外泌體源性miRNA：心血管疾病新的生物標志物

施冰，李俊峽

外泌體源性miRNA：心血管疾病新的生物標志物

施冰1，李俊峽2

外泌體是一類大小約30～100 nm具有脂雙層膜的囊狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含來源于分泌細胞的蛋白質(zhì)、microRNA（miRNA）、circular RNA（creRNA）、mRNA、DNA等生物分子[1]。細胞將miRNA濃集在一起，包裝進外泌體，而后外泌體被釋放到細胞間隙。外泌體內(nèi)包裹的miRNA與相關蛋白復合物一起到達臨近或遠端細胞內(nèi)。miRNA進入受體細胞后，可沉默靶基因，從而調(diào)節(jié)受體細胞功能。由于外泌體在細胞通訊方面呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)細胞通訊途徑不同的一種獨特的通訊方式，日漸成為一種新型的疾病診斷的生物標記物和治療靶點。本文將外泌體源性miRNA在心血管疾病的研究進展進行簡要綜述。

1 外泌體生物學功能

外泌體既可存在于大多數(shù)體液如血漿、尿液、唾液、乳汁、支氣管肺泡灌洗液、腦脊髓液、羊水、胸水、腹水等，也可存在于各種細胞培養(yǎng)液中。外泌體表面存在有相同特征的標記蛋白如CD63，CD81等，可作為外泌體的標記蛋白，用于外泌體鑒定[2]。分泌外泌體的細胞，無論在生理還是病理情況下，都可持續(xù)分泌外泌體。來源于細胞的外泌體攜帶有來源細胞的蛋白和核苷酸，具有細胞種屬特異性，可以在病理和生理情況下反映來源細胞的生理狀態(tài)。

2008年Taylor[3]研究發(fā)現(xiàn)，來自卵巢癌患者的卵巢組織外泌體和來源于卵巢癌患者血清外泌體中，8個先前作為卵巢癌診斷標記物的miRNAs的表達水平均顯著升高。而在健康對照者的血清外泌體中未發(fā)現(xiàn)這8個miRNAs的表達。Taylor的研究提示，來源于病灶細胞的外泌體可進入機體的循環(huán)系統(tǒng)，具有生物標志物的特性。循環(huán)系統(tǒng)中的外泌體miRNA作為一種易于獲得的生物標記物，較傳統(tǒng)的組織病理切片獲取更便捷，循環(huán)中的外泌體miRNAs用于協(xié)助癌癥的診斷。

2 外泌體源性miRNA與心肌損傷

文獻報道，心肌細胞可以釋放外泌體[4,5]。培養(yǎng)條件不同，心肌細胞釋放的外泌體中的蛋白和mRNA的含量可發(fā)生顯著變化[6]。miR-1和miR-133a具有心肌組織特異性，可應用于心肌梗死的輔助診斷。Widera[7]檢測了444例急性冠脈綜合征患者血漿外泌體miRNA表達，發(fā)現(xiàn)四種心肌組織特異性miRNAs（miR-1，miR-133a，miR-133b，miR-208b）在心肌梗死患者外周血中表達升高。推測這些miRNAs可能由缺血壞死的心肌組織通過外泌體途徑釋放。Wang[8]檢測了51例急性心肌梗死患者和28例健康對照者外周血中miR-133和miR-328表達水平。與健康對照者比較，急性心肌梗死患者外周血中miR-133表達水平增加了4.4倍。急性心肌梗死患者全血和血漿中miR-328表達水平分別增加了10.9倍和16.1倍。急性心肌梗死后7 d，患者外周血中miR-133和miR-328表達水平恢復到與健康對照組相同水平。不僅血液中外泌體源性miRNA表達水平在急性心肌梗死過程中發(fā)生變化，心肌梗死患者尿液中外泌體源性miRNA表達水平也可發(fā)生顯著變化。miR-1是心肌組織特異性miRNA。研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者不僅外周血中miR-1表達升高，其尿液中miR-1含量也明顯升高[9]。研究人員進一步將心肌梗死患者血液中的外泌體通過外周靜脈注射的方法注入大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)大鼠尿液中miR-1表達水平顯著升高，提示大鼠尿液中升高的miR-1是通過外泌體途徑分泌的。大鼠實驗結(jié)果提示，心肌梗死患者血液和尿液中外泌體源性miRNA具有潛在的作為診斷急性心肌梗死的新的生物標記物的可能性，為心肌梗死的早期診斷開辟了新的探索途徑。

