間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體參與子癇前期發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

姚祖賢 王丹 鄭靈芝

子癇前期是一種以高血壓為基礎(chǔ)的多系統(tǒng)受累和損害的綜合征，全球發(fā)生率2%～8%，是造成孕產(chǎn)婦和新生兒死亡的主要原因之一。子癇前期通常發(fā)生在妊娠后半期，其特征是新發(fā)高血壓、蛋白尿或終末器官功能障礙，如肝臟和腎臟等。這種多因素多系統(tǒng)疾病，其發(fā)病機(jī)制知之甚少，缺乏有效的治療[1]。胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞（trophoblast cell，TC）失調(diào)、免疫反應(yīng)、全身炎癥反應(yīng)和血管內(nèi)皮功能障礙是子癇前期發(fā)病過程中最顯著的病理變化過程。研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）參與子癇前期病理變化的各個(gè)過程，在調(diào)控TC功能、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、抗炎以及修復(fù)血管內(nèi)皮細(xì)胞等方面發(fā)揮重要作用。MSCs的生物學(xué)功能特性可能源于其衍生的外泌體，本文就間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（mesenchymal stem cell-derived exosomes，MSC-exos）參與子癇前期發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MSC-exos的生物學(xué)特性

MSCs是目前研究最廣泛的干細(xì)胞，它是由Frie‐denstein等[2]在50多年前發(fā)現(xiàn)的一類具有祖細(xì)胞分化潛能的細(xì)胞，其易于在體外繁殖，具有分化為脂肪、骨、軟骨和肌肉等組織細(xì)胞的潛力，存在于人的骨髓、脂肪、臍帶和胎盤等組織中。MSC-exos是由MSCs分泌的細(xì)胞外囊泡中的一類，可通過差速超速離心、尺寸排阻色譜、免疫親和等方法從MSCs中提取，在透射電鏡下呈圓形、橢圓形或茶托樣形狀，直徑約40～100 nm，由一層脂質(zhì)雙層膜包裹，膜成分含有膽固醇和鞘磷脂，膜表面不僅表達(dá)外泌體常見的表面標(biāo)志物如CD9和CD81，也表達(dá)MSCs的標(biāo)志蛋白CD44、CD73和CD90[3]。

MSC-exos可以轉(zhuǎn)運(yùn)多種效應(yīng)分子如免疫調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β 1）、IL-6、IL-10、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor，HGF）、脂質(zhì)、mRNA等，以及調(diào)控微小核糖核酸（microRNA，miRNA）細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子對(duì)受體細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)，如細(xì)胞間通信、組織再生、抗炎、免疫調(diào)節(jié)和免疫細(xì)胞的歸巢[4]。有研究已經(jīng)確定MSC-exos包裹有150多種miRNA和850多種特異的蛋白質(zhì)，它們通過不同的途徑影響靶細(xì)胞。此外，MSC-exos不僅表達(dá)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)劑和基質(zhì)金屬肽酶-9（這些因子在血管生成和組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用），還表達(dá)MSCs標(biāo)志物，如 CD29、CD44、CD90和CD73，這能夠使MSC-exos駐留在受損和炎癥組織中，以發(fā)揮其生物學(xué)功能。MSC-exos能夠保護(hù)這些包裹物免受降解，從而幫助它們通過內(nèi)吞作用被細(xì)胞攝取[5]。MSC-exos中的miRNA參與多種病理和生理過程，例如，miRNA-155和miRNA-146有助于生物體發(fā)育、表觀遺傳調(diào)控和免疫調(diào)節(jié)，miRNA-23b、miRNA-451等參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展，miRNA-15a-5b、miRNA-125b等參與子癇前期的發(fā)病機(jī)制[6]。MSC-exos還具有一些MSCs所沒有的特質(zhì)，比如可以穿過血腦屏障和毛細(xì)血管等屏障，甚至可以避開網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)從而到達(dá)MSCs所到達(dá)不了的地方[7]。MSC-exos其他特征還包括免疫沉默、非致癌性、高穩(wěn)定性及低免疫原性。MSC-exos的免疫抑制功能與宿主的免疫耐受性有關(guān)[8]，通過在損傷部位積累MSC-exos并抑制免疫細(xì)胞的促炎反應(yīng)而發(fā)揮作用[9]。

2 MSC-exos參與子癇前期的發(fā)病機(jī)制

位于母體蛻膜中的MSCs被認(rèn)為參與調(diào)節(jié)胎盤形成期間母體-胎兒界面的促血管生成、免疫和抗炎環(huán)境，但MSC-exos在子癇前期中的作用研究還處于起步階段，主要集中在以下幾大方面。

