外泌體在心血管疾病中作用研究進(jìn)展

王茂欽 簡潔

【摘要】外泌體是細(xì)胞分泌直徑在40-160nm之間的膜性囊泡。外泌體通過轉(zhuǎn)移具有細(xì)胞特異性的生物分子（包括蛋白質(zhì)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(jī)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(guān)鍵詞】外泌體;心血管疾病;作用機(jī)制

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

在世界范圍內(nèi)，心血管疾病的發(fā)病率和死亡率居高不下。 干細(xì)胞因其具有多向分化潛能、抗凋亡及旁分泌等作用為干預(yù)心血管疾病提供新途徑。然而，細(xì)胞滯留率差和存活力低等問題在一定程度上限制了干細(xì)胞治療在臨床上的應(yīng)用。外泌體是納米級脂質(zhì)雙層囊泡，能攜帶多種生物活性分子（如：核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等），并通過體液將其運(yùn)輸?shù)礁浇蜻h(yuǎn)端的靶細(xì)胞，從而調(diào)控靶細(xì)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(xiàn)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(jī)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(fā)生

外泌體是細(xì)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(fā)生過程始于細(xì)胞膜內(nèi)吞作用形成早期內(nèi)體，并最終成熟為晚期內(nèi)體，即多泡體（MVB）。在成熟過程中，早期內(nèi)體以向內(nèi)出芽方式形成腔內(nèi)囊泡 （ILV）并通過依賴轉(zhuǎn)運(yùn)必需內(nèi)體分選復(fù)合物（Endosomal Sorting Complex Required For Transport， ESCRT）或不依賴 ESCRT 的途徑把細(xì)胞特異性活性分子（如核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等）整合到ILV。最后，含有大量腔內(nèi)囊泡的MVBs與細(xì)胞膜融合，將ILVs釋放到細(xì)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(jī)制，最終使壁張力恢復(fù)，從而應(yīng)對最初的刺激。然而，長期刺激會引起慢性肥大并可能導(dǎo)致心力衰竭。心肌肥大的主要特征之一是心肌細(xì)胞大小的增加。

外泌體作為重要的旁分泌機(jī)制可正向或負(fù)向調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞肥大。Chen等人報告：骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(shí)驗(yàn)中，MSCs 衍生的外泌體還可以抑制血管緊張素 II 誘導(dǎo)的細(xì)胞肥大和凋亡。相反，Bang等發(fā)現(xiàn)心臟成纖維細(xì)胞的miR-21*通過外泌體傳遞到心肌細(xì)胞后，抑制了山梨糖和SH3結(jié)構(gòu)域包含蛋白2（Sorbin And SH3 Domain-Containing Protein 2，SORBS2）和PDZ 和 LIM 結(jié)構(gòu)域 5（PDZ And LIM Domain 5，PDLIM5）的表達(dá)，促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大。不同的是，miR-21*抑制劑可減輕心肌細(xì)胞肥大。雷帕霉素復(fù)合物（mTOR） 是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞大小關(guān)鍵激酶復(fù)合物，而mTOR的激活也已被證明是心肌肥大的早期介質(zhì)。羅格列酮通過刺激脂肪細(xì)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(xì)胞，引起結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物 （TSC） 基因 TSC 1表達(dá)減少，并特異性激活mTOR信號通路，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大。這提示我們外泌體可能參與心肌細(xì)胞病理性肥大發(fā)生發(fā)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(xì)胞的激活和過度增殖。近年的研究表明，外泌體可以通過調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞功能來改變心臟纖維化的命運(yùn)。

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(xì)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(xì)胞活化成肌成纖維細(xì)胞、膠原相關(guān)蛋白的表達(dá)以及成纖維細(xì)胞的遷移，從而達(dá)到防止心肌纖維化的目的。Govindappa等發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下，巨噬細(xì)胞衍生的外泌體能顯著促進(jìn)小鼠心肌成纖維細(xì)胞增殖和纖維化反應(yīng)。有趣的是，小鼠心肌注射RNA結(jié)合蛋白（HuR）敲低的巨噬細(xì)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(zhì)金屬蛋白酶家族中的明膠酶類的一員，其活性異常將導(dǎo)致心肌膠原過度降解，從而引起心肌纖維化。在小鼠運(yùn)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(diào)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(yán)重的冠狀動脈相關(guān)的疾病，主要由于心肌的血流突然完全或部分停止，導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡。

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

鐵死亡是一種以鐵依賴性脂質(zhì)過氧化為標(biāo)志的獨(dú)特形式的壞死性細(xì)胞死亡，同時也是心臟病發(fā)病的潛在機(jī)制。小鼠在心梗24h、48h后，心肌組織中的二價金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Divalent Metal Transport 1;DMT1）表達(dá)明顯上調(diào)，并且過表達(dá)DMT1能促進(jìn)心肌細(xì)胞鐵死亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能夠分泌含有miR-23a-3p的外泌體，靶向心肌細(xì)胞后，通過抑制DMT1的表達(dá)，從而降低心肌細(xì)胞鐵死亡保護(hù)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(fā)展與內(nèi)皮功能障礙，血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）過度增殖和巨噬細(xì)胞遷移密切相關(guān)。

Chen等將MSCs來源的外泌體與經(jīng)過氧化低密度脂蛋白 （ox-LDL）處理的內(nèi)皮細(xì)胞共孵育后，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，其作用機(jī)制是MSCs分泌富含miR-512-3p的外泌體，靶向內(nèi)皮細(xì)胞后，抑制Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Kelch Like ECH Associated Protein 1，KEAP1）的表達(dá)，從而限制內(nèi)皮細(xì)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(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)降解、蛋白質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞信號傳導(dǎo)，進(jìn)而參與動脈硬化的發(fā)病機(jī)制。源自樹突狀細(xì)胞外泌體通過轉(zhuǎn)移miR-203-3p進(jìn)入吞噬細(xì)胞，削弱CTSS的表達(dá)，降低吞噬細(xì)胞的遷移和其衍生的泡沫細(xì)胞，減輕AS進(jìn)展。不同的是，另一項研究則顯示尼古丁刺激巨噬細(xì)胞分泌含miR-21-3p的外泌體，當(dāng)外泌體進(jìn)入血管平滑肌細(xì)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(jìn) VSMC 遷移和增殖，從而加速AS進(jìn)展。

6、展望

外泌體是一種細(xì)胞來源的囊泡，具有不同的細(xì)胞成分，它不僅反映了親本細(xì)胞的信息，而且還影響著疾病的進(jìn)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(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐還需要進(jìn)一步的探索。為突破臨床轉(zhuǎn)化的瓶頸，我們首先需要研發(fā)高純度、低成本和大規(guī)模的外泌體分離技術(shù)。其次，外泌體的治療作用主要取決于內(nèi)容物的含量，因此優(yōu)化表征內(nèi)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(shù)的發(fā)展極大地鼓舞著一大批研究員和臨床醫(yī)生參與到外泌體作為治療心血管疾病藥物的研發(fā)當(dāng)中，所以我們有理由相信外泌體在心血管疾病的作用機(jī)制和臨床應(yīng)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(yù)及分子機(jī)制