外泌體與COPD

盧文靜 盧麗琨 汪宇

COPD是一種可預防、可治療的疾病，特點是持續的呼吸系統癥狀和氣流受限，臨床主要表現為氣急、咳嗽、咳痰，嚴重者有呼吸衰竭的危險。多種因素參與了COPD的進展，炎癥是COPD的中心標志；遺傳和環境因素通過建立或維持慢性炎癥，在COPD發病機制中發揮作用；此外，細菌或病毒感染是COPD發病的常見病因[1]。

外泌體是細胞外囊泡，可能會影響受體細胞中DNA、微小RNA(miRNA)的表達過程。外泌體被釋放到體外之后，其將生物活性物質運送到靶細胞，調節凝血、炎癥、細胞凋亡、血管生成和增殖的過程。外泌體可以通過多種途徑將信號傳遞至靶細胞，常見的傳遞介質有信使RNA、miRNA和蛋白質等。外泌體作為一種細胞間的通信工具，影響了COPD的生理及病理過程[2]。

1 外泌體概述

1.1 外泌體來源 外泌體是一種晚期胞內體，即多泡體向內萌芽而形成的雙脂質結構的囊泡。多種細胞可以分泌外泌體，并能在多種體液中檢測出外泌體[3]。外泌體首先是由內泌體向內出芽，隨后形成細胞內多囊泡體(MVBs)；隨后MVBs與質膜融合釋放到細胞外空間，MVBs直接從質膜脫落。研究顯示，不同組織分泌的外泌體含有不同種類蛋白，從而導致外泌體與靶細胞結合時表現出特異性。例如來源于樹突狀細胞的外泌體，可以分泌組織相容性復合體，該復合體具有抗原呈遞功能；結腸上皮細胞主要分泌特異性蛋白A33等[4]。

1.2 外泌體的生理特征 外泌體是一種細胞間信號傳遞介質。目前研究顯示，外泌體主要通過3種途徑被受體細胞識別、攝取：第一種途徑是外泌體表面具有特異性的膜蛋白，其可以與靶細胞受體相互作用，激活受體細胞，傳遞信號；第二種途徑是細胞外基質中有切割外泌體表面膜蛋白的蛋白酶，外泌體表面膜蛋白可以被這種蛋白酶切割為小片段，其可以作為與靶細胞結合的配體，激活細胞內的信號傳導過程；第三種途徑是外泌體可以直接與靶細胞融合，在靶細胞中釋放出活性物質，激活受體細胞內信號，發揮信號轉導作用[4]。

2 外泌體在COPD發病機制中的作用

COPD是一種炎癥性肺部疾病。COPD的適應性免疫反應與長期吸入香煙煙霧及其他有害的刺激性顆粒有密切關系，氣道內長時間炎癥反應會導致氣道重塑、肺氣腫，甚至加重病情。外泌體受到外界有害物質刺激后，其內容物發生改變，并到達不同的部位，從而影響細胞生物學傳遞過程。

2.1 外泌體可促進炎癥反應 COPD的炎癥特征主要是中性粒細胞、T淋巴細胞等炎癥細胞數量增加。在外界刺激下，炎癥細胞顯著增加，加速COPD炎癥進展。研究發現，肺上皮細胞可以分泌外泌體，在香煙煙霧提取物(cigarette smoke extract，CSE)的刺激下分泌富含半胱氨酸蛋白61(CCN1)的外泌體，CCN1參與細胞增殖、黏附、遷移、分化等病理生理過程[5]。研究同時發現，CCN1可以促進IL-8 分泌，IL-8 可以促進炎癥反應的發生、加速炎癥細胞進入肺實質，引起肺部炎癥反應。

天然免疫系統在COPD中起著主要的作用。參與COPD適應性免疫反應的主要細胞是CD8細胞毒性T細胞，這種類型細胞在氣道中可以持續存在很長一段時間。在重度COPD病人中，IL-8與淋巴聚集物相關，可以促進Th1應答，B細胞反應可能是由于疾病引起抗原暴露的結果。最近，先天性淋巴細胞(ILC)在疾病中的作用受到關注。ILC1與淋巴樣細胞浸潤有關。有研究表明,在COPD加重過程中，ILC2可以轉化為ILC1，因此促進了氣道炎癥反應的發生。

miRNA是外泌體的主要內容物之一。Dang等[6]發現，miRNA中的一些基因主要作用于節點樣受體(NLRs)和toll受體(TLRs)，巨噬細胞和樹突狀細胞中通常含有TLRs，參與病原體入侵的第一道防線。NLRs存在于樹突狀細胞、巨噬細胞、淋巴細胞和非免疫細胞等多種細胞中，這兩種受體協同調節炎癥反應。

流行病學研究表明，空氣污染物對基因表達譜的修飾產生不利的影響，這可能與miRNA的調節有關[7]。長期暴露于空氣顆粒物污染的環境中，可以改變miRNA-222、miRNA-21及緊張素同源基因(PTEN)。PTEN是COPD的易感基因，通過AKI信號通路調控細胞周期進展和細胞存活。miRNA-222與炎癥相關[8]。Cordazzo等[9]發現，CSE可以動員細胞內鈣離子，從而激活單核細胞，誘導炎癥反應的發生。

