的主要场所，作为机体中外源性、内源性毒物及药物分解解毒的主要器官组织，肝脏的解毒作用主要由肝细胞中的滑面内质网来完成。④是肌细胞Ca2+的储存场所。⑤与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关。

3.内质网应激

内质网具有较强的稳态系统。但在各种刺激下，如缺氧、氧化应激、病毒感染、化学药物等均可扰乱内质网稳态，导致内质网内Ca2+平衡紊乱，未折叠或错误折叠蛋白在内质网腔中聚集，形成内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）。适度的ERS有利于细胞在外界刺激下恢复细胞的内稳定，是真核细胞的一种自我保护性反应，而长时间或严重的ERS会导致内质网功能受损，进而导致细胞凋亡。研究发现，ERS与多种疾病相关，如动脉粥样硬化、非酒精性脂肪性肝病、糖尿病、心血管疾病、骨质疏松症、肿瘤、神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病等。

（二）高尔基体的结构和功能

1.高尔基体的结构和组成

高尔基体（Golgi body）是由一些排列整齐的扁平囊泡（cisterna cisternae）、小囊泡（vesicles）和大囊泡（vacuoles）三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器。扁平囊泡，现统称为潴泡（cisterna），是高尔基体中最具特征的主体结构组分。3~8个潴泡平行排列在一起，构成高尔基体的主体结构——高尔基体堆（Golgi stack）。小囊泡，现统称为小泡（vesicle），聚集分布于高尔基体形成面，是一些直径为40~80nm的膜泡结构，包括两种类型：相对较多的为表面光滑的小泡；较少的为表面有绒毛样结构的有被小泡（coated vesicle），也称为运输小泡（transfer vesicle）。它们可通过相互融合，形成扁平状高尔基潴泡。大囊泡，现统称为液泡（vacuole），直径为0.1~0.5μm，是见于高尔基体成熟面的分泌小泡（secretory vesicle），为扁平状高尔基潴泡末端膨大、断离而形成。不同分泌小泡的成熟程度不同。

高尔基体是具有极性的细胞器。扁平囊的顺面膜囊一般靠近细胞核和内质网，称为顺面高尔基网（cis-Golgi network），顺面膜囊向反面膜囊过渡，囊腔逐渐变大变宽，囊膜变厚，与细胞膜相似，为反面高尔基网（trans-Golgi network），位于两者之间的多层间隔囊为高尔基中间膜囊（medial Golgi stack）。

不同组织细胞中高尔基体的分布不同。在神经细胞中的高尔基体一般是围绕细胞核分布；在输卵管内皮、肠上皮黏膜、甲状腺和胰腺等具有生理极性的细胞中，其常常在细胞核附近趋向于一极分布；在肝细胞中，则沿胆小管分布在细胞边缘；在精子、卵子等少数特殊类型的细胞和绝大多数无脊椎动物的某些细胞中，可见到高尔基体呈分散的分布状态。

高尔基体的数量和发达程度也因细胞的生长、发育分化程度和细胞的功能类型不同而存在较大的差异，并且会随着细胞的生理状态而变化。一般而言，在分化发育成熟且具有旺盛分泌功能活动的细胞中，高尔基体较为发达。

高尔基体是一种膜性结构细胞器，其基本化学组分为脂质。高尔基体膜的脂类成分含量介于质膜与内质网膜之间。高尔基体含有多种酶类，包括：①高尔基体中最具特征性的酶——糖基转移酶（glycosyltransferase）；②NADH-细胞色素氧化还原酶；③以5’-核苷酸酶、ATP酶、硫胺素焦磷酸酶为主体的磷酸酶类；④参与磷脂合成的溶血卵磷脂酰基转移酶和磷酸甘油脂酰基转移酶；⑤由磷脂酶A1与磷脂酶A2组成的磷脂酶类；⑥酪蛋白激酶（casein kinase，CK）；⑦甘露糖苷酶等。这些酶主要参与糖蛋白、糖脂和磷脂的合成。

2.高尔基体的功能

高尔基体主要功能是参与细胞的分泌活动，对来自内质网的糖蛋白进行糖基化、水解、分选及定向运输。其主要的功能作用包括：

（1）高尔基体是细胞内蛋白质运输分泌的中转站：

外输性分泌蛋白、溶酶体中的酸性水解酶蛋白、多种细胞膜蛋白以及胶原纤维等细胞外基质成分等均是经由高尔基体进行定向转送和运输的。因此，可以说高尔基体是细胞内蛋白质运输分泌的中转站。

