外泌體與炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制的研究現(xiàn)狀*

卜祥點(diǎn) 李寶悅 陳文軒 王丹丹 孫亞星 馮百歲

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(450014)

炎癥性腸病(IBD)是一類以腸道炎癥和上皮損傷為病理特征的慢性復(fù)發(fā)性胃腸道疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)，其病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明了。外泌體是直徑為30～150 nm的細(xì)胞外囊泡，從多囊泡體(MVB)內(nèi)部的內(nèi)吞隔室分離出來(lái)并與質(zhì)膜融合后從細(xì)胞中釋放而來(lái)，常見于多種類型的免疫細(xì)胞中，如樹突細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞等。外泌體可通過(guò)其組成成分，包括膜聯(lián)蛋白A1(ANXA1)、miRNA、脂質(zhì)在IBD中發(fā)揮作用，也可作為抗原呈遞的載體影響與IBD相關(guān)的信號(hào)通路、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以及腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。本文就外泌體與IBD的關(guān)系作一綜述。

一、不同細(xì)胞來(lái)源的外泌體在IBD中的作用

1. DC來(lái)源的外泌體：DC是免疫系統(tǒng)中最有效的抗原呈遞細(xì)胞，未成熟的DC主要參與免疫抑制以及誘導(dǎo)中樞和外周耐受，成熟的DC則具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)能力，在其成熟過(guò)程中可分泌大量外泌體[1-2]。Yang等[2]發(fā)現(xiàn)在大鼠腸移植模型中，未成熟DC衍生的外泌體通過(guò)降低促炎因子IFN-γ并升高IL-10來(lái)上調(diào)Treg細(xì)胞的抑制作用，參與調(diào)控免疫抑制。Cai等[3]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)修飾的DC衍生的外泌體通過(guò)誘導(dǎo)CD4+Foxp3+Treg細(xì)胞增殖，降低炎癥部位腸系膜淋巴結(jié)中Th17細(xì)胞比例來(lái)發(fā)揮其在IBD中的免疫抑制作用。由此可見，DC衍生的外泌體通過(guò)下調(diào)促炎細(xì)胞因子并促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化而在IBD中發(fā)揮保護(hù)作用。

2. 巨噬細(xì)胞來(lái)源的外泌體：巨噬細(xì)胞是維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要細(xì)胞，巨噬細(xì)胞活化在IBD的發(fā)病機(jī)制中起有關(guān)鍵作用。Yang等[4]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò)影響趨化因子CCL1/CCR8軸來(lái)上調(diào)Treg細(xì)胞表達(dá)，下調(diào)IL-1β、IL-6和IL-17A表達(dá)從而緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠癥狀。Kim等[5]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的特定濃度外泌體中的CCL22、CCL24、MFG-E8可誘導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2巨噬細(xì)胞，可通過(guò)促進(jìn)血管生成和再上皮化來(lái)促進(jìn)創(chuàng)傷愈合和修復(fù)并減少促炎因子IL-6、TNF-α的生成，從而緩解炎癥。YAP是一種關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄共激活因子，YAP協(xié)同β-catenin在腸上皮細(xì)胞再生中發(fā)揮重要作用。Deng等[6]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可將其內(nèi)的miR-590-3p轉(zhuǎn)運(yùn)至上皮細(xì)胞，通過(guò)激活YAP/β-catenin所調(diào)控的轉(zhuǎn)錄來(lái)減少炎癥因子的產(chǎn)生并促進(jìn)上皮再生，從而促進(jìn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠黏膜修復(fù)。綜上所述，巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可通過(guò)影響趨化因子之間的平衡、轉(zhuǎn)運(yùn)與炎癥相關(guān)miRNA、甚至重編排M1/M2表型來(lái)參與炎癥的調(diào)控，為治療IBD提供了一種新的治療策略。

3. 間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體：間充質(zhì)干細(xì)胞是一種具有自我更新能力和多向分化潛能的細(xì)胞，其釋放的外泌體具有抗炎作用，可修復(fù)組織損傷。Wu等[7]發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò)下調(diào)泛素化相關(guān)基因和蛋白表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)泛素修飾水平，同時(shí)上調(diào)IL-10表達(dá)并下調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6表達(dá)，從而緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎的癥狀。Mao等[8]發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體可能通過(guò)下調(diào)一氧化氮合酶(iNOS)以及IL-7表達(dá)抑制巨噬細(xì)胞功能從而恢復(fù)結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞的增殖能力，降低DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸損傷程度。此外，有研究[9]發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體可通過(guò)促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞極化從而在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠體內(nèi)發(fā)揮抗炎保護(hù)作用，這一過(guò)程可能與JAK1/STAT1/STAT6信號(hào)通路的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體可通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能以及促炎、抗炎因子的釋放來(lái)減少結(jié)腸組織損傷并促進(jìn)損傷組織修復(fù)，從而在IBD中發(fā)揮治療作用。

