外泌體在心血管疾病中作用研究進展

王茂欽 簡潔

【摘要】外泌體是細胞分泌直徑在40-160nm之間的膜性囊泡。外泌體通過轉移具有細胞特異性的生物分子（包括蛋白質和核酸）參與到心血管疾病病理過程。本文綜述了外泌體在心血管疾病中的作用機制，旨在為外泌體作為潛在治療心血管疾病藥物提供參考。

【關鍵詞】外泌體;心血管疾病;作用機制

基金項目：國家自然科學基金項目（82060659）; 廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA050035）

在世界范圍內，心血管疾病的發病率和死亡率居高不下。 干細胞因其具有多向分化潛能、抗凋亡及旁分泌等作用為干預心血管疾病提供新途徑。然而，細胞滯留率差和存活力低等問題在一定程度上限制了干細胞治療在臨床上的應用。外泌體是納米級脂質雙層囊泡，能攜帶多種生物活性分子（如：核酸、蛋白質和脂質等），并通過體液將其運輸到附近或遠端的靶細胞，從而調控靶細胞的功能。近年來，外泌體在心血管疾病方面的研究非常活躍，大量文獻報道了外泌體參與心血管疾病的病理生理過程。這提示我們闡明外泌體在心血管疾病中的作用機制，對了解心血管疾病病理生理過程具有重要的意義。

1、外泌體的生物發生

外泌體是細胞外囊泡（EVs）的一個亞群，直徑在40-160nm之間（平均約100nm）。外泌體發生過程始于細胞膜內吞作用形成早期內體，并最終成熟為晚期內體，即多泡體（MVB）。在成熟過程中，早期內體以向內出芽方式形成腔內囊泡 （ILV）并通過依賴轉運必需內體分選復合物（Endosomal Sorting Complex Required For Transport， ESCRT）或不依賴 ESCRT 的途徑把細胞特異性活性分子（如核酸、蛋白質、脂質等）整合到ILV。最后，含有大量腔內囊泡的MVBs與細胞膜融合，將ILVs釋放到細胞外空間成為外泌體。

2、外泌體與心肌肥大

心臟肥大是一種在有害刺激下保持心輸出量的代償機制，最終使壁張力恢復，從而應對最初的刺激。然而，長期刺激會引起慢性肥大并可能導致心力衰竭。心肌肥大的主要特征之一是心肌細胞大小的增加。

外泌體作為重要的旁分泌機制可正向或負向調節心肌細胞肥大。Chen等人報告：骨髓間充質干細胞（MSCs）衍生的外泌體能降低橫向主動脈縮窄小鼠的心臟重量/體重比并且改善其心功能。同樣，在體外實驗中，MSCs 衍生的外泌體還可以抑制血管緊張素 II 誘導的細胞肥大和凋亡。相反，Bang等發現心臟成纖維細胞的miR-21*通過外泌體傳遞到心肌細胞后，抑制了山梨糖和SH3結構域包含蛋白2（Sorbin And SH3 Domain-Containing Protein 2，SORBS2）和PDZ 和 LIM 結構域 5（PDZ And LIM Domain 5，PDLIM5）的表達，促進心肌細胞肥大。不同的是，miR-21*抑制劑可減輕心肌細胞肥大。雷帕霉素復合物（mTOR） 是一種調節細胞大小關鍵激酶復合物，而mTOR的激活也已被證明是心肌肥大的早期介質。羅格列酮通過刺激脂肪細胞的過氧化物酶體增殖物激活受體γ（Peroxisome Proliferators-Activated Receptor-γ，PPARγ）信號使外泌體能攜帶更多的miR-200a到心肌細胞，引起結節性硬化癥復合物 （TSC） 基因 TSC 1表達減少，并特異性激活mTOR信號通路，從而導致心肌細胞肥大。這提示我們外泌體可能參與心肌細胞病理性肥大發生發展過程。

3、外泌體與心肌纖維化

心肌過度纖維化是幾乎所有類型心臟病的主要問題，這歸因于心肌成纖維細胞的激活和過度增殖。近年的研究表明，外泌體可以通過調節成纖維細胞功能來改變心臟纖維化的命運。

最近一份研究顯示：血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）+辛伐他丁處理的心肌細胞分泌富含有核心蛋白聚糖（Decorin，DCN）外泌體。這些外泌體能夠抑制成纖維細胞活化成肌成纖維細胞、膠原相關蛋白的表達以及成纖維細胞的遷移，從而達到防止心肌纖維化的目的。Govindappa等發現，在高糖環境下，巨噬細胞衍生的外泌體能顯著促進小鼠心肌成纖維細胞增殖和纖維化反應。有趣的是，小鼠心肌注射RNA結合蛋白（HuR）敲低的巨噬細胞衍生的外泌體可消除上述不良影響并成功保留左心室功能。MMP9屬于基質金屬蛋白酶家族中的明膠酶類的一員，其活性異常將導致心肌膠原過度降解，從而引起心肌纖維化。在小鼠運動過程中，來源心臟和血清的外泌體能富集到更多的miR-29b和miR-455。這些miRNAs通過下調糖尿病小鼠的MMP9水平來抑制心肌纖維化。