（2）高尔基体是胞内物质加工合成的重要场所：

糖蛋白的加工合成，如N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白；蛋白质的水解修饰，如人胰岛素、胰高血糖素、血清白蛋白等的水解成熟均在高尔基体的转运过程中发生和完成。此外，高尔基体还是胞内蛋白质分选和膜泡定向运输的枢纽。

二、溶酶体和蛋白酶体——细胞废物的降解

（一）溶酶体结构和组成

溶酶体是一种具有高度异质性的膜性结构细胞器，所谓异质性是指不同溶酶体的形态、大小、数量、分布及所包含溶解酶的种类可能存在很大差异。溶酶体普遍地存在于各类组织细胞之中。由一层单位膜包裹而成，膜厚约6nm，通常呈球形，大小差异显著，一般直径为0.2~0.8μm，最小者直径仅0.05μm，而最大者直径可达数微米。溶酶体中约含有60多种能够分解机体中几乎所有生物活性物质的酸性水解酶，这些酶作用的最适pH通常在3.5~5.5。

尽管溶酶体是一种具有高度异质性的细胞器，但也具有许多共性特征：①所有的溶酶体都是由一层单位膜包裹而成的囊球状结构小体。②含有丰富的酸性水解酶，包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、磷酸酶和溶菌酶等多种酶类。其中，酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。③溶酶体膜中富含两种高度糖基化的穿膜整合蛋白IgpA和IgpB。它们分布在溶酶体膜腔面，可能有利于防止溶酶体所含的酸性水解酶对其自身膜结构的消化分解。④溶酶体膜上嵌有质子泵，可依赖水解ATP释放出的能量将H+逆浓度梯度地泵入溶酶体中，以形成和维持溶酶体囊腔中酸性的内环境。

此外，溶酶体膜糖蛋白家族具有高度同源性。在多种脊椎动物中已鉴定出了一个溶酶体膜糖蛋白家族——溶酶体相关膜蛋白（lysosomal-associated membrane protein，LAMP）或溶酶体整合膜蛋白（lysosomal integral membrane protein，LIMP）。该类蛋白的肽链组成结构包括：一个较短的N端信号肽序列、一个高度糖基化的腔内区、一个单次跨膜区和一个由10个左右的氨基酸残基组成的C端胞质尾区。在不同物种的同类蛋白质及同一物种的不同蛋白质之间，特别是在其功能结构区，具有高度的氨基酸序列组成同源性。

（二）溶酶体的类型

1.根据生理功能状态的不同可分为三种基本类型：

（1）初级溶酶体（primary lysosome）：

是指通过其形成途径刚刚产生的溶酶体。也称为原溶酶体（protolysosome）或前溶酶体（prelysosome），只含有溶解酶不含有溶解底物。一般呈透明圆球状，膜厚约6nm。

（2）次级溶酶体（secondary lysosome）：

当初级溶酶体经过成熟，接受来自细胞内、外的物质，并与之发生相互作用时，即成为次级溶酶体。因此，次级溶酶体实质上是溶酶体的一种功能作用状态，故又被称作消化泡（digestive vacuole）。次级溶酶体体积较大，形态多不规则，囊腔中含有正在被消化分解的物质颗粒或残损的膜碎片。依据次级溶酶体中所含作用底物性质和来源的不同，次级溶酶体又可分为：自噬溶酶体（autophagolysosome）、异噬溶酶体（heterophagic lysosome）和吞噬溶酶体（phagolysosome）。自噬溶酶体作用底物主要是细胞内衰老蜕变或残损破碎的细胞器（如损伤的内质网、线粒体等）或糖原颗粒等其他胞内物质。异噬溶酶体其作用底物源于外来异物。吞噬溶酶体作用底物为病原体或其他外来较大的颗粒性异物。由于吞噬溶酶体与异噬溶酶体的作用底物均为细胞外来物，因此，二者之间并无本质上的区别。

（3）三级溶酶体（tertiary lysosome）：

又称后溶酶体（postlysosome）或终末溶酶体（telolysosome），是指残留一些不能被消化和分解物质的溶酶体。三级溶酶体有些可通过胞吐的方式被清除、释放到细胞外去；有些则可能会沉积于细胞内而不被外排。如心肌细胞内的脂褐质颗粒。

