心肌梗死后心肌細胞來源的外泌體對心臟的影響

張春祥，劉嶼暢，李春紅，余 烊

1.西南醫(yī)科大學醫(yī)學電生理學教育部重點實驗室（瀘州646000）；2.非編碼核酸醫(yī)學瀘州市重點實驗室（瀘州646000）；3.西南醫(yī)科大學藥學院（瀘州646000）；4.西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院 心內科（瀘州 646000）

心肌梗死（myocardial infarction，MI）被定義為由于長時間缺血缺氧導致的心肌細胞死亡，是冠狀動脈疾病最嚴重的表現[1]。MI 早期，由于冠狀動脈中的血液供應突然受阻，大量心肌細胞發(fā)生壞死，并引發(fā)強烈的炎癥反應[2]。由于成人心臟缺乏內源性再生能力，心肌細胞的更新潛力有限，MI 的進一步進展會導致大量心肌細胞不可逆的喪失、左心室重構甚至進行性心力衰竭[3]。再灌注療法是目前臨床上對于急性心肌梗死的標準治療方法[4]，但它可能導致心肌細胞功能障礙并加重組織損傷[5-6]。因此，要想降低MI 的病死率，就需要臨床醫(yī)生對于MI的病理生理機制有更深入的認識，同時盡快開發(fā)出減少心肌細胞死亡、促進心臟修復的新治療策略。

外泌體是細胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）的一個主要亞群，近年來受到醫(yī)學領域研究者的廣泛關注。研究發(fā)現，在心血管系統(tǒng)中，外泌體與內皮細胞、心肌細胞、免疫細胞、干細胞等多種類型的細胞相關，可通過信號傳遞參與促進血管生成、抑制心室重構、改善心臟功能、抑制局部炎癥和調節(jié)免疫應答等生理過程[7-9]。了解心肌細胞對MI 的應答機制對于治療方案的制定有著重要意義。因此，本文就近5 年有關MI 期間病理條件下心肌細胞來源的外泌體對于心臟影響的相關研究做一評述，并對心肌細胞來源的外泌體的作用機制進行討論，以期為今后的研究提供借鑒與參考。

1 外泌體的特性

外泌體是由細胞通過胞吐作用分泌到細胞外空間的膜狀細胞外囊泡，是細胞間和細胞外通訊的信使，也是參與旁分泌功能的關鍵載體，通常大小在30 到200 nm 之間[10-12]。它們可以由各種類型的細胞釋放，如樹突狀細胞、肥大細胞、血小板以及間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）[2]，并且可以在大多數體液中被發(fā)現，包括血漿、血清、唾液、羊水、母乳和尿液等[13]。外泌體負載了微RNA（miRNA）、長鏈非編碼RNA（LncRNA）、蛋白質等多種生物貨物，在眾多生理過程中傳遞信息，發(fā)揮重要作用[14]。

2 心肌細胞來源的外泌體的作用機制

在MI期間的不利的缺血缺氧微環(huán)境中，心臟內的大多數細胞均會受到影響，包括心肌細胞、內皮細胞和巨噬細胞，都顯示出發(fā)生凋亡[15]。盡管心肌細胞并不是典型的分泌細胞，但多項研究均證明，心肌細胞在健康和病理條件下都能夠分泌外泌體，參與介導健康細胞和受損細胞之間的通訊[16-18]。心肌細胞來源的外泌體可以調節(jié)細胞增殖、遷移、分化、存活和血管生成等生理過程，在缺血性事件中發(fā)揮重要作用[19]。外泌體的負載物會受各種病理狀態(tài)的影響，受影響的心肌細胞分泌的外泌體可以通過其攜帶的特定蛋白質、脂質和核酸反映其疾病狀態(tài)，這使我們能夠及時準確地掌握疾病的臨床進展。從機制上來看，心肌細胞來源的外泌體主要是通過調節(jié)細胞因子、影響相關通路等方式對心臟產生影響（見表1）。

表1 心肌細胞來源的外泌體的有效成分及作用機制Table 1 Active components and mechanism of action of cardiomyocyte derived exosomes

2.1 加劇疾病進展

2.1.1 促進細胞死亡 心肌細胞來源的外泌體中含有許多不同種類的非編碼RNA，尤其是miRNA，它們可以通過靶向不同的凋亡基因來達到調節(jié)細胞凋亡的效果。然而，梗死后的心肌細胞分泌的外泌體中部分旁分泌因子的含量增加，這些外泌體被細胞攝取后，可能會進一步加重心肌損傷。例如，Caspase是一組在程序性細胞死亡和炎癥中起重要作用的半胱氨酸蛋白酶，可以選擇性地切割某些蛋白質，從而造成細胞凋亡[28]。一項研究表明，梗死心肌細胞分泌的外泌體中的miR-328-3p 含量顯著增加，該miRNA 可激活細胞內Caspase 的相關信號通路從而促進細胞凋亡[18]。梗死心肌細胞還能夠通過直接傳遞外泌體到相鄰的心肌細胞，促進其凋亡，進一步加重心肌梗死。類似的研究也證明，梗死心肌細胞外泌體中的miR-19a-3p富集，被內皮細胞吸收后可通過靶向缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）的表達抑制內皮細胞的增殖和血管生成，并減弱MI后小鼠的心臟功能[20]。

缺氧是MI 后心肌細胞凋亡的重要因素之一[29]。低氧環(huán)境還可以激活轉化生長因子β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）及其下游信號通路，從而調節(jié)心臟成纖維細胞（cardiac fibroblasts，CFs）的增殖和凋亡[30]。LncRNA 也在外泌體中發(fā)揮重要作用。缺氧暴露上調了心肌細胞和外泌體中LncRNA AK139128 的表達，并且該LncRNA在體外和體內均促進了CFs的細胞凋亡并抑制細胞增殖，從而加劇MI 后的心肌損傷[21]。

