從血液到乳汁!外泌體驅動的動物健康監測新革命

從血液到乳汁!外泌體驅動的動物健康監測新革命

外泌體(exosomes)與其他細胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)作為細胞間通訊的關鍵媒介,近年在生醫領域受到廣泛關注。這些直徑約 30–150 nm 的微小囊泡由細胞透過內吞體—多泡體途徑釋放,內含 miRNA、mRNA、蛋白質、脂質等生物活性分子,可反映來源細胞的生理與病理狀態。在人醫領域,外泌體已被證實可作為多種疾病,如:癌症、心血管疾病、神經退化症的潛在生物標記與治療載體。相較之下,獸醫領域對外泌體的研究起步較晚,但其發展潛力在近五年內亦開始廣受重視,特別是在伴侶動物與家畜疾病的診斷與預防上。

 

動物疾病的早期診斷長期受限於可侵入性樣本採集與缺乏特異性生物標記。例如犬隻的慢性關節炎、貓的心肌病變或乳牛的子宮內膜炎,皆需透過臨床症狀或影像學檢查才能確診,往往錯過早期治療的黃金時間。而外泌體具有穩定、可在血液、尿液、乳汁、唾液中檢測等特性,使其成為理想的液態切片(liquid biopsy,或稱液體活檢)標的。在動物醫療中,這項技術的引入可望將診斷過程轉化為非侵入、即時、且可追蹤的生物監測模式,為獸醫臨床帶來革命性進步。


 

外泌體作為生物標記的來源與優勢

首先,外泌體幾乎可被所有細胞類型所釋放,並於血液、尿液、乳汁、腹水、子宮液等多種體液中可偵測。例如,在犬貓研究中已有從血漿、尿液、脂肪組織來源間質幹細胞培養基中成功分離出外泌體且確認帶有 CD9、CD63、CD81 等特定標記蛋白。這種液態切片的方式,相比傳統的組織活檢更為低侵入性、重覆取得的可能性、時間與成本負擔較低。研究顯示,在犬樣本中使用僅 100 µL 血清就能進行奈米粒子追蹤分析 (NTA) 及電鏡確認外泌體。

 

此外,外泌體所裝載的貨物,如:miRNA、蛋白質、脂質等,因被囊泡膜保護,不易被血漿 RNase/蛋白酶快速降解,理論上具備比游離核酸或蛋白更佳的穩定性。這使其成為可重覆量測、可靠監測生物標記的理想物質。

 

因此,EVs 作為生物標記具備以下關鍵優勢:

  • 可從多種體液取得,方便動物診療採樣。
  • 具有較高穩定性,可能降低檢測雜訊或偽陽性。
  • 可反映來源細胞(和病變細胞)內部狀態與病程變化。
  • 目前是獸醫領域還不主流的新興檢測方式,具發展優勢。

 

標記機制:外泌體如何反映疾病狀態

從機制角度,外泌體可藉由以下方式成為有用的生物標記:

1.來源細胞變化 → 外泌體內容物分佈變化:

當某細胞處於發炎、損傷、腫瘤或代謝失衡狀態,其釋放外泌體的數量、大小、膜蛋白標記與包裹的 miRNA/mRNA/蛋白類型均可能與正常細胞不同。在犬臨床心臟病研究中發現,若犬患有黏液性二尖瓣膜心臟病(Myxomatous Mitral Valve Disease, MMVD)/充血性心臟衰竭時,其血漿中外泌體內 miR-181c、miR-495會顯著表現,而整體血漿 miRNA 則未在偽陽性錯誤率 15% 以下有顯著差異。由此推論外泌體內miRNA比游離miRNA更具疾病專一性。

2.變化動態反映病程與治療反應:

因外泌體可持續反映母細胞分泌變化,故其數量和裝載分子類型理論上可作為疾病進展、惡化或治療反應的監測指標。在獸醫領域,這種動態監測能力特別適合慢性病,如:關節炎、心肌病,或難以頻繁侵入採樣的動物。

3.疾病組合特徵:

外泌體裝載分子包括各種miRNA、mRNA、蛋白質、脂質、甚至 DNA 片段。這種能根據細胞狀態而整捆表現特定生理現象之訊號組合顯示此種囊泡的訊號涵蓋度可高於單一生物標記,未來有機會透過「外泌體譜系」整合分析提高診斷敏感度與特異度。例如犬的利什曼病(Leishmaniosis)研究中,從犬的血漿外泌體中進行蛋白質體分析,發現疾病相關蛋白組表現與正常對照顯著差異,顯示其作為多分子影響調節的疾病診斷較個別偵測對應分子的準確性與優勢。

 

在獸醫臨床或研究環境中,目前外泌體作為生物標記的應用雖尚處於初期,但已有許多研究結果:

  • 犬心臟病:

如前述,研究中經由分離血漿中外泌體後分析 miR-181c、miR-495、miR-9 及 miR-599 等,其變化與疾病組別明顯相關。

  • 牛乳腺/子宮內膜疾病:

在乳牛亞臨床乳房炎 (subclinical mastitis) 的研究中,乳汁或血漿外泌體中 miRNA體學分析與正常牛隻相比,顯示有組合上的差異;而在牛的子宮內膜炎模式中,血清外泌體內的 miR-148a、miR-223 則與牛體免疫反應密切相關。因可知外泌體在畜牧業疾病監測上具應用潛力。

  • 牛感染性病毒:

研究發現,帶牛白血病病毒之牛血清外泌體檢測出病毒蛋白 (Env, Gag) 與外泌體標記 (CD9, CD63, flotillin-1) 同時存在,提示外泌體不只作為標記,也可能是病毒傳播媒介。

  • 犬寄生蟲病(Leishmaniosis):

研究中從犬血漿外泌體提取蛋白質體,並與病情進展做相關分析,指出外泌體在寄生/感染病程中可能作為標記。

 

為何外泌體在動物生物標記領域尤其具有重要性?