4、外泌體與心肌梗死

心肌梗死是一種嚴重的冠狀動脈相關的疾病，主要由于心肌的血流突然完全或部分停止，導致心肌細胞死亡。

外泌體可以通過向靶細胞傳遞生物分子來影響心肌梗死后心肌血管生成和細胞凋亡。在體外實驗中，缺氧誘導心肌細胞產生的外泌體可以促進內皮細胞遷移、增殖和管形成。具體機制是富含circHIPK3的外泌體通過靶向心臟內皮細胞miR-29a/VEGFA通路，促進VEGFA表達，從而加速心梗后新生血管形成。在Chen等進行一項研究中，來源RIC大鼠血漿的外泌體能顯著促進心臟功能和血管生成，其具體機制是外泌體促進內皮細胞HSP70的表達，一方面HSP70蛋白水平的升高可增加G1期細胞百分比和細胞增殖，并抑制細胞調亡;另一方面促進血管生成相關分子（eNOS， iNOS， VEGF）的表達。

鐵死亡是一種以鐵依賴性脂質過氧化為標志的獨特形式的壞死性細胞死亡，同時也是心臟病發病的潛在機制。小鼠在心梗24h、48h后，心肌組織中的二價金屬離子轉運蛋白1（Divalent Metal Transport 1;DMT1）表達明顯上調，并且過表達DMT1能促進心肌細胞鐵死亡。進一步研究發現，人臍帶間充質干細胞能夠分泌含有miR-23a-3p的外泌體，靶向心肌細胞后，通過抑制DMT1的表達，從而降低心肌細胞鐵死亡保護心臟。

5、外泌體與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（AS）是一種普遍存在的慢性炎癥性血管疾病。動脈粥樣硬化的發展與內皮功能障礙，血管平滑肌細胞（VSMC）過度增殖和巨噬細胞遷移密切相關。

Chen等將MSCs來源的外泌體與經過氧化低密度脂蛋白 （ox-LDL）處理的內皮細胞共孵育后，促進內皮細胞的增殖，其作用機制是MSCs分泌富含miR-512-3p的外泌體，靶向內皮細胞后，抑制Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1（Kelch Like ECH Associated Protein 1，KEAP1）的表達，從而限制內皮細胞的功能障礙。組織蛋白酶S（Cathepsin S，CTSS）是一種溶酶體半胱氨酸蛋白酶，通過介導細胞外基質蛋白質降解、蛋白質運輸和細胞信號傳導，進而參與動脈硬化的發病機制。源自樹突狀細胞外泌體通過轉移miR-203-3p進入吞噬細胞，削弱CTSS的表達，降低吞噬細胞的遷移和其衍生的泡沫細胞，減輕AS進展。不同的是，另一項研究則顯示尼古丁刺激巨噬細胞分泌含miR-21-3p的外泌體，當外泌體進入血管平滑肌細胞后，miR-21-3p通過靶向磷酸酶及張力蛋白同源基因（Phosphatase And Tensin Homolog，PTEN） 促進 VSMC 遷移和增殖，從而加速AS進展。

6、展望

外泌體是一種細胞來源的囊泡，具有不同的細胞成分，它不僅反映了親本細胞的信息，而且還影響著疾病的進展。雖然外泌體在心血管疾病的治療方面具有巨大的潛力，但最終轉化為臨床實踐還需要進一步的探索。為突破臨床轉化的瓶頸，我們首先需要研發高純度、低成本和大規模的外泌體分離技術。其次，外泌體的治療作用主要取決于內容物的含量，因此優化表征內容物的方法也是重中之重。近年來，外泌體分離、表征和分析技術的發展極大地鼓舞著一大批研究員和臨床醫生參與到外泌體作為治療心血管疾病藥物的研發當中，所以我們有理由相信外泌體在心血管疾病的作用機制和臨床應用將迎來更加美好的未來。

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作者簡介：王茂欽，1995-10，男，漢 ，廣東雷州，碩士在讀，研究方向：心肌缺血損傷的藥物干預及分子機制