外泌體在心肌梗死治療中的作用研究進展

蔡婉垠 楊 簡 范致星 王輝波 曾 萍

(三峽大學心血管病研究所 三峽大學第一臨床醫學院心內科，湖北 宜昌 443003)

外泌體在心肌梗死治療中的作用研究進展

蔡婉垠 楊 簡 范致星 王輝波 曾 萍

(三峽大學心血管病研究所 三峽大學第一臨床醫學院心內科，湖北 宜昌 443003)

心肌梗死(MI)；外泌體

心肌梗死(MI)是冠心病的嚴重類型,它可造成心肌細胞不可逆的損傷和喪失，最終導致心力衰竭，甚至引起死亡。MI發病率呈逐年漸上升趨勢，死亡率也極高，MI及其相關并發癥對社會和衛生保健系統都構成了巨大威脅。盡管在MI急性期進行以下治療可減輕心肌損傷，比如：冠狀動脈搭橋術、冠狀動脈球囊擴張術和藥物溶栓治療，但為了完善MI急性期治療方案，提高患者生活質量，仍有必要探尋新的治療方法。近年來，人們發現用干細胞治療MI能恢復心臟組織體積并延緩心力衰竭〔1〕。大多數研究表明，間充質干細胞(MSC)對MI的治療作用是通過旁分泌因子介導的〔2〕，干細胞通過旁分泌方式釋放可溶性因子，促進心臟組織再生和修復〔3〕。外泌體是MSC通過旁分泌方式產生的主要介質〔4〕，它能減小MI面積、改善梗死后的心臟功能，其作為一種心臟保護因子將成為MI治療的新希望。結合近年來有關外泌體的主要研究，本文總結歸納了外泌體在治療MI中的作用及相關機制，并對外泌體在臨床研究中的相關結果進行簡要介紹。

1 外泌體簡介

上世紀80年代中期，Johnstone〔5〕第1次報道網織紅細胞釋放的轉鐵蛋白受體與小的質膜囊泡有關，這種通過胞吐作用產生的小泡在100 000 g超速離心90 min時被發現并被命名為外泌體。細胞可分泌多種囊泡，外泌體是其中之一，其他分泌囊泡還包括微泡、核外粒體、顆粒膜、外泌體樣小泡和凋亡小體。研究表明，外泌體是由多種不同類型的細胞分泌的，包括內皮細胞、成纖維細胞、肥大細胞、T細胞、血小板、施萬細胞、腫瘤細胞和精子〔6〕。它們也在體液中被發現，比如尿液、 母乳、唾液以及支氣管灌洗液〔7〕。

外泌體直徑為40～100 nm，在蔗糖溶液中的濃度為1.13～1.19 g/ml,可以在100 000 g時沉淀。外泌體膜上有豐富的膽固醇、鞘磷脂和神經酰胺，其中包含多種蛋白質和RNA，大多數外泌體都有一套進化上相對保守的蛋白質，包括4次跨膜蛋白超家族(CD81、CD63、CD9)、細胞程序性死亡相關基因-2相互作用蛋白X(Alix)和腫瘤易感基因(Tsg)101，它們都有獨特的組織/細胞特異性蛋白，利用這些蛋白可以反映出它們的細胞來源。MSC是一種成人干細胞，起源于中胚葉，它們在治療包括MI、肝纖維化、活性氧損傷以及腎損傷在內的組織損傷中有巨大潛能，不同組織來源的MSC在心肌損傷中的治療效果相似，研究表明，MSC的治療作用可能由其分泌的外泌體來實現，并提示用外泌體代替MSC治療可能避免MSC造成的潛在風險(在心臟再生治療中，MSC的應用有免疫反應性和致瘤性)，因此，用外泌體代替MSC治療MI將為心臟再生治療提供新思路〔7〕。