2.2 外泌體可促進氧化應激(ROS)反應 活性氧和氮(ROS/RNS)具有參與細胞穩態信號傳導的能力。他們在細胞內的積累可以導致氧化失衡、體內平衡改變以及細胞死亡。ROS來自暴露于有刺激性煙霧的氣道或炎癥白細胞和上皮細胞中氧化劑的釋放，超過抗氧化防御機制的最高水平[10]。血管內皮生長因子(VEGF)是一種調控血管系統的生長因子，常在慢性炎癥中過度表達。ROS可以下調VEGF,此外，ROS可以增強miRNA的表達，進而通過蛋白激酶B(AKT)磷酸化抑制AKT的激活，降低缺氧誘導因子1(HIF-1)的表達。HIF-1的低表達可能抑制VEGF的表達，抑制AKT的磷酸化，使肺內的肺泡細胞等結構細胞凋亡，導致COPD發生[10]。

目前研究顯示，除miRNA參與COPD的研究外，長鏈非編碼RNA(lncRNA)也可能在COPD的病理過程中發揮著調節基因表達，并介導氣道上皮細胞的ROS保護的作用。研究發現，用CSE刺激人支氣管上皮細胞后， lncRNA-1水平升高，因此，推測lncRNA-1可能與氣道炎癥抑制性調節有關，lncRNA-1可能作為氣道炎癥早期反應的生物學標志物[7，11]。

2.3 外泌體促進COPD急性加重 COPD急性加重期表現為呼吸困難、痰量增多且多為膿性，長期反復加重可能導致呼吸衰竭，死亡風險增加。Wnt信號通路被認為是介導COPD發展的重要靶點。研究顯示，COPD急性加重期的病人，miRNA-15a、miRNA-16表達明顯增多，而兩者可以抑制Wnt信號通路的表達，從而影響肺的發育，引起肺部損傷。一項研究表明，在COPD急性加重期病人血清中miRNA-125b水平明顯高于COPD病人或健康者，而在穩定期未見明顯差異；同時發現，與穩定期病人相比，COPD急性加重期病人血清TNF-α/IL-6、IL-1β和白三烯B4(LTB4)水平明顯升高，提示miRNA-125b可能是一種促炎因子[12]。另一項隊列研究發現，穩定狀態的嗜酸性粒細胞增多與更嚴重的疾病和加重頻率增加相關。

此外，COPD病人對甲型流感病毒(IAV)感染的易感性升高可導致急性加重，并且由于IAV具有強烈的耐藥性，對疫苗的應答較差。目前，miRNA被證實可直接降低COPD病人體內外IAV感染情況下基因的表達和線粒體抗病毒信號(MAVS)的表達，導致炎癥加重和抗病毒受損，提示miRNA有可能作為病毒感染的呼吸系統疾病的抗病毒治療靶點[11]。

3 外泌體在COPD診斷中的價值

多數細胞都可以分泌含有特殊蛋白及核酸的外泌體，外泌體又可以反映其來源的生理狀態及微環境。外泌體廣泛分布于體液中，具有不同于其他細胞的磷脂雙分子層。正是這種特殊磷脂雙分子層可以保護外泌體中的內容物不易被酶降解，從而可以穩定地存在于細胞外環境中。因此，研究認為外泌體的內容物如蛋白質、核酸等有望成為COPD診斷的生物標志物[13]。

謝羽飛等[14]研究了miRNA在COPD病人血清中外泌體的臨床意義，結果顯示,COPD病人血清外泌體miRNA的水平明顯高于正常組，認為外泌體可成為診斷COPD、評估病人疾病進展情況的重要生物標志物。Xie等[15]的研究顯示,與健康者相比,無癥狀重度吸煙者和COPD病人血清miRNA-21水平顯著升高，而 miR-181a 水平則顯著降低，認為血清miRNA-21與miR-181a 可能是COPD疾病發展過程中的相關因素。Akbas等[16]研究發現,在COPD病人中，血清miR-20a 、miR-28-3p 、miR-34c-5p 和 miR-100 的表達明顯下調，但 miR-7 表達卻呈現出上調的趨勢，因此認為外泌體可以作為無癥狀吸煙者COPD的生物標志物。

在COPD病人中，內皮細胞來源的外泌體(EMPs)顯著增加，EMPs的增加與肺氣腫的腫脹程度及COPD疾病進展階段有關。在外界有害環境的刺激下，外泌體釋放增多，其內的活性物質可能會促進炎癥反應，從而促進COPD疾病進展。研究認為，EMPs可能是間充質干細胞(MSCs)分泌的外泌體，能發揮免疫抑制調節作用，其主要是通過上調抑制因子IL-10/轉化生長因子β(TGF-β)而發揮免疫抑制作用。除此之外，EMPs還具有促進組織再生、抑制炎癥反應等作用。

4 總結

外泌體與受體細胞間的通信是維持生物系統穩態的關鍵，是肺部疾病生物學重要機制之一。越來越多的證據表明，外泌體中的RNA可以調節宿主基因的表達。外泌體可促進COPD炎癥反應、ROS，并有可能加重疾病進展，其主要是以細胞旁分泌的途徑進入細胞間隙，參與細胞間通信、信號傳遞及促進炎癥因子釋放等。外泌體在呼吸道相關性疾病如哮喘、COPD等疾病中的作用受到關注，這可能會給COPD的臨床診斷及治療提供新思路。