4. 腸上皮細(xì)胞來(lái)源的外泌體：作為腸道屏障的重要組成成分，腸上皮細(xì)胞可將共生微生物組與宿主組織分開以維持腸道動(dòng)態(tài)平衡，并參與抗原呈遞過(guò)程以及免疫耐受的發(fā)生。Mallegol等[10]發(fā)現(xiàn)T84腸上皮細(xì)胞衍生的外泌體可將MHC Ⅱ類分子/肽復(fù)合物呈遞至DC并通過(guò)降低其所需的抗原呈遞閾值來(lái)增強(qiáng)免疫反應(yīng)。另有研究[11]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)促炎細(xì)胞因子IFN-γ處理后，腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體增多，MHC Ⅱ分子在外泌體中的表達(dá)增加，表明腸上皮細(xì)胞在炎性條件下增強(qiáng)了外泌體介導(dǎo)的抗原呈遞作用。Chen等[12]發(fā)現(xiàn)腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體成分中整合素αvβ6被DC內(nèi)化后，可上調(diào)TGF-β前體的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)產(chǎn)生耐受型DC。腸上皮的外泌體內(nèi)A33抗原與調(diào)節(jié)腸上皮的遷移和增殖相關(guān)，Pereira-Fantini等[13]發(fā)現(xiàn)缺乏A33抗原表達(dá)的結(jié)腸炎小鼠腸上皮增殖受損，黏膜修復(fù)能力減弱，提示腸上皮衍生的外泌體可能通過(guò)表達(dá)A33抗原來(lái)促進(jìn)腸道黏膜的修復(fù)。綜上所述，腸上皮細(xì)胞來(lái)源的外泌體可通過(guò)增強(qiáng)抗原呈遞作用以及誘導(dǎo)耐受型DC的產(chǎn)生來(lái)參與免疫耐受，還可表達(dá)相關(guān)抗原促進(jìn)腸道黏膜修復(fù)，進(jìn)而參與IBD的發(fā)病。

二、外泌體組成成分在IBD中的作用

1. ANXA1在IBD中的作用：ANXA1是一種鈣和磷脂結(jié)合蛋白，存在于外泌體內(nèi)，在炎癥刺激時(shí)升高，具有很強(qiáng)的抗炎活性。ANXA1可通過(guò)抑制細(xì)胞黏附和遷移來(lái)減少白細(xì)胞的募集，在黏膜再生和愈合的調(diào)節(jié)中亦起有重要作用[14-15]。Zou等[15]發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠腸上皮黏膜組織中ANXA1蛋白增加，其通過(guò)上調(diào)NKG2A表達(dá)使更多的自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)募集至腸黏膜，阻斷了中性粒細(xì)胞的募集從而達(dá)到緩解結(jié)腸炎的效果。Leoni等[16]的研究發(fā)現(xiàn)將外源性ANXA1的N端肽(Ac2-26)包裹在聚合納米顆粒內(nèi)并送至腸道后可明顯促進(jìn)損傷黏膜的愈合。de Paula-Silva等[17]發(fā)現(xiàn)僅存在ANXA1時(shí)抗TNF-α的治療才有效，治療后ANXA1可通過(guò)減少髓過(guò)氧化物酶(MPO)、IL-6表達(dá)，阻斷中性粒細(xì)胞在結(jié)腸的募集以及誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞凋亡增加來(lái)緩解結(jié)腸炎癥狀。由此可見，黏膜受損的腸上皮細(xì)胞中ANXA1明顯升高，給予外源性ANXA1后黏膜損傷情況明顯好轉(zhuǎn)，ANXA1還可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞間相互作用，影響促炎因子的釋放以緩解結(jié)腸炎，也可在生物制劑治療后維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