2.根据形成过程的不同可分为两大类型

近年来，基于对溶酶体形成过程及发育过程的研究，学者提出新的溶酶体分类体系，把溶酶体划分为内体性溶酶体（endolysosome）和吞噬溶酶体（phagolysosome）两大类。内体性溶酶体是由高尔基体芽生的运输小泡和通过胞吞（饮）作用形成的内体结合而成，相当于初级溶酶体。吞噬性溶酶体是由内体性溶酶体和来自细胞内外的自噬体（autophagosome）或异噬体（heterophagosome）相互融合而成，相当于次级溶酶体。

（三）溶酶体的功能

溶酶体的一切功能都源于其对物质的消化和分解作用。

1.溶酶体能够通过形成异噬溶酶体和自噬溶酶体的不同途径，分解胞内的外来物质，清除衰老、残损的细胞器，保证细胞内环境的相对稳定。

2.溶酶体具有物质消化与细胞营养功能。在细胞饥饿状态下，溶酶体通过分解细胞内的一些对于细胞生存并非必需的生物大分子物质，为细胞的生命活动提供营养和能量，维持细胞的基本生存。

3.溶酶体强大的物质消化和分解能力与免疫防御机制密切相关。如巨噬细胞中发达的溶酶体可吞噬细菌或病毒颗粒，最终将其分解消化。

4.溶酶体参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节，如储存于甲状腺腺体内腔中的甲状腺球蛋白通过吞噬作用进入分泌细胞内，在溶酶体中水解成甲状腺素，而后被分泌到细胞外。

5.溶酶体在生物个体发生与发育过程中起重要作用，如精子与受精卵的结合、哺乳动物子宫内膜的周期性萎缩、断乳后乳腺的退行性变化、衰老红细胞的清除以及某些特定细胞的编程性死亡等，都离不开溶酶体的作用。

三、线粒体功能与细胞代谢

（一）线粒体的结构和组成

线粒体是能量供应的主要场所，是细胞的“能量工厂”，广泛存在于真核细胞。光镜下的线粒体呈线状、粒状或杆状等，直径0.5~1.0μm。线粒体是由内、外双层单位膜套叠而成的封闭性膜囊结构，电镜下，主要包含线粒体外膜（mitochondrial outer membrane）、线粒体内膜（mitochondrial inner membrane）、膜间隙（intermembrane space）和线粒体基质（mitochondrial matrix）。

1.线粒体外膜

线粒体最外围的光滑生物膜，在空间上，把线粒体从细胞质中分隔开，厚约5~7nm。外膜脂类和蛋白质构成各约50%，外膜上镶嵌的蛋白质包括多种转运蛋白，它们形成较大的水相通道跨越脂质双层，使外膜出现直径2~3nm的小孔，允许分子量在10kD以下的物质，包括一些小分子多肽通过。

2.线粒体内膜

是线粒体外膜内一层封闭性单位膜，比外膜稍薄，平均厚4.5nm。内膜将线粒体的内部空间分成两部分，其中由内膜直接包围的空间称内腔，含有基质，也称基质腔（matrix space）；内膜与外膜之间的空间称为外腔，或膜间隙（intermembrane space）。内膜向内延伸折叠形成线粒体嵴（mitochondrial crista），可显著增加内膜的表面积。内膜（包括嵴）的内表面附着许多突出于内腔的颗粒，每个线粒体大约有104~105个，称为基粒（elementary particle）。基粒的化学本质是ATP合酶（ATP synthase）或ATP合酶复合体（ATP synthase complex）。内膜是线粒体合成ATP的重要场所。

3.膜间隙

是线粒体内外膜之间的腔隙。膜间隙宽约6~8nm，部分区域膜间隙变狭窄，相互接触，称为转位接触点（translocation contact site）。其间分布有蛋白质等物质进出线粒体的通道蛋白和特异性受体，分别称为内膜转位子（translocon of the inner membrane，Tim）和外膜转位子（translocon of the outer membrane，Tom）。

4.线粒体基质

线粒体内腔充满了电子密度较低的可溶性蛋白质和脂肪等成分，呈凝胶状，称为基质。基质具有特定的pH值和渗透压，为线粒体各类反应提供稳定的环境。基质中存在催化三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白质合成等有关的酶，是氧化代谢的主要场所。基质中还含有线粒体独特的双链环状DNA、核糖体，这些构成了线粒体相对独立的遗传信息复制、转录和翻译系统。因此，线粒体是人体细胞除细胞核以外唯一含有DNA的细胞器。

