外泌體調控脂代謝的研究進展

劉亞楠

摘 要：外泌體可以誘導多種miRNAs調節脂代謝。通過分析外泌體和脂代謝之間的關系，發現外泌體參與脂質的合成、脂質運輸和脂質降解。探討外泌體miRNAs調控脂代謝的相關機制，發現miR-122，miR-192，miR-27a-3p和miR-27b-3p是外泌體調控脂代謝紊亂的標記物，靶基因Ppara很可能是目前觀察到的顯性基因中的核心基因。這一發現，有望為更好地解決脂代謝障礙的病因提供幫助，為將其作為新的靶點來源或新的治療策略提供參考依據。

關鍵詞：外泌體;miRNAs;脂代謝

中圖分類號：G804.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9840（2021）01-0060-04

Abstract： Exosomes can induce a variety of miRNAs to regulate lipid metabolism. This article reviewed the relationship between exosomes and lipid metabolism and found that exosomes are involved in lipid synthesis， lipid transport and lipid degradation. To explore the relevant mechanisms of exosomal miRNAs regulating lipid metabolism， it was found that miR-122， miR-192， miR-27a-3p and miR-27b-3p are markers of exosomal regulation of lipid metabolism disorders， and the target gene Ppara is likely to be the core gene among the dominant genes currently observed. This discovery is expected to provide help for the study of exosomal miRNAs to better solve the cause of lipodystrophy and to provide reference for using it as a new target source or new treatment strategy.

Key words： exosomes; miRNAs; lipid metabolism

外泌體可以被受體細胞捕獲，其中所含的miRNA可能會誘導轉錄組變化，從而成為一種新型的細胞間通訊形式。外泌體miRNA已顯示參與腫瘤進展，血管生成和轉移，然而，關于它們在代謝疾病中的作用研究還相對較少[1， 2]。肥胖是世界上最常見的代謝性疾病之一，預計到2050年將影響近三分之一的人口[3]。肥胖人口的不斷上升，脂代謝紊亂是主要的潛在原因之一。因此，調控脂代謝的穩態就變得至關重要。最近研究證明，脂肪釋放的外泌體miRNA可以調節其他組織中的基因表達[4]。本研究通過綜述外泌體和脂代謝之間的關系，探討外泌體miRNAs調控脂代謝的相關機制，為外泌體miRNA的研究有望更好地解決脂代謝障礙的病因提供幫助，為將其作為新的靶點來源或新的治療策略提供參考依據。

1 外泌體概述

1.1 外泌體的形成

多泡體（MVBs）是晚期核內體，攜帶許多“管腔核內體囊泡”。一些MVBs注定會在溶酶體中降解，而另一些MVBs則與細胞膜結合并釋放胞內囊泡到細胞外空間。在釋放的載體中，直徑30～120 nm的較小載體稱為外泌體;而直徑在120～1000 nm的較大載體稱為微泡[5]。外泌體的形成涉及轉運所需的內體分選復合物（ESCRT），其識別泛素化的蛋白質。除ESCRT外，其他與ESCRT無關的機制也可產生某些生化成分的外泌體[6]。

