腎細胞外泌體的研究進展

馬榮麗，李勇敏*，譚小寧，羅 吉，呂 元，羅 燕

(1.湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208;2.湖南省中醫藥研究院附屬醫院，湖南 長沙 410006)

腎細胞外泌體的研究進展

馬榮麗2，李勇敏2*，譚小寧2，羅 吉2，呂 元2，羅 燕2

(1.湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208;2.湖南省中醫藥研究院附屬醫院，湖南 長沙 410006)

外泌體(Exosomes)是一種細胞分泌的，攜帶大量活性物質，傳遞細胞間通信的納米囊泡。腎細胞外泌體參與腎臟再生、修復及腎小管細胞間交流，調控骨細胞生長，在腎病的進展、控制及腎腫瘤中扮演重要角色，有作為腎臟疾病靶向治療劑的潛力。尿液外泌體含有慢性腎病、糖尿病腎病、腎纖維化及腎腫瘤等潛在的標志物。腎臟作為機體重要器官，其外泌體(包括尿外泌體)的研究方興未艾，現對其研究進展做一總結。

腎細胞外泌體；生物學功能；標志物；分子學診斷；靶向治療

幾乎所有細胞會釋放膜結合的囊泡(extracellular vesicles,ECVs)，這些囊泡被分為：微泡、凋亡小體、外泌體(exosomes)[1]。細胞內吞泡膜向內凹陷形成多泡內涵體，內涵體與細胞膜融合后釋放其中的小囊泡，直徑30～100 nm為外泌體[2]。最初，這些囊泡被認為是細胞的“垃圾”，后來證明它們在生物體內的細胞間和系統（體液）水平通訊中起重要作用[3]。各種生物細胞，包括真核生物和原核生物細胞釋放各自不同的外泌體，在血液、精液、唾液和尿液等中可檢測到部分外泌體[2]。外泌體從特定的膜區域被釋放，選擇性的攜帶母細胞蛋白質，mRNA，miRNA，DNA及其他的細胞成分，具有母細胞特征、靶向性與強大生物功能三大特點[4-6]。與自分泌或者旁分泌信號相比，它是一種更高階的細胞間交流信號，能全面參與機體細胞新陳代謝，影響特定受體細胞的結構和功能[7]。

腎臟組織細胞有腎小管上皮細胞、腎小球內皮細胞、足細胞、腎實質細胞等，所有腎單位的細胞都可以分泌外泌體[8]，包括腎癌細胞。目前研究多集中在尿外泌體，其它并未多見。鑒于腎臟對機體的重要性，本文探討腎臟細胞外泌體的研究進展，現總結如下。

1 腎細胞外泌體的功能

1.1 腎細胞外泌體的生理作用

外泌體參與腎小管細胞之間的信息交流，外泌體從近端到遠端腎單位的轉移可能是先前未被認知的經腎通信系統。John J等[9]用外泌體特定的熒光蛋白標記5個腎近端小管上皮細胞，從細胞上清中分離得到熒光標記的外泌體，再與遠端小管和集合管細胞共培養，發現它們都攝取了熒光標記的外泌體。Kishore Kumar Jella等[10]認為其交流的機制可能是近端小管分泌的外泌體調控遠端小管和集合管細胞的上皮鈉通道(ENaC)。在這種交流的過程中，外泌體釋放功能性的蛋白和基因，調控臨近或者遠端細胞的功能影響疾病的發生發展[11]。

腎上皮細胞外泌體參與腎臟再生，可能調控骨細胞生長。上皮衍生的胞外體活化轉錄因子3（ATF3）mRNA通過抑制單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）誘導的巨噬細胞浸潤從而減輕腎缺血再灌注損傷[12]。為了探索中醫“腎主骨”理論的現代分子學機制，本課題組從人近曲小管上皮細胞HK-2中分離外泌體與人成骨細胞共培養，發現外泌體在體外能靶向成骨細胞，調控骨細胞生長，具體機制正在進一步研究[4]。