2.1 參與TC的調(diào)控 胎盤的發(fā)育以TC的廣泛增殖為特征，子癇前期中胎兒-胎盤因素主要為胎盤異常，妊娠早期的胎盤形成障礙與妊娠中晚期的絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞（extravillous trophoblast，EVT）氧化應(yīng)激是子癇前期發(fā)生的關(guān)鍵事件，有研究表明，MSC-exos在調(diào)控TC方面起到了重要作用。

Wang等[10]將人臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUC-MSCs）衍生的外泌體與人絨毛膜TC和人滋養(yǎng)層上皮細(xì)胞共同培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)HUC-MSCs中外泌體miRNA-133b的升高促進(jìn)了它們的增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程、遷移和侵襲以及有限的細(xì)胞凋亡，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在子癇前期患者胎盤中miRNA-133b表達(dá)下調(diào)，而血清/糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶 1（serum and glucocorticoid induced protein kinase-1，SGK1）表達(dá)上調(diào)，提示來源于HUM-MSCs外泌體的miRNA-133b通過抑制SGK1促進(jìn)子癇前期患者胎盤中TC的增殖、遷移和侵襲。另一項(xiàng)研究也顯示了MSC-exos相似的功能，Chen等[11]發(fā)現(xiàn)在子癇前期患者的胎盤組織中，H19作為一種競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA對(duì)抗miRNAlethal-7b，miRNAlethal-7b直接靶向Forkhead轉(zhuǎn)錄因子。此外，H19可以通過MSC-exos轉(zhuǎn)移到TC中，從而降低MSC-exos中的miRNAlethal-7b，增加Fork‐head轉(zhuǎn)錄因子，激活蛋白激酶B信號(hào)通路，增加其侵襲和遷移功能，抑制TC凋亡。這些結(jié)果表明MSC-exos在子癇前期發(fā)病早期對(duì)TC的作用是有益的，它促進(jìn)了“胎盤的著床”。此外，Chu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，由脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，AD-MSCs）衍生的外泌體介導(dǎo)的EZH2基因依賴性mTOR信號(hào)失活，增強(qiáng)了缺氧TC的自噬。自噬是一種機(jī)制，通過溶酶體降解故障細(xì)胞器、多余分子和侵入性病原體來維持體內(nèi)平衡。子癇前期患者胎盤中缺氧TC以此來獲得營(yíng)養(yǎng)和能量，從而減緩子癇前期的發(fā)展[13]。Gillmore等[14]還發(fā)現(xiàn)在缺氧狀態(tài)下，TC暴露于子癇前期胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞（placental-derived mes‐enchymal stem cells，P-MSCs）外泌體中，可通過一種鞘磷脂依賴的機(jī)制導(dǎo)致細(xì)胞線粒體裂變加劇，繼而觸發(fā)下游事件，以此增強(qiáng)了線粒體的自噬功能。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，Yang等[15]在脂多糖誘導(dǎo)的早產(chǎn)小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)MSC-exos中miRNA-146a5p和miRNA-548e-5p對(duì)TC具有抗炎作用。另外，Li等[16]也證實(shí)了絨毛膜來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（chorionic-derived mesenchymal stem cells，HCD-MSCs）促進(jìn)p53泛素化和蛋白酶體降解，降低細(xì)胞凋亡率，繼而促進(jìn)TC的增殖和遷移。

以上研究表明，MSC-exos對(duì)子癇前期中TC的調(diào)控是多途徑、多機(jī)制的，早期TC凋亡及侵襲不足會(huì)造成“胎盤淺著床”，不僅會(huì)造成流產(chǎn)，子癇前期的發(fā)病率也會(huì)升高，而MSC-exos中含有復(fù)雜的物質(zhì)，它不僅可以促進(jìn)TC的增殖、遷移和侵襲，抑制其焦亡，還可以通過增強(qiáng)自噬為細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)與能量。

2.2 參與母胎免疫反應(yīng) 母體的免疫過度激活是子癇前期發(fā)病的主要機(jī)制之一。有研究認(rèn)為妊娠本身就是一個(gè)半同種移植導(dǎo)致的免疫耐受過程，如果免疫耐受平衡失調(diào)，就可能導(dǎo)致一系列的病理妊娠，包括流產(chǎn)、早產(chǎn)、子癇前期等[17]。正常妊娠時(shí)受到免疫耐受的保護(hù)，不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞、TC和白細(xì)胞功能障礙。因此，EVT可以侵入子宮蛻膜和子宮肌層從而實(shí)現(xiàn)“胎盤著床”。然而，子癇前期患者對(duì)TC等胎兒抗原的免疫耐受性受損，可能會(huì)影響隨后的胎盤形成，導(dǎo)致子癇前期的發(fā)生。