2 外泌體在MI中的作用及機制

心肌組織能釋放外泌體，外泌體出現在MI的邊緣區，可以介導內皮細胞、平滑肌細胞、心肌細胞、干細胞和成纖維細胞之間的信息傳遞，MI發生后，外泌體在細胞間近距離和遠距離的信號傳遞中起重要作用〔6〕。

2.1 外泌體通過增加ATP產生、減少氧化應激和誘導PI3K/Akt信號通路發揮抗MI作用 在再灌注1 h內，外泌體能極大增加心臟組織中ATP和NADH的水平，這是由外泌體中的糖酵解酶使糖酵解增強引起的，因此，外泌體能為受損的心肌提供能量，從而使心功能在一定程度上得到改善；外泌體中含有抗氧化劑，如：抗氧化蛋白和谷胱甘肽-S-轉移酶，它們能補充缺血再灌注損傷心肌中耗盡的抗氧化劑，因此可減輕心肌細胞氧化損傷；外泌體中存在具有酶活性的CD73，它被證明是細胞外腺嘌呤核苷酸釋放的腺苷形成的主要酶，它能利用胞外的ATP產生腺苷，從而激活再灌注損傷挽救激酶(RISK)信號通路并增強心肌活力，RISK中PI3K/Akt通路在限制再灌注損傷中具有重要意義，故外泌體能減輕再灌注損傷〔2〕。

2.2 外泌體能減少白細胞浸潤 臨床研究中表明MI面積與白細胞計數呈正相關〔8〕，外泌體應用后白細胞計數減少，這可能是心肌損傷程度降低導致的〔2〕，由此可以得出MI面積的減少和心功能的改善與用外泌體處理后導致的低白細胞有關。

2.3 外泌體介導細胞之間的信息傳遞 當用心臟祖細胞(CPC)和缺氧誘導因子(HIF)-1處理心肌細胞時，心功能得到改善，高表達HIF-1的血管內皮細胞釋放的外泌體能被梗死區植入的CPC攝取，增加了CPC中miR-126和miR-210的水平，這表明miRNA可以通過外泌體來傳輸并參與細胞間通訊。在糖尿病小鼠試驗模型中，由心肌細胞釋放的富含miR-320的外泌體能夠被內皮細胞攝取。多數試驗表明，外泌體能向受體細胞傳送蛋白質和遺傳信息〔6〕。因此，細胞可以通過外泌體將信號傳遞給受體細胞，從而介導細胞之間的信號傳遞。

3 MSC分泌的外泌體在MI治療效果中的研究

試驗模型中，用外泌體處理缺血再灌注小鼠后，極大地減小了小鼠MI面積〔9〕。Arslan等〔2〕表明，在急性MI小鼠模型中，胚胎干細胞(ESC)來源的MSC分泌的外泌體能改善心臟功能。受MSC分泌的胞外小泡(EVs)作用后，人類的臍靜脈內皮細胞可發生增殖和遷移，同時在AMI小鼠模型中，注射MSC分泌的EVs能極大減小梗死面積、恢復心臟功能、刺激血管生成〔10〕。缺血預處理的小鼠MSC分泌的外泌體中含有大量的miR-22，將其作用于AMI小鼠后，這種富含miR-22的外泌體通過下調甲基化CpG結合蛋白2發揮抗心肌凋亡作用〔11〕。

離體試驗表明，在缺氧情況下，MSC釋放的富含趨化因子受體(CXCR)4的外泌體轉入心肌細胞后，增加了心肌細胞存活率，這與PI3K/Akt信號通路的激活有關；在體實驗表明，富含CXCR4的外泌體預處理心肌細胞后，促進了血管生成，并表明之后的心功能得到改善，缺氧條件下，高表達CXCR4的MSC增強了促血管生成因子的釋放和內皮細胞分化〔12〕。Yu等〔13〕表明，高表達GATA4(一種轉錄因子)的MSC釋放更多的生長因子和促進內皮細胞介導的血管生成，富含GATA4的外泌體高表達不同種類的miRs,尤其是抗凋亡的miRs，用富含GATA4的外泌體和不含GATA4的外泌體培養心肌細胞，發現富含GATA4的外泌體培養的心肌細胞中miRs含量明顯增加，而后者無明顯增加，缺氧環境下，高表達GATA4不僅能促進MSC向心肌細胞分化，而且能增加MSC存活率、減少心肌細胞凋亡、增加血管生成并改善心臟功能。

