外泌體對阿霉素誘導(dǎo)的心臟毒性治療的研究及應(yīng)用進展*

董香軍，郝長來

067000 河北 承德， 承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 血液內(nèi)科

阿霉素（doxorubicin，DOX）是一種有效的化 療藥物，被廣泛用于實體瘤和血液腫瘤的治 療［1］。然而，由于潛在的心臟毒性，其臨床應(yīng)用在很大程度上受到限制。DOX誘導(dǎo)的心臟毒性（doxorubicin-induced cardiotoxicity，DIC）包括幾種不同的潛在機制，包括心肌細胞自噬、DNA損傷、拓撲異構(gòu)酶II的抑制、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、細胞內(nèi)鈣超載，以及炎癥反應(yīng)的發(fā)生，進而導(dǎo)致心肌細胞凋亡、衰老及心肌纖維化［2］。

迄今為止，DOX心肌病本身尚無治療方法。目前DIC的治療選擇相當有限，根據(jù)2021年最新發(fā)布的《腫瘤治療相關(guān)心血管毒性防治指南》，右拉唑烷是FDA批準的唯一用于預(yù)防DIC的心臟保護藥物［3］。由于DOX仍然是許多癌癥治療的一線藥物，因此需要開發(fā)出更多安全有效的藥物來減輕DOX誘導(dǎo)的心肌損傷。

最新的研究發(fā)現(xiàn)外泌體［4］是一種有潛力的化療藥物遞送載體。已有研究［5］證明外泌體可以提高DOX遞送到腫瘤細胞的效率，同時降低對非靶器官的毒性?；谕饷隗w的制劑可以為DOX的應(yīng)用提供新型高效的藥物遞送系統(tǒng)，并可能更大程度地改善患者預(yù)后。

1 外泌體的定義、主要成分和功能

外泌體是天然存在的細胞外囊泡（extracellular vesicles， EVs）［6］，直徑為50～150 nm，可由多種類型細胞在不同生理條件下分泌。外泌體由雙層磷脂膜結(jié)構(gòu)和多種生物活性物質(zhì)如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、微RNA（miRNA）、信使RNA（mRNA）、DNA片段、轉(zhuǎn)錄因子等組成。外泌體與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，例如癌癥和心血管疾病［7］。

蛋白質(zhì)是外泌體的重要組成部分，參與調(diào)節(jié)細胞間通訊的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，例如四泛素家族（CD9、CD63、CD81、CD82）、腫瘤抑制基因101、熱休克蛋白等。外泌體的脂質(zhì)雙層膜可以保護外泌體內(nèi)容物免于降解，使它們能夠牢固地攜帶和傳遞來自其起源細胞的重要生物信號，并通過體液（血液，尿液）將其內(nèi)容物運輸?shù)绞荏w細胞中，因而可有效介導(dǎo)細胞之間的信息通訊［8］。此外，目前的研究顯示［9］，循環(huán) miRNA 存在于外泌體中，在細胞間傳遞從而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。外泌體保護循環(huán) miRNA 免受降解，保證其穩(wěn)定性并在血液中循環(huán)。

2 外泌體在DIC中的作用

外泌體是小的內(nèi)源性EVs，可將生物活性物質(zhì)從一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞，并且由于其天然來源而被認為是有前途的藥物遞送載體［10］。近幾年，關(guān)于外泌體藥物遞送或者外泌體治療的報道越來越多，外泌體治療逐漸從研究進入到應(yīng)用的階段，藥物遞送已經(jīng)迎來了外泌體的時代［11］。大量的證據(jù)［12］證實，外泌體可能在DIC的發(fā)生、診斷和治療中起核心作用，為建立有效的臨床診斷和治療策略提供了新的方法。與DOX的其他遞送方法相比，外泌體遞送可以減少心肌細胞對DOX的攝取和心肌細胞中DOX的分布，從而直接降低心臟毒性。來自各種干細胞的外泌體增強了心肌活力，并改變了病理環(huán)境下的不良心臟重塑。研究發(fā)現(xiàn)，來自干細胞的外泌體在DOX誘導(dǎo)的心肌病中顯示出治療效果 （表1）。

表1 不同細胞來源的外泌體在DIC中發(fā)揮著不同的作用 Table 1．Different Roles of Exosomes from Different Sources in DIC