隨著大量證據(jù)的積累，MSCs對(duì)淋巴細(xì)胞和髓細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)特性得到了很好的證明，MSCs主要通過旁分泌（外泌體）途徑運(yùn)送效應(yīng)分子，最常見的是通過TGF-β、HGF、前列腺素E2、一氧化氮調(diào)節(jié)這些適應(yīng)性細(xì)胞[18]。一些研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞間接觸參與MSCs-T細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)，通過MSCs表達(dá)可溶性人白細(xì)胞抗原-G（human leukocyte antigen-G，HLA-G），這是一種非經(jīng)典主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ類分子，在胎兒-母體免疫調(diào)節(jié)中起重要作用[19]。已知母親對(duì)胎兒有移植物抗宿主病樣反應(yīng)，這可能導(dǎo)致子癇前期或自然流產(chǎn)的發(fā)生，但正常妊娠時(shí)機(jī)體的免疫耐受性保護(hù)著胎兒。在子癇前期方面，已知MSC-exos通過抑制超過50%的參與子癇前期發(fā)病的促炎細(xì)胞因子，如IL-1β、TNF-α和INF-γ，通過降低免疫力來抑制移植物抗宿主的發(fā)病，MSC-exos含有大量的免疫抑制介質(zhì)，如IL-10、IL-12、IL-6、巨噬細(xì)胞刺激因子等[20]。因此，MSC-exos可以在早期抑制母體免疫過度激活反應(yīng)，但隨著子癇前期的發(fā)展，筆者猜想MSC-exos在體內(nèi)的含量變化，可能是子癇前期患者免疫過度激活，造成病情持續(xù)進(jìn)展的原因之一。

因此，研究MSC-exos在子癇前期患者抑制免疫反應(yīng)中的機(jī)制可能有利于臨床早期預(yù)防子癇前期。當(dāng)孕婦體內(nèi)擁有充足的MSC-exos就有可能抑制免疫反應(yīng)過度激活，從而為胎兒創(chuàng)造一個(gè)合適的環(huán)境，促進(jìn)胎盤在蛻膜的著床，預(yù)防子癇前期的發(fā)生。

2.3 參與全身炎癥反應(yīng) 有研究證實(shí)，早期子癇前期患者會(huì)發(fā)生母胎界面的炎癥反應(yīng)，隨著孕周的增長(zhǎng)，這種炎癥反應(yīng)也由局部擴(kuò)散到全身，炎癥介質(zhì)隨著血流運(yùn)送到全身，從而造成子癇前期甚至子癇的發(fā)生。

大量研究表明，MSC-exos促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞到M2巨噬細(xì)胞極化，增加抗炎細(xì)胞因子和趨化因子，這一過程可以減輕炎癥。M1巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的一氧化氮參與微生物活動(dòng)和細(xì)胞增殖抑制，而M2巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的鳥氨酸可以通過多胺促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)與重塑。MSCs作為炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)劑，分泌細(xì)胞因子，可誘導(dǎo)促炎巨噬細(xì)胞向抗炎表型轉(zhuǎn)變[21]。此外，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）可以減少巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子[22]。還有研究發(fā)現(xiàn)，AD-MSCs可以降低INF-γ和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),以及抑制CD4+和CD8+T細(xì)胞向效應(yīng)細(xì)胞或記憶細(xì)胞表型分化，降低局部炎癥反應(yīng)，起到炎癥免疫調(diào)節(jié)作用[23]。Ebrahim等[24]在大鼠宮腔粘連模型中發(fā)現(xiàn)，B-MSCs和雌激素聯(lián)合可以通過減少炎癥細(xì)胞因子（例如IL-1、IL-6和TNF-α）的釋放，促進(jìn)損傷子宮內(nèi)膜的修復(fù)以此來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。除此之外，人們發(fā)現(xiàn)miRNA在子癇前期病理變化抗炎反應(yīng)中發(fā)揮著巨大的作用。有研究稱含有靶向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3的miRNA-223-3p的MSC-exos可減少炎癥反應(yīng)，并在敗血癥小鼠模型中得到驗(yàn)證，將含有miRNA-223-3p的MSC-exos轉(zhuǎn)移到心肌細(xì)胞可下調(diào)促炎癥基因的表達(dá)[25]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中MSC-exos分別通過miRNA-let7-HMGA2-NF-κB途徑和miRNA-let7-IGF2BP1-PTEN途徑促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞極化分泌TGF-β來抑制炎癥細(xì)胞的募集，從而改善載脂蛋白E小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)[26]。

2.4 參與調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞 子癇前期基本病理生理變化是小血管痙攣和血管內(nèi)皮損傷，從而導(dǎo)致子宮胎盤血流灌注減少，腦、腎臟、肝臟等器官小血管損傷，不僅危害胎兒的生存，而且對(duì)母體各臟器造成損害，從而遺留后遺癥，危害極大。