4 總結與展望

外泌體是由體內多種細胞分泌的一種囊泡，囊泡內包含多種不同的具有生物活性的蛋白質和RNA，外泌體可參與細胞間的相互作用，比如免疫反應、信息傳遞和抗原呈遞，MSC分泌的外泌體能通過增加心肌細胞ATP的產生、減少氧化應激和誘導PI3K/Akt信號通路、減少白細胞浸潤和介導細胞間的信息傳遞來發揮抗心肌凋亡和改善心功能的作用，是MI患者輔助治療的新希望。而且，MI后外泌體相關數據的檢測能作為疾病評估和預后判斷的一個新指標。外泌體能用于MI的治療，但目前關于外泌體治療MI有效性和安全性的試驗仍不足，因此，還需要進行更大規模和更高質量的前瞻性的隨機臨床試驗，來肯定外泌體治療MI的價值。

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2 Arslan F,Lai RC,Smeets MB,etal.Mesenchymal stem cell-derived exosomes increase ATP levels,decrease oxidative stress and activate PI3K/Akt pathway to enhance myocardial viability and prevent adverse remodeling after myocardial ischemia/reperfusion injury〔J〕.Stem Cell Res,2013;10(3):301-12.

3 Gnecchi M,Zhang Z,Ni A,etal.Paracrine mechanisms in adult stem cell signaling and therapy〔J〕.Circ Res,2008;103(11):1204-19.

4 Lai RC,Chen TS,Lim SK.Mesenchymal stem cell exosome:a novel stem cell-based therapy for cardiovascular disease〔J〕.Regen Med,2011;6(4):481-92.

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6 Yuan MJ,Maghsoudi T,Wang T.Exosomes mediate the intercellular communication after myocardial infarction〔J〕.Int J Med Sci,2016;13(2):113-6.

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8 Chia S,Nagurney JT,Brown DF,etal.Association of leukocyte and neutrophil counts with infarct size,left ventricular function and outcomes after percutaneous coronary intervention for ST-elevation myocardial infarction〔J〕.Am J Cardiol,2009;103(3):333-7.

9 Lai RC,Arslan F,Lee MM,etal.Exosome secreted by MSC reduces myocardial ischemia/reperfusion injury〔J〕.Stem Cell Res,2010;4(3):214-22.

10 Bian S,Zhang L,Duan L,etal.Extracellular vesicles derived from human bone marrow mesenchymal stem cells promote angiogenesis in a rat myocardial infarction model〔J〕.J Mol Med(Berl),2014;92(4):387-97.

11 Feng Y,Huang W,Wani M,etal.Ischemic preconditioning potentiates the protective effect of stem cells through secretion of exosomes by targeting Mecp2 via miR-22〔J〕.PLoS One,2014;9(2):e88685.

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13 Yu B,Kim HW,Gong M,etal.Exosomes secreted from GATA-4 overexpressing mesenchymal stem cells serve as a reservoir of anti-apoptotic microRNAs for cardioprotection〔J〕.Int J Cardiol,2015;182(3):349-60.

〔2016-11-19修回〕

(編輯 李相軍)

國家自然科學基金(81470387)

楊 簡(1982-)，男，博士，副主任醫師，碩士生導師，主要從事冠心病研究。

蔡婉垠(1993-)，女，在讀碩士，主要從事冠心病研究。

R714.252

A

1005-9202(2017)09-2313-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.09.108