外泌體在老年急性心肌梗死中的研究進展

趙曉雪 王麗杰 劉宇翔

急性心肌梗死是由于缺血導(dǎo)致的心肌損傷或壞死[1]，目前仍是全世界的首要死亡原因[2]。目前中國有2.9億的心血管病病人，預(yù)計到2030年，急性心肌梗死病人數(shù)量將達到2260萬[3]，其中絕大多數(shù)是老年人。年齡是急性心肌梗死重要的、不可控的危險因素。隨著中國社會老齡化高峰的到來，急性心肌梗死的發(fā)病率及死亡率將進一步升高。老年急性心肌梗死病人的缺血及出血風險更高，他們面臨的死亡風險也更高。然而關(guān)于老年急性心肌梗死治療的益處及風險的研究還十分有限，尋找一種新的、有效且不良反應(yīng)小的治療方法顯得十分迫切。隨著研究的逐漸深入，1983年Harding等[4]首次發(fā)現(xiàn)，大鼠網(wǎng)織紅細胞的外泌體可以通過攜帶的蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)調(diào)節(jié)受體細胞的生物學(xué)活性，使其在老年急性心肌梗死的發(fā)病、診斷和治療過程中所發(fā)揮的作用受到越來越多的重視。

1 外泌體概述

1.1 外泌體的生成過程 外泌體是直徑40～100 nm的膜性囊泡，幾乎存在于所有的體液中[5]。多種細胞均可以分泌外泌體，其主要通過晚期核內(nèi)體/多泡體與質(zhì)膜融合后通過胞吐作用釋放到細胞外環(huán)境中[6]。

外泌體的生成、釋放通常需要如下步驟：(1)多泡體形成腔內(nèi)囊泡：早期核內(nèi)體的膜內(nèi)陷形成許多腔內(nèi)囊泡，這些腔內(nèi)囊泡即為外泌體的前體。之后核內(nèi)體成熟形成晚期核內(nèi)體/多泡體。這個過程通過依賴或非依賴轉(zhuǎn)運必需內(nèi)體分選復(fù)合物(ESCRT)來實現(xiàn)[7]。這兩個途徑可能彼此協(xié)同，并非完全獨立，不同亞群的外泌體的形成可能依賴不同的機制。腔內(nèi)囊泡形成后，不同的脂質(zhì)、蛋白及微小RNA(miRNA)等內(nèi)容物被裝載進入囊泡。這種差異與不同的細胞類型及內(nèi)外環(huán)境有關(guān)。已有實驗證實，異質(zhì)核核糖核蛋白A2B1(hnRNPA2B1)甲基化、KRAS基因突變以及抑制S1P信號通路等可以影響外泌體內(nèi)miRNA、蛋白的種類與富集。(2)多泡體轉(zhuǎn)運至質(zhì)膜：與肌動蛋白和微管細胞骨架的相互作用影響多泡體轉(zhuǎn)運至質(zhì)膜[8]?，F(xiàn)有研究顯示，皮層肌動蛋白與小G蛋白均可以調(diào)控囊泡沿肌動蛋白的轉(zhuǎn)運[9-10]。(3)多泡體與質(zhì)膜融合，釋放外泌體。SNAREs蛋白、tethering因子、Rabs以及其他的Ras家族成員有助于降低能量屏障[11]，促進多泡體與質(zhì)膜的融合，但是具體的機制目前尚不清楚。