1.2 腎細胞外泌體與腎臟疾病

來源于腎臟的外泌體在腎病的進展、控制及腎腫瘤發展方面扮演了重要的角色。張偉等[13]研究發現在缺氧條件下，腎小管細胞分泌外泌體增加，缺氧誘導因子(HIF-1)介導分泌的外泌體對腎小管細胞具有保護作用，而來自HIF-1α敲低細胞的外泌體對細胞的保護作用喪失。Zhou XJ等[14]研究提示腎近端小管上皮細胞外泌體在上皮細胞傷口愈合中起對抗作用，腎小管細胞刮傷后，外泌體的產量增加，表皮生長因子(EGF)及其受體(EGFR)的激活可以促進傷口愈合，減少外泌體的釋放。Gildea JJ等[9]在多巴胺的受體激動劑非諾多泮降壓機制的研究中發現，腎小管上皮細胞經非諾多泮刺激后產生外泌體增加，外泌體從近端小管轉移到遠端小管和集合管，降低受體細胞活性氧的產率，從而使血壓保持穩定。除了有益作用外，外泌體還被發現有負面作用。Wu XM等[15]研究糖尿病腎病(DN)中外泌體的潛在作用，發現高糖處理的腎小球內皮細胞(GECs)分泌的外泌體相比正常情況下分泌的外泌體更多，外泌體中富含更高的 TGF-β1mRNA，再通過TGF-β1/Smds3信號通路促進腎小球細膜細胞(GMCs)增殖，及α-SMA蛋白和細胞外基質蛋白的過度表達，促進腎纖維化。因此，外泌體可作為預防和治療DN的新靶點。某些損傷的近端腎小管上皮細胞外泌體在缺氧性腎纖維化模型小鼠單側輸尿管梗阻后產生可以啟動組織修復/再生反應，激活成纖維細胞，導致纖維化[16]。在之前有研究證明腎小管刷狀緣衍生的100 nm的外膜囊泡能誘導草酸鈣結晶導致腎結石[17]。

腎癌細胞衍生的外泌體操控周圍微環境，促進血管形成、侵襲和轉移以及逃避免疫監視。張龍等[18]用786-0腎癌細胞外泌體處理人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)，檢測肝細胞粘附分子(hepaCAM)與血管內皮生長因子(VEGF)的 mRNA和蛋白表達，發現腎癌細胞外泌體通過下調hepaCAM和上調VEGF的表達促進腫瘤血管生成。Kengo Horie等[19]發現HIF-1誘導碳酸酐酶9(CA9)在多種類型的癌癥包括腎細胞癌(RCC)中過度表達，繼而從轉染了CA9的細胞中分離外泌體發現這些CA9外泌體有促進血管生成的作用。NK細胞是一個重要的抗腫瘤效應細胞，能直接殺傷靶細胞。Xia Y等[20]發現腎透明細胞癌(ccRCCs)外泌體通過調控TGF-β/SMAD信號通路誘導腫瘤浸潤性NK細胞功能障礙，從而逃避宿主的免疫監視，表明外泌體有ccRCC免疫靶向治療的潛力。楊林等[21]發現腎癌ACHN細胞來源的外泌體能促進自身細胞增殖，抑制其凋亡，篩除腎癌微環境中的exosomes或抑制其功能，可能成為腎癌治療的新方法。張堯等[22]研究發現來自白細胞介素-12錨定修飾腎癌細胞的外泌體帶有增強免疫和抗腫瘤作用的腫瘤排斥抗原，如腎癌細胞相關的抗原G250G和PI-IL-12，exosomes-GPI-IL-12明顯促進T細胞的增殖，增加IFN-γ釋放。EXOs/IL-12刺激可誘導抗原特異性細胞毒性T淋巴細胞（CTLs），在體外有更顯著的細胞毒作用，開創了一種基于外泌體疫苗治療腎細胞癌的新策略。

1.3 腎細胞外泌體的分子研究

腎細胞外泌體內容物在正常和疾病狀態下有差異。Wang X等[23]研究了人原代腎小管上皮細胞(PTEC)外泌體在正常和炎癥及缺氧(與慢性腎病相關)狀態下外泌體miRNA和蛋白種類表達水平的差異，發現在疾病狀態下，外泌體標志性蛋白CD9，CD63，CD81的表達量增加，炎癥狀態下has-miR-200a，has-miR-222，has-miR-204表達明顯升高，缺氧條件下has-mi R-3182，has-miR-4448 表達升高 ，has-miR-7641 表達下調 。蛋白質組學分析了外泌體536種蛋白，其中212種在這三種狀態下均存在 ，72種只有在炎癥狀態下被發現，53種在缺氧條件下獨有。Dang VD等[24]對外泌體的亞型進行了分子比較，用脂質組學和蛋白質組學對小鼠皮質集合管頂端質膜和基底質膜衍生的外泌體進行了分析，發現它們在蛋白和脂質方面都存在著差異，這將有助于理解外泌體的生物起源，反應其特定的生物通路。以上結果為腎細胞外泌體的研究起到了拋磚引玉的作用。