2. MiRNA在IBD中的作用：MiRNA是一組由基因組編碼的短鏈非編碼RNA，可與目標(biāo)mRNA的3’-非翻譯區(qū)結(jié)合從而介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控，外泌體的miRNA可通過(guò)多種途徑參與IBD的發(fā)病。Nata等[18]發(fā)現(xiàn)當(dāng)DC來(lái)源的外泌體內(nèi)miR-146b過(guò)表達(dá)時(shí)，可激活NF-κB通路并改善腸道屏障功能。Li等[19]發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞衍生的外泌體miR-223可抑制腸上皮細(xì)胞間緊密連接中claudin-8表達(dá)，增加腸黏膜通透性從而破壞腸道屏障功能。Bakirtzi等[20]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)神經(jīng)肽/P物質(zhì)刺激后腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體miR-21增加。MiR-21通過(guò)影響靶細(xì)胞的增殖和遷移進(jìn)而加劇結(jié)腸炎的發(fā)生，過(guò)表達(dá)miR-21也可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖和遷移[21]。Kang等[22]將miR-148b-5p模擬物與人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)miR-148b-5p表達(dá)增加，下調(diào)巨噬細(xì)胞中15-lox-1表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)IBD結(jié)腸組織的損傷修復(fù)。上述研究結(jié)果表明外泌體的miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)腸道屏障功能、激活NF-κB信號(hào)通路以及影響免疫細(xì)胞的增殖和遷移進(jìn)而在IBD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。干預(yù)外泌體內(nèi)相關(guān)miRNA的表達(dá)可能有助于維持腸道屏障的正常功能以及促進(jìn)損傷的結(jié)腸組織修復(fù)，從而達(dá)到治療IBD的效果。

3. 脂質(zhì)在IBD中的作用：脂質(zhì)位于外泌體膜上的鞘脂/膽固醇富集區(qū)域，為外泌體重要的組成部分，其中脂質(zhì)分子的種類多達(dá)1 116種[23]，且部分脂質(zhì)在外泌體中的含量較其親代細(xì)胞更高。Arai等[24]發(fā)現(xiàn)外源性補(bǔ)充植物來(lái)源的葡萄糖基神經(jīng)酰胺(本質(zhì)是一種細(xì)胞脂質(zhì))可緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的腸道炎癥反應(yīng)。這一研究為含有葡萄糖基神經(jīng)酰胺的外泌體治療IBD患者提供了可能性。腸干細(xì)胞在調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是腸組織穩(wěn)態(tài)和修復(fù)所必需的。Ju等[25]發(fā)現(xiàn)腸道Lgr5+干細(xì)胞靶向性攝取葡萄外泌體樣納米顆粒(GELN)可促進(jìn)干細(xì)胞增殖，進(jìn)而緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠疾病進(jìn)展，這一過(guò)程需依賴GELN的脂質(zhì)體樣納米顆粒(LLN)來(lái)實(shí)現(xiàn)。緊密連接復(fù)合物可調(diào)節(jié)上皮屏障的完整性，其中一些復(fù)合物位于富含膽固醇的區(qū)域(即脂筏)中。Bowie等[26]發(fā)現(xiàn)IFN-γ處理的細(xì)胞、亞臨床結(jié)腸炎小鼠回腸、緩解期或輕度活動(dòng)期UC患者中脂筏結(jié)構(gòu)均被破壞，且這一改變先于腸道通透性的增加，即脂筏的結(jié)構(gòu)改變可能是引起腸道通透性增加進(jìn)而破壞腸道屏障功能的原因?？傊庠葱匝a(bǔ)充脂質(zhì)有助于脂筏結(jié)構(gòu)的修復(fù)進(jìn)而維持腸道屏障的正常功能，可能達(dá)到治療IBD等腸黏膜屏障受損類疾病的效果，但目前關(guān)于外泌體脂質(zhì)與IBD的研究較少，有待進(jìn)一步深入研究。

三、外泌體在IBD發(fā)病機(jī)制中的作用

1. 外泌體在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路方面的作用：IBD發(fā)病與多種信號(hào)通路的激活密切相關(guān)，外泌體可作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的載體參與該過(guò)程并可調(diào)節(jié)相關(guān)促炎因子的表達(dá)來(lái)干預(yù)炎癥的發(fā)生。Wang等[27]發(fā)現(xiàn)M1巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可通過(guò)激活NF-κB通路上調(diào)促炎因子iNOS、IL-6、IL-12并下調(diào)抗炎因子IL-10表達(dá)介導(dǎo)局部炎癥的發(fā)生。Yang等[28]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并下調(diào)促炎因子TNF-α、IL-1β水平從而緩解TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎。Li等[29]發(fā)現(xiàn)凝血酶激活的血小板衍生的外泌體含有miR-223，其可能通過(guò)抑制NF-κB通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來(lái)下調(diào)細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達(dá)，從而降低炎癥環(huán)境中血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。Huang等[30]發(fā)現(xiàn)經(jīng)TNF-α、IL-6處理后，間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體內(nèi)與血管生成相關(guān)的miRNA表達(dá)下降，進(jìn)而下調(diào)與血管生成相關(guān)通路的表達(dá)。由此可見，外泌體可通過(guò)信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)促炎因子的分泌進(jìn)而干預(yù)炎癥的發(fā)生，而促炎因子也可通過(guò)影響外泌體內(nèi)miRNA表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)?？傊饷隗w可能通過(guò)影響信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)調(diào)節(jié)促炎因子的表達(dá)，進(jìn)而在IBD中發(fā)揮作用。