1.2 外泌體的組成成分 外泌體富含脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和RNAs等成分。脂類物質(zhì)包括膽固醇、鞘磷脂和神經(jīng)酰胺等。外泌體含有的蛋白質(zhì)除了相同的CD81、CD63、CD9、Alix以及腫瘤易感基因101蛋白(TSG101)等保守蛋白[12]，還有反映其來源的組織或細胞特異性蛋白[13]。外泌體蛋白參與抗原遞呈、細胞黏附、細胞活性調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成等過程[14]。除此之外，外泌體還包含有多種核酸，如信使RNA(mRNAs)、miRNAs和其他非編碼RNA(ncRNAs)[15]。

miRNA并不是隨機裝載到外泌體中的，Guduric-Fuchs等[16]分析了多種細胞系及其各自釋放的外泌體中的miRNA表達水平，發(fā)現(xiàn)一個miRNA的亞群(如miR-150、miR-142-3p和miR-451)優(yōu)先被裝載入外泌體。此外，有報道顯示不同的生理條件下，外泌體miRNA的表達水平可發(fā)生變化。健康人群血清外泌體中的miR-21水平低于膠質(zhì)母細胞瘤病人[17]。外泌體miRNA進入受體細胞后，可發(fā)揮調(diào)控作用。除了常規(guī)的負性調(diào)控，影響靶基因的表達水平外，在部分miRNA中發(fā)現(xiàn)了一種新功能，外泌體miR-21和miR-29a可以做為配體結(jié)合toll樣受體(TLRs)并激活免疫細胞[18]。

1.3 外泌體與靶細胞的相互作用 隨著研究的逐漸深入，現(xiàn)有的實驗證據(jù)表明，外泌體可以介導(dǎo)細胞間通信。當外泌體循環(huán)時，其富含的蛋白質(zhì)、RNAs可以被附近或遠處的細胞接收，隨后調(diào)節(jié)受體細胞的功能。外泌體與靶細胞之間存在3種不同的相互作用機制：(1)外泌體的跨膜蛋白直接與靶細胞的受體相互作用[19]；(2)外泌體與靶細胞的質(zhì)膜融合并將其內(nèi)容物傳遞至靶細胞的胞漿內(nèi)[20]；(3)外泌體通過內(nèi)吞作用內(nèi)在化于靶細胞中，降解或釋放至臨近細胞[20-21]。然而目前為止，外泌體與靶細胞之間相互作用的具體機制仍不完全清楚。

2 外泌體在急性心肌梗死中的作用

內(nèi)皮細胞功能障礙伴隨的血管重構(gòu)是導(dǎo)致心血管疾病發(fā)病和死亡的主要原因。老年血管的內(nèi)皮依賴性血管舒張功能受損，與血管通透性增加、炎癥以及血管生成受損有關(guān)。此外，內(nèi)皮細胞的大小、形狀和軸向位置的差異增大，使得腔內(nèi)血流的層流減少，脂質(zhì)沉積的部位增多，從而促進動脈粥樣硬化斑塊的形成。

在健康和缺血的條件下，人和小鼠的心肌細胞都可以分泌外泌體。Barile等[22]也證實了成年的小鼠心臟祖細胞(CPCs)可以分泌外泌體，而心肌細胞則能夠攝取外泌體。在心肌梗死邊緣區(qū)，外泌體參與介導(dǎo)不同類型細胞間的信號傳遞[22-23]。有研究顯示，急性冠脈綜合征病人血清中肌肉特異性miR-1和miR-133a的水平明顯升高。進一步的小鼠模型實驗證明，這些miRNAs來源于梗死區(qū)和梗死邊緣區(qū)，而miR-133a來自于心肌細胞的外泌體[24]。由內(nèi)皮細胞外泌體分泌的miR-214在缺血后的心肌組織中表達上調(diào)，其水平與疾病的嚴重程度相關(guān)。

