間充質干細胞外泌體參與子癇前期發病機制的研究進展

姚祖賢 王丹 鄭靈芝

子癇前期是一種以高血壓為基礎的多系統受累和損害的綜合征，全球發生率2%～8%，是造成孕產婦和新生兒死亡的主要原因之一。子癇前期通常發生在妊娠后半期，其特征是新發高血壓、蛋白尿或終末器官功能障礙，如肝臟和腎臟等。這種多因素多系統疾病，其發病機制知之甚少，缺乏有效的治療[1]。胎盤滋養細胞（trophoblast cell，TC）失調、免疫反應、全身炎癥反應和血管內皮功能障礙是子癇前期發病過程中最顯著的病理變化過程。研究表明，間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）參與子癇前期病理變化的各個過程，在調控TC功能、調節免疫反應、抗炎以及修復血管內皮細胞等方面發揮重要作用。MSCs的生物學功能特性可能源于其衍生的外泌體，本文就間充質干細胞外泌體（mesenchymal stem cell-derived exosomes，MSC-exos）參與子癇前期發病機制的研究進展作一綜述。

1 MSC-exos的生物學特性

MSCs是目前研究最廣泛的干細胞，它是由Frie‐denstein等[2]在50多年前發現的一類具有祖細胞分化潛能的細胞，其易于在體外繁殖，具有分化為脂肪、骨、軟骨和肌肉等組織細胞的潛力，存在于人的骨髓、脂肪、臍帶和胎盤等組織中。MSC-exos是由MSCs分泌的細胞外囊泡中的一類，可通過差速超速離心、尺寸排阻色譜、免疫親和等方法從MSCs中提取，在透射電鏡下呈圓形、橢圓形或茶托樣形狀，直徑約40～100 nm，由一層脂質雙層膜包裹，膜成分含有膽固醇和鞘磷脂，膜表面不僅表達外泌體常見的表面標志物如CD9和CD81，也表達MSCs的標志蛋白CD44、CD73和CD90[3]。

MSC-exos可以轉運多種效應分子如免疫調節轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β 1）、IL-6、IL-10、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、脂質、mRNA等，以及調控微小核糖核酸（microRNA，miRNA）細胞因子和生長因子對受體細胞的生物學效應，如細胞間通信、組織再生、抗炎、免疫調節和免疫細胞的歸巢[4]。有研究已經確定MSC-exos包裹有150多種miRNA和850多種特異的蛋白質，它們通過不同的途徑影響靶細胞。此外，MSC-exos不僅表達血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、細胞外基質金屬蛋白酶誘導劑和基質金屬肽酶-9（這些因子在血管生成和組織修復中發揮重要作用），還表達MSCs標志物，如 CD29、CD44、CD90和CD73，這能夠使MSC-exos駐留在受損和炎癥組織中，以發揮其生物學功能。MSC-exos能夠保護這些包裹物免受降解，從而幫助它們通過內吞作用被細胞攝取[5]。MSC-exos中的miRNA參與多種病理和生理過程，例如，miRNA-155和miRNA-146有助于生物體發育、表觀遺傳調控和免疫調節，miRNA-23b、miRNA-451等參與腫瘤發生、發展，miRNA-15a-5b、miRNA-125b等參與子癇前期的發病機制[6]。MSC-exos還具有一些MSCs所沒有的特質，比如可以穿過血腦屏障和毛細血管等屏障，甚至可以避開網狀內皮系統從而到達MSCs所到達不了的地方[7]。MSC-exos其他特征還包括免疫沉默、非致癌性、高穩定性及低免疫原性。MSC-exos的免疫抑制功能與宿主的免疫耐受性有關[8]，通過在損傷部位積累MSC-exos并抑制免疫細胞的促炎反應而發揮作用[9]。

2 MSC-exos參與子癇前期的發病機制

位于母體蛻膜中的MSCs被認為參與調節胎盤形成期間母體-胎兒界面的促血管生成、免疫和抗炎環境，但MSC-exos在子癇前期中的作用研究還處于起步階段，主要集中在以下幾大方面。

2.1 參與TC的調控 胎盤的發育以TC的廣泛增殖為特征，子癇前期中胎兒-胎盤因素主要為胎盤異常，妊娠早期的胎盤形成障礙與妊娠中晚期的絨毛外滋養細胞（extravillous trophoblast，EVT）氧化應激是子癇前期發生的關鍵事件，有研究表明，MSC-exos在調控TC方面起到了重要作用。