1.2 外泌體的組成

外泌體的組成具有獨特性和復雜性。最新的外泌體內容數據庫，已在多種生物的外泌體中鑒定出4563個蛋白、194個脂質、1639個mRNA和764 miRNA[7]。外泌體中最常見的蛋白質是膜轉運蛋白、融合蛋白（GTP酶，膜聯蛋白和弗洛林）、熱休克蛋白（HSC70）、四跨膜蛋白（CD9， CD63， and CD81）、MVB生物發生蛋白（TSG101）以及和脂質相關的蛋白質和磷脂酶[8]。這幾種蛋白質被認為是特定的外泌體標記，其中四跨膜蛋白CD63和CD81是最常用的。外泌體也富含脂質，主要是膽固醇，鞘脂，磷脂和雙膦酸鹽。外泌體脂質成分可以從樹突狀細胞和肥大細胞[9]、網織紅細胞（Proteomic analysis of secreted exosomes）和B淋巴細胞[10]等幾種細胞類型中分泌出來。 一些報道表明，外泌體的某些脂質成分，例如磷脂酰絲氨酸[10]和前列腺素[11]，可能在外泌體功能中起重要作用。外泌體含有mrna和miRNAs的發現表明，外泌體可能是遺傳信息的載體。盡管外泌體中發現的大多數RNA是長度小于200個核苷酸的降解RNA片段，但仍可能存在一些全長RNA，并通過內吞作用轉運至受體細胞，可能影響受體細胞中蛋白質的生成。同時，已發現外泌體miRNA與某些疾病有關。例如，一些研究已經注意到，循環外泌體的miRNA含量與其原發癌細胞的miRNA含量相似，這表明外泌體miRNA具有癌癥診斷的潛力[12]。此外，越來越多的研究報道，miRNAs可以從非侵入性獲得的體液（如唾液）中分離出來的外泌體中檢測到，顯示了作為新的生物標志物的外泌體miRNAs的潛在優勢[13， 14]。

1.3 外泌體的功能

外泌體可以與受體細胞融合并釋放其內容物，通過將蛋白質、RNA和脂質的細胞成分從一個細胞轉移到另一個細胞，外泌體在細胞間通信中發揮著重要作用[15]。大量文獻表明，外泌體表現出廣泛的功能，這取決于它們的細胞或組織來源，例如脂肪細胞產生的外泌體可誘導肝細胞轉化生長因子β通路失調，為研究非酒精性脂肪肝病的發病機理提供了思路[16， 17]。此外，由于外泌體的分子組成反映了其細胞或組織起源的生理或病理生理變化，因此外泌體具有作為疾病診斷的生物標志物的重要潛力。

2 外泌體參與脂代謝

外泌體與無核細胞一致，是具有蛋白質和豐富脂質組成的脂質雙分子層的細胞器，增強其剛性和靈活性。鄰近的細胞或遠處的細胞能夠通過外泌體與受體細胞結合并釋放生物活性分子，如脂類、蛋白質和核酸，來交換遺傳或代謝信息。最近的發現已經證實外泌體作為生物載體直接轉移膽固醇、脂肪酸和二十烷類脂質。一些酶（蛋白質）也被包裹在外泌體中并參與脂質代謝，特別是外泌體中的miRNAs受到了更多的關注。外泌體通過攜帶的miRNAs保護自己免受核糖核酸酶的傷害[18]。值得注意的是，外泌體對脂質代謝具有顯著的作用，包括脂質的合成、運輸和降解。外泌體介導的脂質代謝紊亂導致動脈粥樣硬化、非酒精性脂肪肝、肥胖等疾病的發生和發展[19]。因此，脂質及其修飾蛋白、酶和miRNA可以與外泌體進行串擾。

2.1 外泌體參與脂質合成

眾所周知，脂肪酸和膽固醇的生物合成是一個巨大的能量消耗過程，需要大量的乙酰輔酶A、ATP和氧氣。肝臟脂肪酸合成紊亂可引起肝細胞疾病，如肝細胞損傷和炎癥。PPAR-γ是核超受體家族的成員，可以通過代謝相關基因的轉錄，嚴格調節肝臟中脂質的攝入、儲存和代謝。 更重要的是，在沒有PPAR-γ的情況下，沒有單一核轉錄因子可以誘導脂肪細胞分化[20， 21]。外泌體中的一些循環miRNA，例如miR-155和miR-27，能夠通過結合靶基因的3'非翻譯區（3'URT）來抑制PPAR-γ表達[2]。其中miR-122屬于豐富的肝臟特異性miRNA。研究發現，上調基因的3個UTR，如脂肪酸合酶（FASN）和乙酰輔酶a羧化酶（ACC），在miR-122識別基序中高度富集，從而增加了肝臟中脂肪酸和膽固醇的生物合成[22]。值得注意的是，低氧脂肪細胞釋放的外泌體富含與新生脂肪形成有關的酶，例如ACC，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）和FASN。與在常氧條件下產生的脂質相比，低氧來源的外泌體促進受體3T3-L1細胞中脂質的積累[23]。與此同時，糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定的蛋白從脂肪細胞來源的外泌體釋放到小脂肪細胞，增加酯化，降低三酰基甘油脂肪酸，促進脂滴的形成[24]。