2.1 胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）衍生的外泌體（ESC-Exos）

干細胞，尤其是ESC，已被廣泛接受為許多疾?。òㄐ难芗膊。┑挠行е委煼椒ǎ?3］。但是，由于ESC治療可能致畸胎瘤形成，導(dǎo)致其臨床使用受限；此外，在ESC移植后，只有有限數(shù)量的細胞可以植入并分化成心臟細胞或參與抑制不良心臟重塑。因此，最近的研究［14］發(fā)現(xiàn)將ESC-Exos作為ESC治療的更安全的替代方法，能夠避免上述致畸副作用的發(fā)生。Tavakoli等［15］的研究表明，ESC-Exos可顯著抑制DOX誘發(fā)的心肌細胞中的炎癥和焦亡，降低了DOX的心臟毒性。Singla等［16］研究發(fā)現(xiàn)在接受DOX處理的小鼠心臟組織中，炎癥小體標志物［Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）、含NLR家族Pyrin域蛋白3（NLRP3）］和細胞焦亡標記物［半胱天冬酶-1（caspase-1）、白介素1（IL1-β、IL-18）］的表達顯著增加，而ESC-Exos抑制了這些標志物的增加，減少了炎癥誘發(fā)的細胞焦亡?？傊?，ESC-Exos可以減輕DOX誘導(dǎo)的心肌損傷進而改善心臟功能，為DIC的治療提供了一種新的選擇。

2.2 滋養(yǎng)層干細胞（trophoblast stem cell，TSC）衍 生的外泌體 （TSC-Exos）

TSC［17］是胎盤滋養(yǎng)層細胞的前體，具有在體外分化成各種滋養(yǎng)層亞型的潛力。作為干細胞家族的主要成員，被廣泛用于人類各種疾病的研究和治療。TSC已被證實在心血管疾病中發(fā)揮心臟保護作用。此外，TSC分泌大量外泌體并在許多生物過程中發(fā)揮有益作用。有研究證實［18］TSC-Exos可以在DOX誘導(dǎo)的心肌病中發(fā)揮重要的保護作用。

2.3 心臟祖細胞（cardiac progenitor cell，CPC）來源的外泌體（CPC-Exos）

人類CPC分泌EVs，包括納米大小的外泌體，在心血管疾病中起著關(guān)鍵作用［19］。Milano等［20］使用大鼠模型研究了CPC來源的外泌體在DIC發(fā)生、發(fā)展中起的作用。結(jié)果顯示DOX顯著誘導(dǎo)了心肌細胞中的氧化應(yīng)激。此外，DOX還誘導(dǎo)心肌纖維化、炎性細胞浸潤等，最終導(dǎo)致心室功能不全甚至心臟衰竭。然而，在靜脈注射CPC來源的外泌體之后，DOX對心臟的這些有害副作用得到很大程度的改善，可以起到增強心臟功能、加速血管形成并預(yù)防纖維化的重要作用。因此，來自人CPC-Exos可以通過抑制氧化應(yīng)激，減少心肌纖維化、炎癥反應(yīng)等，減弱DOX誘導(dǎo)的心臟毒性。

2.4 間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cell，MSC） 衍生的外泌體（MSC-Exos）

MSC是一種具有臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用前景的干細胞，擁有強大的免疫調(diào)節(jié)功能、抗炎和組織修復(fù)潛能。間充質(zhì)干細胞已被廣泛接受為心血管疾病的有效治療方法［21］。然而，在MSCs移植后，只有有限數(shù)量的細胞可以分化成心臟細胞或參與心臟修復(fù)。因此，最近的研究［22］將MSC-Exos作為MSCs治療的更安全的替代方法。目前研究［23］表明，MSC-Exos具有與MSCs相似的組織修復(fù)特性，通過攜帶功能性蛋白質(zhì)、RNA，或脂質(zhì)，并將其遞送到靶細胞以實現(xiàn)其功能，同時MSC-Exos安全性、穩(wěn)定性強，可以進行修飾及工程化，因此可以作為一種非細胞治療生物藥物，從長遠來看，可能是一種替代間充質(zhì)干細胞治療的新方法。Ebrahim等［24］報道了在DOX介導(dǎo)的心臟毒性模型中研究MSCs衍生外泌體的心臟保護作用，闡明了MSC-Exos通過抑制DOX誘導(dǎo)的心臟組織中的氧化應(yīng)激、DNA損傷和細胞凋亡，減輕了心臟損傷。因此，MSC-Exos被認為是防止化療期間心臟毒性的一種有利的治療策略。