心肌梗死后，大量心肌細胞死亡引發(fā)強烈的炎癥反應(yīng)，這是心臟損傷、修復(fù)和重塑的重要過程。越來越多的證據(jù)表明，外泌體參與了心肌梗死后的炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死后15～24 h，小鼠的心臟出現(xiàn)了一過性的細胞外囊泡釋放(EVs)。流式細胞儀顯示，心肌梗死后EVs主要來源于心肌細胞和內(nèi)皮細胞。這些EVs可以被浸潤的單核細胞所吸收，導(dǎo)致IL-6和趨化因子CCL2、CCL7的分泌增多[25]。另一研究顯示，心肌梗死后巨噬細胞可以分泌更多的含有miR-155的外泌體，這些外泌體隨后被心臟成纖維細胞攝取。miR-155通過下調(diào)細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(Sos1)的表達，抑制成纖維細胞的增殖，并且抑制Socs1的水平，促進IL-1、IL-6、TNF-α和CCL-2的釋放，從而加重炎癥反應(yīng)[26]。

外泌體攜帶來自母細胞的生物信息。心肌梗死時，循環(huán)中的外泌體數(shù)量與其內(nèi)容物成分均有明顯變化，提示心肌損傷后能夠釋放特定的外泌體至循環(huán)中。已有研究顯示，急性冠脈綜合征病人血清中miR-1、miR-499和miR-133a的水平顯著升高，且升高程度與血清中肌鈣蛋白T的水平相關(guān)。另一項研究則顯示，急性心肌梗死后大鼠尿液和血清的外泌體中miR-1和miR-208水平明顯增加。因此，一些外泌體miRNAs被認為是心血管疾病診斷和評估的潛在生物學(xué)標志物。

心肌梗死后，干細胞可以通過釋放一些旁分泌因子刺激內(nèi)源性的心臟修復(fù)過程，外泌體是干細胞分泌的旁分泌信號的重要成分之一。心肌內(nèi)注射CPCs來源的外泌體或心肌球源性干細胞(CDCs)來源的外泌體到梗死邊緣區(qū)域，可減少凋亡的心肌細胞數(shù)目和瘢痕組織的面積，從而增強整體的心臟功能。體外實驗顯示，這些外泌體含有較高水平的miR-146a，能夠抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的大鼠心肌細胞死亡[27-28]。此外，來自間充質(zhì)干細胞(MSCs)的外泌體通過激活PI3K/Akt信號通路，可以減輕缺血/再灌注損傷后心肌的氧化應(yīng)激反應(yīng)[29]。CPCs來源的外泌體中富含miR-132, 而miR-132可通過下調(diào)RasGAP-p120的表達水平，促進血管生成。進一步的動物實驗也證實，心肌內(nèi)注射CPCs來源的外泌體可以增加梗死區(qū)血管密度，縮小梗死的瘢痕面積，促進LVEF的恢復(fù)[27]。

3 展望

在過去的幾十年里，關(guān)于外泌體與疾病的發(fā)病機制和臨床生物學(xué)標志物之間關(guān)系的研究呈現(xiàn)爆炸式增長。同時，越來越多的證據(jù)表明，來源于不同類型干細胞的外泌體能夠促進心肌梗死后的心臟修復(fù)，表明外泌體可以作為干細胞治療心臟修復(fù)的替代選項。與較大的細胞相比，納米大小的外泌體不會堵塞微血管，轉(zhuǎn)化為異常的細胞類型或者在治療終止后可作為永久性的移植物存留在心臟。并且外泌體具有更穩(wěn)定、易于存儲等優(yōu)點。因此外泌體療法被認為是安全的。

雖然近幾年外泌體在心肌梗死中的作用研究取得了很大進展，但相關(guān)研究結(jié)果在應(yīng)用于臨床之前還有許多挑戰(zhàn)需要克服。其一，作為疾病診斷和評估的生物學(xué)標志物，其特異性、敏感性以及是否能夠早期診斷疾病尚需要進一步的研究。其二，外泌體的循環(huán)數(shù)量及內(nèi)容物的組成受不同的病理情況影響較大，二者之間的關(guān)系也需要繼續(xù)探索。綜上所述，外泌體作為鄰近和遠處細胞間的細胞通信方式之一，與傳統(tǒng)的方式有所不同，對其作用機制的進一步研究將為疾病的靶向治療提供新的策略和方法。