2.2 外泌體參與脂質運輸

最近研究表明，外泌體能夠將脂質從母細胞直接轉運到受體細胞，例如膽固醇，脂肪酸，類花生酸等，這可能會引起炎癥，免疫或代謝改變[25]。Wang等人[26]也證實了在阿爾茨海默病的發展過程中，星形細胞來源的外泌體攜帶神經酰胺，神經酰胺的積累導致神經細胞凋亡。然而，越來越多的報道提供了驚人和令人信服的證據，證明外泌體可以調節經典脂質轉運體的表達，如ABCA1， ABCG1， LDLR， CD36。逆向膽固醇轉運是目前唯一清除體內膽固醇的機制，對維持體內膽固醇穩態有積極意義。ABCA1、ABCG1主要參與逆向膽固醇轉運。在巨噬細胞和血管平滑肌細胞（VSMCs）中特異性敲除ABCA1或ABCG1可促進LDLR /小鼠膽固醇外排不足引起的泡沫細胞形成。外泌體中的一些循環miRNA，如miR-30e和miR-92a，對ABCA1和ABCG1具有抑制作用，導致細胞內膽固醇的積累，而內臟脂肪組織可通過下調ABCG1表達，促進巨噬細胞源性泡沫細胞的形成[27]。幾項研究還表明，外泌體不是通過競爭性CD36配體來抑制巨噬細胞中的膽固醇吸收，而是通過大幅減少總巨噬細胞CD36來抑制膽固醇的吸收。 來源于血小板的外泌體可通過減少巨噬細胞的CD36依賴性脂質負荷和抑制血小板血栓形成來抑制動脈粥樣硬化血栓形成過程。Srikanthan等人[28]還證實外泌體可以增加蛋白質泛素化并增強CD36的蛋白酶體降解。此外，Ramakrishnan等人[29]發現外泌體通過激活CD36依賴的信號通路抑制內皮細胞促血管生成反應，而CD36的缺失會削弱外泌體誘導的對微血管內皮細胞遷移的抑制。

2.3 外泌體參與脂質降解

眾所周知，白色脂肪組織主要負責儲存能量。白色脂肪組織的降解為細胞生長和增殖提供了足夠的能量，特別是在癌癥和癌癥相關惡病質中。Lewis肺癌（LLC）來源的外泌體具有較高水平的磷激素敏感脂肪酶（P-HSL，激活脂解的標記物）。暴露于LLC外泌體的3T3-L1脂肪細胞表現出較高的甘油釋放水平和較低的脂滴水平[30]。Sagar等人[31]研究發現，胰腺癌（PC）來源的外泌體含有腎上腺髓磷脂，這是一種52種氨基酸肽，在脂肪細胞中廣泛表達，可誘導脂肪分解。肺癌外泌體可被人脂肪來源間充質干細胞（hAD-MSCs）內化，并顯著抑制hAD-MSC的脂肪形成。具體來說，肺癌外泌體參與了TGF調節因子信號通路對hADMSC脂肪形成的抑制。與此同時，Khalyfa等人[32]發現，來自阻塞性低通氣綜合征的外泌體導致脂肪細胞脂肪分解顯著增加。PPAR-α是核超受體家族的另一個成員，主要參與脂肪酸的降解。 血漿中的一些循環miRNA，例如miR-122，miR-192，miR-27a-3p和miR-27b-3p，也通過與3'URT結合而抑制PPAR-α的表達，進一步抑制肥胖相關患者機體組織白色脂肪中的脂質降解。