心肌梗死后心力衰竭是導致患者死亡的主要原因。Matsumoto[10]采集了21例心肌梗死后心力衰竭患者血清，通過microarray檢測了患者血清外泌體中miRNA表達水平，發(fā)現(xiàn)心肌梗死后心力衰竭患者血清中miR-192表達水平顯著升高。進一步研究發(fā)現(xiàn)，與miR-192同屬于p53基因相關的miR-194和miR-34a的表達水平，與心肌梗死后心力衰竭狀態(tài)下左心室舒張功能有明顯的相關性。Huang等研究人員通過高通量測序分析了人血漿外泌體miRNA表達譜[11,12]，發(fā)現(xiàn)表達豐度較高的miRNAs有hsa-miR-451，hsa-miR-16，hsamiR-19b，hsa-miR-15a，hsamiR-223，hsa-miR-486，hsamiR-181b，hsa-miR106a和hsa-let-7i等。GO和KEGG功能富集分析提示，外泌體源性miRNA表達水平與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關[13,14]。上述研究提示，血液中外泌體源性miRNA可能成為心肌梗死后心力衰竭早期診斷的新的生物標志物。

3 外泌體源性miRNA與血管損傷

血管內(nèi)皮細胞受損、平滑肌細胞增殖是造成血管動脈粥樣硬化的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，在血管內(nèi)膜受損的早期階段，血管平滑肌細胞分泌的外泌體使核磷酸鈣晶體化，促進了血管鈣化[15]。這種核磷酸鈣晶體化反應可被機體內(nèi)環(huán)境中鈣應激進一步加重，加速血管鈣化進程。細胞學實驗進一步發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細胞和活化的周細胞共培養(yǎng)時，周細胞通常環(huán)繞在血管內(nèi)皮細胞周圍并與之進行細胞間通訊，通過外泌體依賴的行為刺激血管新生[16]。將富含miR-143/145的外泌體通過靜脈注射法，注入ApoE(-/-)敲除的動脈粥樣硬化小鼠體內(nèi)，可見主動脈粥樣硬化斑塊消退，提示富含miR-143/145的外泌體具有消退動脈粥樣硬化斑塊的治療潛能。血管內(nèi)皮細胞通過轉(zhuǎn)運對剪切應力反應的富集miR-143/145的外泌體，進一步控制共培養(yǎng)的血管平滑肌細胞中靶基因表達，抑制內(nèi)膜增殖和粥樣硬化發(fā)生[17]。

血管內(nèi)皮細胞源性的外泌體可通過調(diào)控miR-214的表達，刺激受體細胞遷移和血管生成[18]。應用慢性低氧介導的肺動脈高壓小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，小鼠靜脈內(nèi)注射骨髓干細胞起源的外泌體可抑制肺血管重塑和肺動脈高壓形成。作用機制考慮與外泌體抑制了肺動脈內(nèi)皮細胞內(nèi)的STAT3信號通路有關[19]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，將來源于野百合堿介導的肺動脈高壓小鼠的血漿外泌體注入非疾病動物體內(nèi)，可介導肺動脈高壓形成[20]。

不同細胞源性的外泌體具有不同的生物學功能。將來自心臟瓣膜置換術后患者的心臟前體細胞（CPCs）中獲得的外泌體注入心肌梗死大鼠體內(nèi)，可見大鼠心肌有更少的心肌細胞凋亡，更多的新生血管，左室射血分數(shù)提高[21]。該研究提示心臟前體細胞分泌的外泌體，可抑制心肌細胞凋亡，促進血管內(nèi)皮細胞增殖，促進新生血管生成。將miR-146a注入小鼠心肌梗死模型體內(nèi)，可產(chǎn)生上述部分相同效果。提示心臟前體細胞分泌的外泌體內(nèi)可能富含miR-146a[22]。此外，在多柔比星介導的擴張性心肌病小鼠模型體內(nèi)注入心臟前體細胞分泌的外泌體，也可減輕心肌細胞凋亡和心肌纖維化[23]。小鼠心肌缺血/再灌注損傷模型發(fā)現(xiàn)，來自間充質(zhì)干細胞的外泌體可以通過Akt和GSK-3β信號通路，縮小心肌梗死面積和改善心功能[24-26]。在體實驗和細胞培養(yǎng)實驗都提示，循環(huán)中的外泌體具有心肌保護作用，可保護心臟和心肌細胞免受缺血/再灌注損傷[27]。外泌體膜上的HSP70與心肌細胞內(nèi)的TLR4受體相互作用，導致MAPK/ERK1/2 信號通路激活，發(fā)揮心臟保護作用[28]。

4 展望

近年來，外泌體源性miRNA作為疾病診斷和預后評估的生物標志物已逐漸成為研究熱點。外泌體作為一種介導細胞間信號傳導的載體，參與了多種疾病的病理生理變化。外泌體源性miRNA能夠被外泌體膜結(jié)構(gòu)較好的保護而避免被分解，這一特點極大地提升了外泌體源性miRNA作為各種疾病早期診斷的生物標志物的可行性，具有重要研究價值。目前，關于外泌體源性miRNA在心血管疾病的研究希望在以下幾個方面有所突破：①簡便宜行的外泌體提取和驗證技術；②外泌體源性miRNA參與疾病發(fā)生發(fā)展的機制；③探索外泌體作為藥物呈遞載體，進行心血管疾病靶向治療的可行性。

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R541

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孫竹