线粒体中65%~70%是蛋白质，25%~30%是脂类。线粒体蛋白质分为两类：一类是可溶性蛋白，包括基质中的酶和膜外周蛋白；另一类是不溶性蛋白，为膜结构蛋白或膜镶嵌蛋白。脂类大部分是磷脂。此外，线粒体还含有DNA和完整的遗传系统、多种辅酶[如辅酶Q（coenzyme Q，CoQ）]、黄素单核苷酸（flavin mononucleotide，FMN）、黄素腺嘌呤二核苷酸[（flavin adenine dinucleotide，FAD）和NAD+等]、维生素和各类无机离子。线粒体是细胞中含酶最多的细胞器，内、外膜的标志酶分别是细胞色素氧化酶和单胺氧化酶等；基质和膜间隙的标志酶分别为苹果酸脱氢酶和腺苷酸激酶等。

（二）线粒体的功能

线粒体是细胞中制造能量的结构。线粒体是真核生物进行氧化代谢的部位，是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所。营养物质在线粒体内氧化并与磷酸化偶联生成ATP是线粒体的主要功能。

线粒体还在摄取和释放Ca2+中起着重要的作用，线粒体和内质网一起共同调节胞质中的Ca2+浓度，从而使Ca2+浓度保持动态平衡。有研究报道，钙稳态对许多细胞日常活动至关重要，线粒体是调节钙稳态的主要部位。

线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。线粒体在能量代谢和自由基代谢过程中产生大量超氧阴离子，并通过链式反应形成活性氧（reactive oxygen species，ROS），当ROS水平较低时，可促进细胞增生；而ROS水平较高时，使得非特异性线粒体膜通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）开放，不仅导致跨膜电位崩溃，也使细胞色素C外漏，再启动胱天蛋白酶（caspase）的级联活化，最终由caspase-3启动凋亡。

最近，来自Wistar研究所的研究人员发现了线粒体裂变因子（mitochondrial fission factor，MFF）在控制癌细胞存活中的作用，表明该蛋白可能成为新的治疗靶标。而2019年10月Cell Metabolism一篇关于肾脏炎症和纤维化的文章聚焦于线粒体损伤，发现线粒体代谢、信号通路与慢性肾病之间存在关联。

四、细胞外囊泡——外泌体

（一）细胞外囊泡的定义和分类

囊泡（vesicle）也称为小泡，是真核细胞内十分常见的由单位膜包围而成的含有特殊内含物的膜泡结构，可呈小球形或较大的无规则形状。细胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）是由国际细胞外囊泡学会（International Society for Extracellular Vesicles，ISEV）创造的术语，是指从细胞膜上脱落或者由细胞分泌的双层膜结构的囊泡状小体，直径约40~1 000nm。根据细胞外囊泡的生物合成或释放途径，细胞外囊泡可分为：微囊泡（microvesicle）、外泌体（exosome）、凋亡小体（apoptotic body）、迁移体（migrasome）和核外颗粒体（ectosome）等。

微囊泡是细胞激活、损伤或凋亡后从细胞膜脱落的小囊泡，直径约为100~1 000nm。外泌体是由细胞内的多泡体（multivesicular body）与细胞膜融合后以外分泌的形式释放到细胞外的结构，直径约为40~100nm。凋亡小体是细胞凋亡过程中形成的泡状小体，由胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质形成，内含DNA物质及细胞器，直径约1~5μm。迁移体是2015年新报道的膜性细胞器，是在细胞定向迁移的过程中产生的膜囊泡结构，细胞迁移过程中细胞尾部产生收缩丝，在收缩丝的末端或交叉部位产生直径约为0.5~3.0μm的囊泡。核外颗粒体是一类定义比较狭窄的细胞特异性的细胞外囊泡，是中性粒细胞被趋化因子激活后，伸出的伪足断裂所形成的小囊泡，或者激活的中性粒细胞表面形成的70~300nm的小囊泡凸起，这两种小囊泡被定义为核外颗粒体。

各类细胞外囊泡在组成和结构上没有明显的差别，均是由磷脂双分子层为主体构成的膜结构，其间均有一系列跨膜蛋白，其内均包含核酸、蛋白质和脂质。

（二）细胞外囊泡的形成和释放

细胞外囊泡主要存在于细胞生存的微环境中，几乎所有的细胞都可以自发或在一定刺激条件下产生和释放细胞外囊泡。

细胞外囊泡的形成方式有3种，即外泌体释放方式、微泡或核外颗粒体从细胞膜表面出芽的生成方式和迁移体的形成方式。细胞外囊泡的释放过程，到目前为止研究还处在初级阶段。有研究显示，细胞骨架蛋白参与到细胞外囊泡的释放过程。