2. 外泌體在免疫調(diào)節(jié)方面的作用：外泌體可通過(guò)影響Th1/Th2平衡以及誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。Okoye等[31]發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞通過(guò)釋放含有miR-let-7d的外泌體來(lái)抑制Th1細(xì)胞功能并減少炎癥因子的釋放，從而緩解炎癥損傷。Wang等[32]發(fā)現(xiàn)髓源性抑制細(xì)胞衍生的外泌體可抑制腸系膜淋巴結(jié)中Th1細(xì)胞增殖并促進(jìn)Treg細(xì)胞增殖，從而緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀。Li等[33]的研究結(jié)果顯示肥大細(xì)胞衍生的外泌體中含OX40L，通過(guò)與初始CD4+T細(xì)胞表面的OX40結(jié)合進(jìn)而促進(jìn)后者分化為Th2細(xì)胞。Chen等[34]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體可誘導(dǎo)Th1細(xì)胞向Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)化并抑制T細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞，通過(guò)減少促炎因子IL-1β、TNF-α和增加抗炎因子TGF-β來(lái)抑制炎癥反應(yīng)。Del Fattore等[35]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的外泌體可誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化并上調(diào)抗炎因子IL-10表達(dá)。上述研究結(jié)果均表明外泌體可通過(guò)影響Th1/Th2平衡以及誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。外泌體所表現(xiàn)出的這些效應(yīng)和潛在機(jī)制似乎不同于其親代細(xì)胞，可能是通過(guò)親代細(xì)胞的旁分泌調(diào)節(jié)來(lái)完成的。綜上所述，外泌體通過(guò)影響免疫細(xì)胞分化和促炎細(xì)胞因子分泌在IBD中發(fā)揮作用。

3. 外泌體在腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面的作用：腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)是由腸道黏膜免疫屏障、腸道內(nèi)環(huán)境(包括腸道菌群)等相互作用所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。外泌體可通過(guò)調(diào)節(jié)患者腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)參與IBD的發(fā)病。自噬是溶酶體的降解過(guò)程，是防止微生物侵襲并維持腸道動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵因素。Larabi等[36]發(fā)現(xiàn)被黏附侵襲性大腸埃希菌(AIEC)感染的腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體可將miR-30c和miR-130a從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，從而抑制受體細(xì)胞自噬的發(fā)生。有研究[37]表明抑制血清外泌體中的NEAT1(一種長(zhǎng)鏈非編碼RNA)可通過(guò)增強(qiáng)腸上皮屏障功能，促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1型轉(zhuǎn)化為M2型從而抑制DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。外泌體中富含多種熱休克蛋白(HSP)，Wang等[38]發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)HSP70可通過(guò)與緊密連接相關(guān)蛋白(如ZO-1)相互作用以維持腸上皮屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性，并參與ERK磷酸化調(diào)節(jié)抗炎因子IL-10的產(chǎn)生，從而在結(jié)腸炎中發(fā)揮保護(hù)作用。HSP70還可通過(guò)免疫調(diào)節(jié)作用進(jìn)而影響宿主的腸道微生物組，Asea等[39]發(fā)現(xiàn)HSP70可利用革蘭陰性細(xì)菌受體(TLR4)和革蘭陽(yáng)性細(xì)菌受體(TLR2)以CD14依賴的方式刺激促炎反應(yīng)的發(fā)生。Teng等[40]發(fā)現(xiàn)小鼠和健康受試者的腸道微生物組均可吸收植物來(lái)源的外泌體樣納米顆粒(ELN)，宿主的腸道微生物組成發(fā)生改變，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)GELN-RNA靶向性地作用于鼠李糖乳桿菌(LGG)的多個(gè)基因并上調(diào)吲哚-3-甲醛(I3A)表達(dá)，誘導(dǎo)IL-22產(chǎn)生，從而在DSS結(jié)腸炎中發(fā)揮保護(hù)作用。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)外泌體作為載體將蛋白或RNA運(yùn)送至患者腸道內(nèi)，或依賴其內(nèi)的蛋白、長(zhǎng)鏈非編碼RNA以改變患者的腸道菌群組成或調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能，有可能成為治療IBD的一種新途徑。

四、結(jié)語(yǔ)

目前治療IBD的藥物主要有水楊酸制劑、免疫調(diào)節(jié)劑、生物制劑，但療效有限。外泌體通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化、促炎因子分泌以及影響腸道屏障功能在IBD發(fā)病中發(fā)揮重要作用。外泌體也可作為載體運(yùn)送藥物或疫苗治療腫瘤或自身免疫病，其可能替代細(xì)胞成為一種新的治療自身免疫病的手段[1,41]。隨著外泌體的研究深入，可更明確其在IBD發(fā)病中的作用并為治療提供新的方法。