3 外泌體可作為脂代謝紊亂的標志物

肥胖經常與代謝疾病有關。Anna等人[3]研究顯示肥胖會改變小鼠血漿外泌體的miRNA譜，包括增加miR-122，miR-192，miR-27a-3p和miR-27b-3p。不僅如此，用從肥胖小鼠中分離出的外泌體來注射到瘦小鼠體內（模擬處理小鼠）會引起葡萄糖耐量下降和胰島素抵抗，并導致向心性肥胖和肝脂肪變性。在處理模擬處理小鼠白色脂肪組織中還發現候選靶基因Ppara的表達降低，但在肝臟組織中表達沒有降低，這種情況可能會導致循環中游離脂肪酸水平升高以及提高患高甘油三酯血癥的風險。其他研究表明，外泌體還可以在器官之間轉移成熟的miRNA，從而改變接收細胞功能[4]并影響全身胰島素敏感性[2]，同樣發現肥胖會改變小鼠外泌體miRNA的表達，外泌體miR-192和miR-122的增加，這與Anna等人研究結果一致，表明這兩種miRNA作為參與胰島素抵抗的循環因子發揮了重要作用。 目前研究無法確定提供肥胖外泌體miRNA的主要來源，但許多研究表明指向了附睪脂肪。

Costet等人[33]用與Anna等人相同的方法模擬處理小鼠，試驗后發現模擬處理小鼠保持苗條，但表現出明顯的附睪脂肪庫的擴大，曲線下的附睪脂肪百分比與血糖之間有很強的相關性，這表明，這些模擬處理小鼠的葡萄糖耐量與中央型肥胖有關，而與總體重無關。并證明血漿中miR-122和miR-192的豐度與人的腰圍和內臟脂肪量以及TG/HDL比的增加有關。還發現，抑制miR-122會降低小鼠的膽固醇和肝脂肪酸合成，而miR-27a-3p和miR-27b-3p參與脂肪功能的調節，提高miR-27表達會增加甘油三酯的表達水平。模擬處理小鼠在附睪脂肪中顯示成脂基因和脂肪酸氧化通路表達下降，與巨噬細胞浸潤和組織擴大有關，也與血漿游離脂肪酸水平升高，肝DNL基因和脂質的積累相關，以及Ppara基因表達降低，可能導致損害脂肪酸氧化過程，增加游離脂肪酸向外周的遞送。Shah等人[34]為了進一步證明附睪脂肪和Ppara基因的作用，Shah等人使用兩種替代策略，均旨在降低血漿游離脂肪酸水平。同時給予模擬處理小鼠脂解抑制劑阿西莫司，然后通過強制將其儲存在附睪脂肪中來減少游離脂肪酸釋放到血液中去，或PPARα激動劑非諾貝特增加氧化作用[35]，試驗后發現，兩種策略均可恢復胰島素敏感性并顯著改善小鼠的葡萄糖耐量。因此，非諾貝特被證明可以改善高甘油三酯血癥患者的胰島素敏感性[36]。PPARα的激活足以恢復模擬處理小鼠的病理表型，即使因子水平降低了。這些結果數據，同樣支持Anna等人的觀點，表明外泌體中的miRNAs可以作為脂代謝紊亂的標記物，其中所調控的靶基因Ppara，很可能是目前觀察到的顯性基因中的核心基因。

4 小結與展望

外泌體對脂代謝的調節是一個極其復雜過程，是調節脂代謝的重要途徑之一，miR-122，miR-192，miR-27a-3p和miR-27b-3p是外泌體調控脂代謝紊亂的標記物，靶基因Ppara很可能是目前觀察到的顯性基因中的核心基因，對脂代謝通路的信息整合及調節信號的輸出途徑起到不可忽視的作用。外泌體可以誘導機體miRNAs的表達水平，同時也是改善血脂異常、降低體重和影響機體脂代謝能力的有效手段。但是，外泌體調控脂代謝的具體機制尚不明了，還處于起步階段，需要進一步研究外泌體調控脂代謝的機制，探索外泌體調控脂代謝的變化及原因，從而為解決超重與肥胖問題提供理論依據。

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