MSCs可以釋放具有增強(qiáng)血管生長(zhǎng)功能的外泌體，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。最近的研究表明，ADMSCs外泌體可以通過促血管生成miRNA的傳遞在血管生成中起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，它可以使上皮細(xì)胞直接分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而促進(jìn)血管生成[27]。Yang等[28]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，過表達(dá)miRNA-181b-5p的ADMSCs外泌體在體外增加了大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移距離。另一研究也顯示AD-MSCs外泌體中miR‐NA-199-3p的升高增加了內(nèi)皮尖端細(xì)胞的增殖和遷移[29]。Liang等[30]發(fā)現(xiàn)，由 AD-MSCs轉(zhuǎn)移的 miRNA-125a通過促進(jìn)導(dǎo)管形成和內(nèi)皮尖端細(xì)胞形成來調(diào)節(jié)血管生成。這說明，MSC-exos攜帶的物質(zhì)在修復(fù)血管方面具有巨大的潛力，通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖及遷移，早期子癇前期患者是有機(jī)會(huì)進(jìn)行血管的重塑與逆轉(zhuǎn)。Liu等[31]在摻鋰生物玻璃陶瓷中使用BMSCs外泌體轉(zhuǎn)移的miRNA-130a增強(qiáng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的磷酸酶、張力蛋白同系物和蛋白激酶B表達(dá)，從而刺激血管生成。Ma等[32]還利用B-MSCs外泌體將miRNA-132輸送至受體HUVECs，以刺激體內(nèi)和體外的血管生成。在心肌梗死模型中，小鼠皮下注射經(jīng)miRNA-132外泌體預(yù)處理的HUVECs，發(fā)現(xiàn)梗死區(qū)域的血管數(shù)量和毛細(xì)血管密度增加。從心肌梗死患者的冠狀動(dòng)脈血清中提取的攜帶敲除miRNA-143的外泌體，可以促進(jìn)HUVECs中的細(xì)胞增殖和血管形成[33]。Xiong等[34]研究了低、中和高劑量的HUC-MSCs外泌體在大鼠子癇前期模型中的作用，結(jié)果表明，HUC-MSCs外泌體的劑量依賴性治療通過抑制細(xì)胞凋亡，改善了胎盤組織形態(tài)并促進(jìn)了胎盤組織中的血管生成。此外，MSCs的預(yù)處理(如細(xì)胞因子)通過免疫抑制和血管生成增強(qiáng)了外泌體的功效[35]。Gorin等[36]報(bào)道，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2刺激MSCs來源的外泌體可提高血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和HGF的水平，改善血管化。Redondo-Castro等[37]報(bào)道MSC-exos降低了IL-6和TNF-α的水平。TNF-α被認(rèn)為是子癇前期發(fā)病過程中重要的促炎細(xì)胞因子，MSC-exos可能改善子癇前期胎盤的病理生理狀況。這些實(shí)驗(yàn)不僅揭示了MSC-exos在子癇前期發(fā)病中的機(jī)制，也提出了一種治療子癇前期的新策略——無細(xì)胞治療。然而，要實(shí)現(xiàn)這些，學(xué)者們還需要對(duì)MSC-exos在子癇前期發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行更多的體內(nèi)、體外及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

除了上述機(jī)制之外，遺傳與代謝及營(yíng)養(yǎng)的缺乏都被認(rèn)為是子癇前期發(fā)病的原因，近年來科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)MSC-exos與這些因素有關(guān)，但這些研究也都處于起步階段，需未來更多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步深入研究。

3 小結(jié)和展望

子癇前期被認(rèn)為是一群或一組由多因素、多通路、多機(jī)制致病的綜合征，目前尚無有效的治療方法，因此子癇前期的預(yù)防尤為重要。MSCs可調(diào)控TC，促進(jìn)胎盤對(duì)蛻膜的侵襲，也可在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、全身炎癥反應(yīng)以及血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷方面發(fā)揮重要作用。相較于MSCs，MSC-exos不僅具有源細(xì)胞相同的功能，而且具有生物活性更穩(wěn)定、免疫原性更低、能通過血腦屏障等優(yōu)點(diǎn)。MSC-exos中的蛋白質(zhì)、miRNA、DNA及其他物質(zhì)對(duì)于子癇前期的發(fā)病具有的重要意義，進(jìn)一步研究MSC-exos中的特異性分子不僅有助于了解子癇前期的發(fā)病機(jī)制，也可為預(yù)測(cè)子癇前期發(fā)病和追蹤疾病的進(jìn)程找到更加特異與敏感的標(biāo)志物，甚至在子癇前期的治療上也具有一定的臨床前景。然而，目前對(duì)MSC-exos在子癇前期作用機(jī)制的基礎(chǔ)與臨床研究尚在起步階段，未來仍需更多的體內(nèi)外及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探索，為臨床試驗(yàn)提供充足的理論基礎(chǔ)。