2.5 骨髓間充質(zhì)干細胞（bone mesenchymal stem cell，BMSC）衍生的的外泌體（BMSC-Exos）

BMSC［25］是治療心臟損傷的新興且有前途的方法。然而，移植干細胞的存活率非常低，阻礙了移植效率，從而導(dǎo)致治療效果受損。近年來，在臨床前和臨床試驗中用于治療的BMSC-Exos在病理條件下顯示出相當大的保護特性［26］。有證據(jù)表明［27］，BMSC-Exos在DOX誘導(dǎo)的心肌損傷中起著關(guān)鍵作用。Lei等［28］將BMSC-Exos注射到DOX治療的大鼠中，發(fā)現(xiàn)BMSC-Exos抑制DOX誘導(dǎo)的心肌細胞中的氧化應(yīng)激和心肌炎癥反應(yīng)，改善了大鼠的心臟收縮和舒張功能，從而減弱DOX造成的心臟損傷。目前看來，BMSC-Exos在降低DOX化療產(chǎn)生的相關(guān)心臟風(fēng)險方面具有較好的前景。

3 外泌體作為遞送載體在DIC中的作用

近年來，藥物遞送領(lǐng)域在提高從小分子到大分子生物制劑（如核酸，蛋白質(zhì)等）的各種候選藥物的治療潛力方面取得了巨大進步?；熛嚓P(guān)的心臟毒性現(xiàn)在正成為癌癥患者預(yù)后的最大障礙之一。治療性遞送保護性微RNA和長鏈非編碼RNA有望預(yù)防和治療心臟毒性。有研究表明［29］，DOX的外泌體遞送可實現(xiàn)快速細胞進入并增強體外效力。外泌體可以將各種貨物（如蛋白質(zhì)，miRNA、lncRNA和mRNA）攜帶到受體細胞，以調(diào)節(jié)靶細胞的基因表達和功能，正在成為藥物遞送載體和細胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的新型介質(zhì)（圖1）。

圖 1 外泌體的來源、功能以及在減輕DIC中的應(yīng)用Figure 1．Sources and Functions of Exosomes and Their Application in Reducing DIC

3.1 外泌體作為載體遞送DOX以減輕藥物毒性

近些年來，外泌體在藥物遞送和腫瘤靶向治療方面的巨大潛力日益突出［30］。越來越多的研究證明［31］，可以構(gòu)建外泌體來提供DOX以治療癌癥，并且與傳統(tǒng)形式的DOX（如脂質(zhì)體或游離藥物）相比，外泌體具有遞送功效強、免疫原性低、靶向效果好等優(yōu)勢，顯示出更好的負載能力和出色的功效［32］，因此可以獲得比游離DOX更好的治療效果和更少的副作用，這也為腫瘤的精確靶向和治療提供了新的 方向。

3.2 外泌體相關(guān)miRNA與DIC

據(jù)報道［33］，抗腫瘤藥物DOX可以通過誘導(dǎo)某些miRNA的表達而引起心臟損傷。目前的研究顯示，外泌體能夠保護循環(huán)miRNA避免其降解，維持其穩(wěn)定性，從而在細胞間傳遞過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作 用［34］。近年來，研究表明，將miRNA裝載入外泌體遞送到心臟組織，可以減輕DOX的心臟毒副作用。此外，外泌體負載的miRNA還具有良好的抗腫瘤作用［35］。由此可知，通過外泌體遞送miRNA到心肌細胞能夠在不影響DOX的抗癌效果的同時減弱其副作用。來自干細胞的外泌體顯示出對DOX誘導(dǎo)的心肌病的治療效果（表2）。

表2 不同細胞來源的外泌體遞送miRNA/lncRNA以減輕DICTable 2．Different Cell-Derived Exosomes Deliver miRNA/lncRNA to Mitigate DIC

3.2.1 MSC-Exos遞送miRNA以改善DIC MSC-Exos在傳遞miRNA、mRNA等物質(zhì)以促進細胞間通訊方面起著關(guān)鍵作用［36］。MSC-Exos通過向病變部位輸送各種miRNA對各種疾病具有保護作用。在DIC發(fā)生機制中，心肌細胞凋亡起的作用至關(guān)重要。Lee等［37］的研究結(jié)果顯示，MSC-Exos通過遞送miR-199a-3p來上調(diào)細胞凋亡蛋白抑制劑Survivin和抗凋亡因子Bcl2的含量，減弱了DOX誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡，因此在一定程度上改善了DOX造成的心臟損傷。最近一項研究［38］證明了對于DIC，MSC-Exos中封裝的miR-181a-5p通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌凋亡發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3.2.2 BMSC-Exos遞送miRNA抑制DIC 大量研 究［39］表明，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是DIC的重要機制。最近的一項研究［28］發(fā)現(xiàn)，在DOX用藥后心肌細胞內(nèi)miR-96水平出現(xiàn)下調(diào)，miR-96通過靶向抑制Rac1可以改善心肌細胞中DOX誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，減弱DOX的心臟毒性。Lei等［28］將BMSC-Exos注射到DOX治療的大鼠體內(nèi)，研究結(jié)果顯示來自BMSC-Exos的miR-96減輕了DOX引起的心肌損傷。miR-96通過抑制Rac1和下游NF-kB信號傳導(dǎo)來發(fā)揮心臟保護作用。這為BMSCs-Exos用作DIC治療中miRNA的載體提供了依據(jù)。

3.2.3 CPC-Exos遞送miRNA以改善DIC CPC-Exos miRNA可通過靶向下游的mRNA來調(diào)節(jié)心臟功能，介導(dǎo)心肌修復(fù)和修復(fù)后的細胞間通訊。Milano等［38］報道在經(jīng)DOX處理后的心肌細胞中，CPC-Exos能夠通過抑制miR-146a-5p的靶基因（Traf6、Mpo）的表達，減輕DOX誘導(dǎo)的活性氧生成增多、炎性細胞浸潤和心肌纖維化等。

3.2.4 TSC-Exos遞送miRNA以改善DIC 近年的研究表明TSC-Exos可攜帶miRNA參與疾病的發(fā)生與發(fā)展過程［40］。Ni等［41］通過使用小鼠和AC16心肌細胞構(gòu)建DIC模型得出結(jié)論，TSC-Exos可以將let-7i轉(zhuǎn)移到心肌細胞中，并沉默Hippo-YAP信號通路，進而緩解DOX誘導(dǎo)的心臟損傷，為TSC-Exos作為DIC潛在治療工具的應(yīng)用提供了新的視角。

3.2.5 外泌體遞送長非編碼RNA（long-noncoding RNA，lncRNA）以減輕DIC DOX的心臟毒性通常歸因于線粒體損傷和心肌細胞衰老誘導(dǎo)。此外，DOX誘導(dǎo)的細胞衰老導(dǎo)致心血管功能障礙［42］。Xia等［43］報 道 了MSC-EXOs-lncRNA-MALAT1可 能通過調(diào)節(jié)miR-92a-3p / ATG4a軸來減弱DOX誘導(dǎo)的心臟衰老，表明外泌體可用于遞送lncRNA MALAT1以改變DOX誘導(dǎo)的衰老，這可能具有臨床意義。Zhuang等［44］的研究證明了外泌體通過lncRNANEAT1轉(zhuǎn)移能夠抑制miR-221-3p，從而作為一種有前途的抗衰老效應(yīng)劑來對抗DOX誘導(dǎo)的心臟毒性。最新一項研究［45］表明，BMSC-EXOs-lncRNA通過抑制炎癥來緩解DOX誘導(dǎo)的心臟毒性。綜上可知，外泌體-lncRNA可能在減輕DOX誘導(dǎo)的心臟毒性的調(diào)節(jié)過程中起著重要作用。

4 總結(jié)與展望

隨著化療的廣泛應(yīng)用，化療藥物（如DOX）引起的心臟毒性成為人們關(guān)注的重點。已有研究證明外泌體能夠作為藥物或miRNA的載體來減輕使用DOX造成的心臟損害。

與傳統(tǒng)的治療方案相比，外泌體為治療DIC提供了新的角度。不管是外泌體自身的治療作用還是其遞送藥物或miRNA的作用，均能為接受化療的腫瘤患者帶來更好的效果和更少的副作用。這種新型治療策略具有多方面的優(yōu)勢，如：低免疫原性、良好的生物相容性、高穩(wěn)定性以及精準的靶向性。因此，外泌體在DIC的治療中起著不可或缺的作用。

雖然，外泌體遞送藥物已成為目前研究的熱點，但仍存在臨床應(yīng)用限制。外泌體研發(fā)起步晚，臨床應(yīng)用仍然處于初級階段，面臨很多的挑戰(zhàn)，如：外泌體的分離和純化、外泌體載藥效率低下、如何對載藥效果進行準確評估等。

總而言之，在當前精準醫(yī)療的大環(huán)境下，外泌體的發(fā)現(xiàn)和研究為腫瘤心臟病學(xué)提供了嶄新的方向。不過，外泌體距離成為“理想的載體”，還有一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)有待克服，需要研究人員繼續(xù)進行探索，對這種新型療法進行生物或工程方法的改進，以進一步發(fā)揮臨床治療潛力，將有助于推動該領(lǐng)域向前發(fā)展。

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