2.1.2 加劇炎癥 MI 后，心肌細胞的死亡會激活心肌組織的炎癥反應，而這種炎癥反應的嚴重程度和持續(xù)時間與心肌損傷的程度密切相關[2]。過度或過長的炎癥會促進細胞外基質（extracellular matrix，ECM）降解，導致心室擴張性重塑[31]，因此及時抑制炎癥反應是治療中極為重要的一環(huán)。從炎癥方面來看，MI后的心肌細胞分泌的外泌體對不同炎癥細胞都具有調控作用。MI 會暫時增加心臟內EVs 的產生，表現為外泌體和微泡，主要來源于心肌細胞和內皮細胞。積聚在缺血性心肌中的EVs 被浸潤的單核細胞迅速吸收后，單核細胞釋放趨化因子和炎性細胞因子調節(jié)并促進局部炎癥反應[32]。巨噬細胞在炎癥的進展中起著至關重要的作用[33]。在MI 后早期，M1 巨噬細胞被招募到梗死心肌中，表現出強烈的吞噬活性[34]。在動態(tài)的MI 后環(huán)境中，多種細胞因子和基質細胞蛋白都能夠調控巨噬細胞的表型變化[35-37]。MI 可導致心肌細胞發(fā)生鐵死亡，而鐵死亡的心肌細胞分泌的外泌體中由于miR-106b-3p 含量降低，導致Wnt 信號通路激活并促進心臟巨噬細胞M1極化，進一步加重心肌炎癥[22]。

2.1.3 促進心臟纖維化 心肌細胞外泌體還能夠影響心臟纖維化。心臟纖維化主要由活化的CFs 介導，是不利的心臟重塑，也是幾種不同形式的心臟損傷的結果[38]。缺氧心肌細胞將含有miR-208a 的外泌體分泌到纖維化心臟中的CFs中，促進CFs增殖和肌成纖維細胞分化，促進心臟纖維化，使心臟功能進一步惡化[23]。

2.2 緩解心臟受損

缺血或缺氧狀態(tài)下的心肌細胞分泌的外泌體能夠一定程度地減弱心臟功能，甚至加劇心肌損傷，但也存在部分與之情況相反的研究。例如，一項研究證明，缺血性心肌細胞分泌的外泌體可以保護心肌免受氧化誘導的損傷，并通過促進內皮細胞的增殖和萌芽來刺激新生血管的形成，缺血性外泌體中含量相對最豐富的miRNA——例如miR-222 和miR-143 可以部分概括其血管生成作用[24]。類似研究也表明，源自缺氧誘導的心肌細胞外泌體中的circHIPK3 通過靶向抑制miR-29a 活性使血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）表達增加，從而促進心臟內皮細胞的細胞周期進程，誘導細胞增殖、遷移和管形成[25]。

在炎癥方面，MI進展到后期時，具有抗炎和修復心肌作用的M2巨噬細胞占據主導地位[39]。研究表明，缺氧心肌細胞外泌體可以調節(jié)巨噬細胞極化為M2 巨噬細胞，從而減輕缺氧誘導的心肌細胞損傷[26]。但該研究并沒有識別和闡明缺氧心肌細胞外泌體介導巨噬細胞極化詳細的機制，還需要進一步的研究。

除了對心臟內細胞的影響，心肌細胞來源的外泌體對于體內其他細胞的影響也值得探究。一項體外研究發(fā)現，心肌細胞來源外泌體還能夠通過影響MSCs來修復受損心肌。CHEN等將缺血心肌細胞與MSC在體外共培養(yǎng)，發(fā)現來自缺血心肌細胞外泌體的LncRNA KLF3-AS1通過轉錄后調控正向介導STAT5B基因的表達，可誘導MSCs分泌胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）以挽救心肌損傷[27]。

總而言之，心肌細胞來源的外泌體具有加劇疾病進展和促進心肌修復的雙重作用，不僅能夠具體地反映MI對于心臟的影響機制，同時也為MI的治療靶點和治療性外泌體的來源提供了新的選擇。因此在未來的研究中，對于缺血/缺氧心肌細胞分泌的外泌體中的旁分泌因子的靶細胞及其具體作用還應進行進一步的研究，根據具體機制創(chuàng)造出相應的治療方法。

3 小結與啟示

MI患者的循環(huán)外泌體中有部分LncRNA的表達顯著升高，并且與心肌損傷標志物、預后炎癥標志物等臨床參數存在相關性[40]。從這個角度來看，心肌細胞來源的外泌體具有成為生物標志物的潛力，可能成為MI的監(jiān)測、診斷和預后強有力的新工具[41]。

從治療方面來看，干細胞療法在心血管疾病中的有效性已得到證實[42-43]，而基于外泌體的無細胞治療方法正在成為治療心血管疾病的新焦點。雖然到目前為止，還沒有正在進行的使用外泌體治療MI患者的臨床研究，但是多項臨床前動物實驗已經證明外泌體治療在MI動物模型中具有改善心功能、減輕炎癥反應以及減少細胞凋亡和自噬的潛力[44]。除了治療作用，外泌體的低毒性、免疫原性、生物相容性等眾多優(yōu)勢使其成為遞送藥物的有前途的天然載體，具有成為新一代納米型藥物載體的潛力[45]。我們相信外泌體有望在未來的臨床上得到應用。

綜合來看，接下來的研究不僅需要確定MI后心肌細胞來源的外泌體特定的分子貨物及其產生效應的機制，進一步深化對MI 的病理生理特點的認識；同時應該針對外泌體的生物特性，從治療效益、藥物遞送、生物標志物等多方面對其展開研究，為外泌體進入臨床使用奠定基礎。