1.外泌体形成和释放方式

外泌体是经过“内吞-融合-外排”等一系列调控过程形成释放的，首先是质膜内陷，包绕母细胞所释放的物质，形成体腔内囊泡，而后形成多囊泡胞内体或多泡体。多泡体与母细胞胞膜特定部位融合，之后胞内体中的微小囊泡朝向内体囊腔的内部形成微囊泡，继而细胞将这种芽泡以外泌的形式释放到细胞外。有报道显示，质膜和细胞器膜中一类调节型的小分子鸟苷三磷酸（GTP）结合蛋白Ras超家族中的Rab蛋白家族Rab11、Rab27和Rab35参与了外泌体的释放，缺失任何一个都会影响外泌体的释放。

2.微囊泡或核外颗粒体的形成和释放方式

微囊泡或核外颗粒体形成过程相对简单，是直接通过出芽方式从母细胞膜表面脱落产生，大小不均一，高表达磷脂酰丝氨酸，没有特定的表面分子标记物，但和外泌体一样表达母细胞来源的表面标记物。如白细胞来源的表达CD45，网织红细胞来源的表达转铁蛋白受体分子，抗原呈递细胞来源的富含主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）。微囊泡中也含有如金属蛋白酶等外泌体中不包含的一些物质。

3.迁移体的形成释放方式

迁移体是2014年由清华大学俞立教授团队首次发现的，他们在研究中发现，细胞迁移过程中会形成一种有胞膜包被、直径3μm左右的囊泡，将其命名为迁移体。他们研究发现Tspan4蛋白质（四旋蛋白）和胆固醇在迁移体形成时，可组织成为微米级大型微结构域，这一结构即为迁移体的基本结构。研究人员还通过实验与计算机模拟，提出了迁移体形成的理论模型，即迁移体的形成是Tspan4蛋白质局部富集使其所在膜结构的刚度增加而产生的一种生物物理过程，Tspan4蛋白质和胆固醇在迁移体形成过程中发挥关键作用。

（三）细胞外囊泡的功能

细胞外囊泡广泛存在于细胞培养上清以及各种体液（血液、淋巴液、唾液、尿液、精液、乳汁）中，携带蛋白质、脂类、DNA、mRNA、miRNA等，参与细胞间通信、细胞迁移、血管新生和免疫调节等过程。在糖尿病、心血管疾病、艾滋病、慢性炎症疾病以及癌症中都发现细胞外囊泡水平的升高，它们很有可能成为这类疾病的诊断标志物，因此，对细胞外囊泡进行准确的定性和定量研究显得尤为重要。

1.细胞外囊泡参与细胞间通信

细胞外囊泡可将其携带的生物信息运输到周边靶细胞，或经血液循环及体液运输而被远处组织细胞摄取，进而对靶细胞遗传组进行重新编排，使靶细胞获得新的功能或失去某功能甚至死亡。如：外泌体可以通过与受体细胞进行膜融合将信息传递到受体细胞；也可以通过与受体细胞表面的配体和受体识别进行信息交流；受体细胞还可以将外泌体胞吞进去以获得外泌体里面的信息。研究发现迁移体中富集了许多信号因子如形态发生素、趋化因子和生长因子等，这些信号可以为局部提供特定的信息，以支持胚胎的协调发育。

2.细胞外囊泡参与多种病理过程

细胞外囊泡参与多种疾病的病理过程。如：在肿瘤转移过程中，肿瘤细胞分泌的外泌体会先到达预转移组织，调控预转移组织的一些生理性能，使其更适合循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTCs）着床和生长。自噬研究中发现，在外泌体生物发生过程中自噬相关蛋白和蛋白质复合物发挥一定作用，外泌体和自噬内涵体在自噬途径相互交叉。

3.细胞外囊泡与疾病诊断

利用细胞外囊泡所进行的体液活检是一种可以在非入侵情况下，从血液样本中检测疾病症状的技术，已经在疾病诊断中得到广泛应用。因为肿瘤细胞分泌的囊泡会携带肿瘤细胞的特征标志物，如特异性蛋白或RNA等，可帮助肿瘤诊断。如：胰腺癌细胞和乳腺癌细胞的外泌体表面表达特异性蛋白磷脂酰肌醇蛋白聚糖1（glypican-1，GPC-1），该蛋白在其他癌症以及正常细胞分泌的外泌体中不表达或低表达。通过对人血清中含GPC-1的外泌体进行检测，可以实现胰腺癌和乳腺癌的早期诊断。