從生物標記的角度而言,外泌體在動物醫療/畜牧業中的重要性與突破性可歸納為以下幾點:

1.早期診斷能力提升

傳統獸醫診斷常依賴症狀出現、影像變化或血液生化異常。外泌體標記有望在症狀出現前即反映細胞/組織變化,提供更早介入機會。

2.非侵入式、重覆可監測

特別對寵物與畜牧動物而言,侵入式檢測,如組織活檢、關節抽液等往往具有風險與成本。外泌體可從血液、尿液、乳汁等體液獲得,易於反覆取得並連續監控。

3.個體化與群體化健康管理架構

在寵物領域,外泌體可整合寵物生命週期照護、慢性關節病維護,提供相對應的保險或醫療套組服務;在畜牧業,外泌體可作為群體健康指標,如:乳腺炎風險、代謝壓力指標,成為慢病監測與早期篩檢工具,提升生產效率與動物福利。

4.新型商業模式:

若能將檢測流程簡化、降低成本,外泌體生物標記可能衍生出寵物健康檢測、線上監控服務、畜牧場快速篩查服務等創新商業模式,將動物醫療從被動治療轉為主動監控。

 

寵物健康監測的關鍵技術與標準化挑戰

儘管深具潛力,但在動物生物標記應用中,外泌體仍須面臨實務上的挑戰,如同於人體研究,動物外泌體研究中各種體液採樣、離心、過濾、透析、免疫等方法交錯使用,導致不同研究間無法直接比對,缺乏跨物種與跨實驗室的一致 化流程是當務之急;在外泌體裝載分子的量化中,動物研究亦尚未建立普遍接受的參數,如特定 miRNA或蛋白種類與濃度,因此研究間的變異性較高,降低應用的穩定性。而不同動物物種(犬、貓、牛、豬)在體液組成、外泌體釋放速率、代謝情況上可能差異甚大,若忽略這項變數,可能不利於跨物種的利用。

 

另外,目前研究規模與臨床數據不足同樣使得目前外泌體在作為動物醫療診斷學上不夠具有可信度;至於醫療執行端—尤其動物醫院或畜牧場而言,檢測成本與操作流程須簡便、快速,然當前許多外泌體萃取與分析仍屬研究室等級,不利普及化。

 

基於上述,外泌體在動物生物標記領域未來可朝以下幾個階段做更進一步精進:

1.方法標準化階段:

制定並推廣動物體液,如:血液、尿液、乳汁、關節液中外泌體純化和鑑定的標準 SOP。該階段應包括濃度、標記蛋白 (CD9、CD63、CD81) 驗證、樣本保存條件、參數標準化。

2.標記開發與臨床關聯研究:

在主要動物物種(犬、貓、牛)中針對特定疾病如:關節炎、心肌病、皮膚病、乳房炎等設計橫斷面與縱向研究,量化外泌體內容物(miRNA、蛋白質)與傳統臨床指標,如:影像、血液生化、組織學之關聯,建立特異性資料,評估外泌體在早期診斷、預後判定或療效監測中的價值。

3.商用檢測平台開發:

開發簡便、成本可控的動物外泌體檢測套組,如:血漿外泌體 miRNA 快篩。這需與獸醫診所體系合作,並考量寵物主或畜牧場主的接受度、採樣便利性及供應鏈。

4.整合動物健康管理生態:

將外泌體生物標記納入寵物健康檢查和慢性病管理流程、或農場群體健康監測系統。例如定期檢測犬關節炎風險、牛乳房炎風險,以外泌體指標作為早期警示,搭配影像/生化檢測進行整合評估。

5.監管與倫理機制建構:

與人類醫療不同,獸醫生物製劑與檢測工具監控仍在發展中。開發外泌體標記進入市場需考量法規、診療責任、動物福利與寵物主人的知情同意。

 

外泌體作為動物生物標記的應用價值非常誘人,它整合了低侵入性採樣、即時反映細胞狀態的分子組合、可重覆監測性、跨物種應用可能等優勢。在動物醫療領域中,尤其對於寵物慢性病管理與畜牧群體健康監控,提供了一道創新的診斷與監測方式。若能克服方法學、物種差異、臨床驗證與成本商業化障礙,外泌體標記有望成為寵物醫療與畜牧健康管理中革命性的工具。

 

 

 

上一則:聽懂肌膚的「秋季牢騷」:Mancy老師的換季真心話與私房筆記 下一則:產後肚皮鬆垮、妊娠紋難消?認識腹壁整形與聯合治療,科學規劃修復路徑
我要留言: