外泌體與組織纖維化關系的研究進展

胡兆勇 劉艷麗 謝賽飛 鄭玲 譚勁

[摘要] 組織纖維化是實質細胞發生壞死減少、纖維結締組織增多的病理過程，可導致組織器官結構破壞、功能喪失，進而威脅人類健康和生命。外泌體是幾乎所有細胞都能分泌的微小囊泡，攜帶了細胞內mRNA、蛋白質等多種物質，介導細胞間通訊并參與多種生物過程。近年來，關于外泌體和纖維化關系的研究越來越多。本文主要從外泌體調控纖維化、作為診斷纖維化的生物學標志物及治療靶點方面進行綜述。

[關鍵詞] 組織纖維化;外泌體;調控;生物學標志物;治療靶點

[中圖分類號] R963? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）05（c）-0034-04

Research progress on the relationship between exosomes and tissue fibrosis

HU Zhaoyong1? ?LIU Yanli2? ?XIE Saifei3? ?ZHENG Ling3? ?TAN Jin3▲

1.Anatomy Experiment Center， Medicine School， Hu′nan University of Chinese Medicine， Hu′nan Province， Changsha? ?410208， China; 2.Department of Diagnostics， Medicine School， Hu′nan University of Chinese Medicine， Hu′nan Province， Changsha? ?410208， China; 3.Department of Stomatology， the First Hospital of Hu′nan University of Chinese Medicine， Hu′nan Province， Changsha? ?410007， China

[Abstract] Tissue fibrosis is a pathological process in which the necrosis of parenchymal cells is reduced and the fibrous connective tissue is increased， which can lead to the destruction of tissue and organ structure and loss of function， even threaten the health and life of human. Exosomes are tiny vesicles that can be secreted by almost all cells， carrying intracellular mRNA， protein and other substances， mediating intercellular communication and participating in various biological processes. In recent years， there have been more and more studies on the relationship between exosomes and fibrosis. This article mainly reviews from the perspective of exosomes regulating fibrosis， as biological markers for diagnosing fibrosis and therapeutic targets.

[Key words] Tissue fibrosis; Exosomes; Regulation; Biological markers; Therapeutic targets

纖維化是組織損傷后實質細胞發生壞死減少、纖維結締組織增多的病理過程。纖維結締組織增生，不具備實質細胞的結構和功能，導致器官結構破壞、功能喪失，進而威脅人類健康和生命。因此，探討纖維化的發病機制、阻斷纖維化的進程、尋找治療纖維化的靶點具有重要意義。外泌體是一種幾乎所有細胞在正常及病理狀態下均可分泌的盤狀微小囊泡，具有脂質雙分子層膜結構，存在于身體內各種體液中，包括血液、尿液、唾液等[1]，直徑為40～100 nm，密度為1.10～1.18 g/mL。外泌體的形成共經歷3個過程[2]：內吞-融合-外排。在形成過程中，外泌體可表達多種表面分子，并包裹來源于細胞胞漿內的蛋白質、mRNA、miRNA、lncRNA等多種物質[1]。還可通過轉移遺傳信息介導細胞通訊，在正常生理及異常病理過程中發揮重要的生物學作用[3]。越來越多研究顯示，外泌體與組織纖維化關系密切。本文對外泌體調控組織纖維的機制及作為診斷纖維化的生物學標志物和治療靶點進行綜述。

1 外泌體調控組織纖維化

研究顯示[4]，各種刺激（包括感染、自身免疫反應、毒素、輻射和外傷）引起組織損傷后，上皮細胞會增加外泌體分泌。而外泌體攜帶的轉化生長因子β1（TGF-β1）mRNA能激活成纖維細胞，促進成纖維細胞中α-平滑肌肌動蛋白表達、F-肌動蛋白表達和Ⅰ型膠原蛋白生成，進而發生纖維化。外泌體通過攜帶相關miRNA來調節上皮間質轉化（EMT）信號傳導途徑以發揮作用[5]，也可通過調控TGF-β信號通路、β-catenin/NF-κB/Snail信號通路、Wnt信號通路等介導EMT的發生，影響纖維化[6-8]。

肝臟纖維化是指因炎癥刺激等原因產生過量的細胞外基質（ECMs）并沉積的病理過程，而肝星狀細胞的激活是肝纖維化發生的中心環節。外泌體miR-214可抑制肝星狀細胞表達結締組織生長因子CCN2（CTGF/CCN2），表達下降能夠促進肝纖維化[9]。此外，脂肪來源的間充質干細胞（ADSCs）分泌的富含miR-181-5p的外泌體可以通過抑制大鼠HST-T6細胞系中纖維化相關STAT3/Bcl-2/Be-clin1信號通路激活肝星狀細胞自噬，使膠原纖維的表達降低，緩解肝纖維化[10]。Li等[11]研究顯示，間充質干細胞釋放的外泌體可能通過下調TGF-β1及p-Smad2的表達，降低Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的生成，從而減少上皮間質轉化，減輕肝臟纖維化。

在腎纖維化的發生發展中，外泌體也起到重要作用。腎近端小管上皮細胞損傷后，釋放外泌體。外泌體攜帶TGF-β1 mRNA可激活腎間充質成纖維細胞，上調α-SMA、F-肌動蛋白和Ⅰ型膠原蛋白的表達，導致腎纖維化[4]。研究顯示[12]，脂肪間充質干細胞外泌體通過活化管狀上皮細胞依賴性Sox9促進腎小管再生，減輕急性腎損傷及腎纖維化。

值得注意的是，外泌體miR-425和miR-744在心肌纖維化的形成過程中扮演了重要角色[13]。研究顯示[14]，外泌體miR-425和miR-744可通過作用于TGF-β1的3′非翻譯區直接抑制受體蛋白的表達，抑制心肌纖維化形成。人臍帶間充質干細胞釋放的外泌體能夠通過阻斷TGF-β1/Smad2/3信號通路逆轉EMT過程，抑制心肌纖維化[15]。此外，Choi等[16]用人臍帶間充質干細胞釋放的外泌體干預肺纖維化的小鼠，發現人臍帶間充質干細胞可分化成Ⅰ型肺細胞并成功表達表面蛋白替代纖維化，被釋放的外泌體可減輕膠原堆積及肺纖維化的癥狀。

目前，外泌體與口腔黏膜下纖維化（OSF）的關系尚無研究報道。但有學者發現[17]，口腔鱗癌細胞株OSC-4來源外泌體miR-21表達水平高，而口腔黏膜上皮細胞外泌體內miR-21表達水平最低。miR-21可調控心臟等組織纖維化[18]。外泌體miR-21可能與口腔黏膜下纖維化的發生發展密切相關，未來可通過生物學信息學分析對miRNA進行靶基因預測及靶基因集GO、KEGG分析，結合體內外實驗，驗證外泌體miR-21通過介導靶基因及相關通路調控OSF的具體機制。

2 外泌體可作為診斷纖維化的生物學標志物

目前主要靠組織活檢進行組織纖維化的診斷，這對器官組織創傷大，且取材困難。因此，找到一種簡單無創的方法是迫切需要的。而體液中的外泌體最具診斷潛能，其攜帶了來自細胞內的miRNA、rRNA、蛋白質等多種物質，且可穩定表達。現階段，分離外泌體的技術已非常成熟，能對miRNA、蛋白質進行實時定量分析。本課題組提取了32例慢性腎臟病患者（已行腎穿刺活檢確診）和32名正常人尿標本的外泌體。研究發現，慢性腎臟病患者尿液中外泌體腎纖維化相關miRNA（miR-29及miR-200）水平較正常對照組明顯下降，提示miR-29a和miR-29c可以預測腎小管間質纖維化程度。研究結果顯示，miR-29a和miR-29c反映腎纖維化嚴重程度的特異性一致，然而miR-29c敏感度更高。提示，尿液外泌體miR-29c有望成為診斷腎纖維化的生物學標志物[19]，也有望作為狼瘡性腎炎早期腎纖維化的預測因子[20]。已有研究顯示[9]，肝纖維化或肝星狀細胞活化時，外泌體攜帶的miR-214表達明顯降低，推測其可能是潛在的診斷肝纖維化的生物學標志物。綜上所述，外泌體攜帶的miRNA等物質在纖維化組織和正常組織中的表達有差異，為外泌體可作為診斷纖維化的生物學標志物提供了理論依據。

3 外泌體可作為治療纖維化的有效靶點

外泌體在纖維化的發生發展中起著雙向調控作用，尤其是干細胞來源的外泌體能抑制纖維化，這為外泌體本身可以作為治療纖維化的靶點提供了理論依據。其次，外泌體可以成為向機體內靶向運輸多種藥物、蛋白質、核酸和基因治療劑及其他小分子的理想載體。與其他用于基因遞送的載體不同，外泌體具有獨特的優勢：外泌體膜（脂質雙分子層結構）可以保護目標RNA或者基因，避免直接接觸核糖核酸酶、蛋白酶等物質導致降解。外泌體能夠克服不良遞送的障礙，跨越生物屏障（如血腦屏障）完成外源性siRNA的有效遞送。值得注意的是，外泌體還能被靶細胞快速攝取[21-22]。這些特點使其能夠成為在細胞間運送RNA的天然物質及傳遞基因的有效載體。此外，外泌體介導的納米遞送需要通過完善分離、純化、負載、遞送和靶向方案進一步發展，可以填補當前基因治療的空白[23]。已有動物實驗證實[24]，外泌體在攜帶RNA靶向治療肝臟疾病方面擁有巨大潛力。已有研究將外源性基因siRNA導入外泌體，利用外泌體進行外源性基因的靶向遞送，實現基因治療[3]。如Wang等[25]研究顯示，過表達miR-Let7c-間充質干細胞（miR-Let7c-MSC）通過釋放含有外源性miR-Let7c的外泌體選擇性地將miR-let7c遞送至受損的腎細胞，抑制促纖維化因子Ⅰ型膠原蛋白、MMP-9、TGF-β1和TGF-β1型受體（TGF-βR1）的表達，抑制纖維化。當然，在外泌體真正應用于治療人類疾病前應解決標準化及質控問題。目前，仍缺乏將特定蛋白質試劑加載到外泌體中被靶細胞吸收的有效方法，針對纖維化的外泌體治療還需大量臨床試驗進行驗證。

總之，外泌體在組織纖維化的發生發展中起到雙向調控作用，受母細胞種類及所處環境的影響。與正常組織細胞體液中外泌體比較，組織纖維化患者體液中外泌體攜帶的miRNA、人、RNA、蛋白質等多種物質的表達有差異性。隨著外泌體檢測技術的不斷提升，體液外泌體活檢法有望成為確診纖維化的簡單無創的新技術。在治療纖維化方面，外泌體擁有天然運輸物質的優點，即固有的長期循環能力和優異的生物相容性，外泌體既可直接作為抑制纖維化的有效靶點，也可作為載體運輸藥物、蛋白質、miRNA、siRNA等。未來，外泌體作為藥物遞送載體具有重大潛力。

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（收稿日期：2020-02-24? 本文編輯：王曉曄）