2 腎細胞外泌體與腎病診斷和治療

2.1 腎細胞外泌體的分子學診斷

泌尿系統外泌體可視為一個潛在的診斷工具，其標志物與功能是目前研究的熱點。Alberto Benito-Martin等[25]發現腎小管上皮細胞和尿液外泌體中包含TNF受體超家族糖蛋白osteoprotegerin(OPG)，一種與凋亡相關的基因，在糖尿病腎病中高表達。提示腎小管上皮細胞和尿液外泌體OPG可作為慢性腎病的診斷指標。Anne E.Turco等[26]在尿液中檢測到腎實質細胞分泌的外泌體，女性尿液外泌體多于男性。隨著年齡增加腎小球旁細胞和足細胞外泌體的標志物減少；腎肥大患者腎小球系膜細胞、集合管細胞和單核細胞的外泌體標志物減少；腎硬化患者上述細胞及近端小管、遠端小管上皮細胞外泌體的標志物更少，但是腎盂上皮細胞外泌體的標志物與腎肥大和硬化沒有關聯。因此腎實質特定細胞外泌體標志物能診斷早期腎臟疾病。Lv LL等[27]發現尿液外泌體miR-29c的表達與腎功能和腎組織纖維化密切相關，可以作為腎纖維化的診斷指標。E.E.Morrison等[28]對不同腎臟疾病發生過程中尿液外泌體標志物進行了總結，比如尿外泌體胎球蛋白-A、活化轉錄因子-3是急性腎損傷的標志物；腎母細胞瘤WT-1基因的表達增高與腎小球硬化有關；Podocalyxin在尿外泌體中表達升高是糖尿病腎病和IgA腎病的標志物等。尿液外泌體不僅能夠檢測異常細胞、蛋白質、核酸和母細胞來源的相關特異信息，且取樣安全簡單、樣本量大；更能避免組織活檢的創傷性及潛在的并發癥風險，是腎病診斷的有力工具。

2.2 腎細胞外泌體靶向治療腎臟疾病

Wilna Oosthuyzen等[29]研究發現血管加壓素能夠刺激熒光標記的自身外泌體進入到腎集合管mCCDc11細胞株和原代細胞中，轉運miRNA，改變受體細胞的基因表達譜，在中樞性尿崩癥病人中，去氨加壓素減少了腎小球和近端小管細胞外泌體的排泄，提示外泌體可作為RNA治療載體，能靶向腎臟特定細胞。Jesus H.Dominguez等[30]發現腎小管細胞外膜囊泡能加速大鼠腎缺血再灌注損傷模型的恢復，通過靜脈注射外膜囊泡24 h和48 h后，能明顯改善腎功能、腎小管損傷、4-羥基萘酮加合物形成、中性粒細胞浸潤、纖維化等，具有潛在的臨床應用價值。

3 展望

外泌體是生物醫學界近年研究的熱點之一，作為機體細胞與系統間的通信工具，調控機體的生理病理過程。中醫腎被稱為“先天之本”，可見腎細胞外泌體對機體生老病死調控的重要性。腎細胞外泌體的分泌、靶向、調控等研究缺乏系統理論指導，能否借鑒中醫臟腑理論是一個有趣的挑戰。

可以認為尿外泌體歸為腎細胞外泌體的一種，它不僅是各種疾病的生物標志物，更能作為疾病的非侵入式診斷工具，為疾病特別是腫瘤的發生、發展、治療全過程提供監測，估計疾病的嚴重程度、病情發展、治療效果、術后并發癥等等。

外泌體作為藥物和疫苗是藥物學家最關心的問題。外泌體的靶向性，低免疫性和細胞毒性，將特定功能性物質加載到外泌體中，有望達到真正的精準醫療。且外泌體帶有母細胞特征，作為疫苗具有得天獨厚的優勢。總體來說，腎細胞外泌體的研究難度大，落后其它細胞外泌體的研究。根據中醫臟腑理論，本文提出是否腎細胞外泌體對遠端骨組織細胞有特定的靶向調控作用，將為探索腎細胞外泌體的靶向功能研究打開另一扇窗戶。

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（本文編輯 匡靜之）

Research Progress of the Renal Cell Exosomes

MA Rongli2， LI Yongmin2*， TAN Xiaoning2， LUO Ji2， LV Yuan2， LUO Yan2
(1.Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China;2.The Affiliated Hospital of Hunan Academy of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410006,China)

Exosomes are small-sized nanovesicles secreted by cells,which carries a large number of active substances and transfers intercellular communication.Renal cell exosomes has the potential as a therapeutic agent for kidney disease,which are involved in kidney regeneration,repair and communication between renal tubule cells,regulating the growth of bone cells,plays an important role in the progression and control of kidney disease.Urinary exosomes contain potential markers such as chronic kidney disease,diabetic nephropathy,renal fibrosis,and kidney tumors.The research progress of exosomes(including urinary exosomes)of kidney,as an important organ,is summarized in this paper.

renal cell exosomes;biological functions;biomarker;molecular diagnostics;targeted therapy

R223；R446

A

10.3969/j.issn.1674-070X.2017.11.030

本文引用：馬榮麗，李勇敏，譚小寧，羅 吉，呂 元，羅 燕.腎細胞外泌體的研究進展[J].湖南中醫藥大學學報，2017，37（11）：1291-1294.

2016-07-27

國家自然科學基金面上項目（81774163）；湖南省研究生科研創新項目（CX2016B374）。

馬榮麗，女，在讀碩士研究生，研究方向：中醫藥治療腫瘤轉移的機制。

*李勇敏，男，研究員，碩士研究生導師，E-mail:lym0937@126。