Wang等[10]將人臍帶來源的間充質干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUC-MSCs）衍生的外泌體與人絨毛膜TC和人滋養層上皮細胞共同培養后，發現HUC-MSCs中外泌體miRNA-133b的升高促進了它們的增殖、細胞周期進程、遷移和侵襲以及有限的細胞凋亡，通過檢測發現在子癇前期患者胎盤中miRNA-133b表達下調，而血清/糖皮質激素調節激酶 1（serum and glucocorticoid induced protein kinase-1，SGK1）表達上調，提示來源于HUM-MSCs外泌體的miRNA-133b通過抑制SGK1促進子癇前期患者胎盤中TC的增殖、遷移和侵襲。另一項研究也顯示了MSC-exos相似的功能，Chen等[11]發現在子癇前期患者的胎盤組織中，H19作為一種競爭性內源性RNA對抗miRNAlethal-7b，miRNAlethal-7b直接靶向Forkhead轉錄因子。此外，H19可以通過MSC-exos轉移到TC中，從而降低MSC-exos中的miRNAlethal-7b，增加Fork‐head轉錄因子，激活蛋白激酶B信號通路，增加其侵襲和遷移功能，抑制TC凋亡。這些結果表明MSC-exos在子癇前期發病早期對TC的作用是有益的，它促進了“胎盤的著床”。此外，Chu等[12]研究發現，由脂肪來源的間充質干細胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，AD-MSCs）衍生的外泌體介導的EZH2基因依賴性mTOR信號失活，增強了缺氧TC的自噬。自噬是一種機制，通過溶酶體降解故障細胞器、多余分子和侵入性病原體來維持體內平衡。子癇前期患者胎盤中缺氧TC以此來獲得營養和能量，從而減緩子癇前期的發展[13]。Gillmore等[14]還發現在缺氧狀態下，TC暴露于子癇前期胎盤間充質干細胞（placental-derived mes‐enchymal stem cells，P-MSCs）外泌體中，可通過一種鞘磷脂依賴的機制導致細胞線粒體裂變加劇，繼而觸發下游事件，以此增強了線粒體的自噬功能。在動物實驗中，Yang等[15]在脂多糖誘導的早產小鼠模型中，發現MSC-exos中miRNA-146a5p和miRNA-548e-5p對TC具有抗炎作用。另外，Li等[16]也證實了絨毛膜來源的間充質干細胞（chorionic-derived mesenchymal stem cells，HCD-MSCs）促進p53泛素化和蛋白酶體降解，降低細胞凋亡率，繼而促進TC的增殖和遷移。

以上研究表明，MSC-exos對子癇前期中TC的調控是多途徑、多機制的，早期TC凋亡及侵襲不足會造成“胎盤淺著床”，不僅會造成流產，子癇前期的發病率也會升高，而MSC-exos中含有復雜的物質，它不僅可以促進TC的增殖、遷移和侵襲，抑制其焦亡，還可以通過增強自噬為細胞提供營養與能量。

2.2 參與母胎免疫反應 母體的免疫過度激活是子癇前期發病的主要機制之一。有研究認為妊娠本身就是一個半同種移植導致的免疫耐受過程，如果免疫耐受平衡失調，就可能導致一系列的病理妊娠，包括流產、早產、子癇前期等[17]。正常妊娠時受到免疫耐受的保護，不會導致內皮細胞、TC和白細胞功能障礙。因此，EVT可以侵入子宮蛻膜和子宮肌層從而實現“胎盤著床”。然而，子癇前期患者對TC等胎兒抗原的免疫耐受性受損，可能會影響隨后的胎盤形成，導致子癇前期的發生。

隨著大量證據的積累，MSCs對淋巴細胞和髓細胞的免疫調節特性得到了很好的證明，MSCs主要通過旁分泌（外泌體）途徑運送效應分子，最常見的是通過TGF-β、HGF、前列腺素E2、一氧化氮調節這些適應性細胞[18]。一些研究發現細胞間接觸參與MSCs-T細胞免疫調節，通過MSCs表達可溶性人白細胞抗原-G（human leukocyte antigen-G，HLA-G），這是一種非經典主要組織相容性復合體Ⅰ類分子，在胎兒-母體免疫調節中起重要作用[19]。已知母親對胎兒有移植物抗宿主病樣反應，這可能導致子癇前期或自然流產的發生，但正常妊娠時機體的免疫耐受性保護著胎兒。在子癇前期方面，已知MSC-exos通過抑制超過50%的參與子癇前期發病的促炎細胞因子，如IL-1β、TNF-α和INF-γ，通過降低免疫力來抑制移植物抗宿主的發病，MSC-exos含有大量的免疫抑制介質，如IL-10、IL-12、IL-6、巨噬細胞刺激因子等[20]。因此，MSC-exos可以在早期抑制母體免疫過度激活反應，但隨著子癇前期的發展，筆者猜想MSC-exos在體內的含量變化，可能是子癇前期患者免疫過度激活，造成病情持續進展的原因之一。

因此，研究MSC-exos在子癇前期患者抑制免疫反應中的機制可能有利于臨床早期預防子癇前期。當孕婦體內擁有充足的MSC-exos就有可能抑制免疫反應過度激活，從而為胎兒創造一個合適的環境，促進胎盤在蛻膜的著床，預防子癇前期的發生。

2.3 參與全身炎癥反應 有研究證實，早期子癇前期患者會發生母胎界面的炎癥反應，隨著孕周的增長，這種炎癥反應也由局部擴散到全身，炎癥介質隨著血流運送到全身，從而造成子癇前期甚至子癇的發生。

大量研究表明，MSC-exos促進M1巨噬細胞到M2巨噬細胞極化，增加抗炎細胞因子和趨化因子，這一過程可以減輕炎癥。M1巨噬細胞產生的一氧化氮參與微生物活動和細胞增殖抑制，而M2巨噬細胞產生的鳥氨酸可以通過多胺促進細胞增殖和組織修復與重塑。MSCs作為炎癥反應的調節劑，分泌細胞因子，可誘導促炎巨噬細胞向抗炎表型轉變[21]。此外，骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）可以減少巨噬細胞產生的促炎細胞因子[22]。還有研究發現，AD-MSCs可以降低INF-γ和轉錄因子的表達,以及抑制CD4+和CD8+T細胞向效應細胞或記憶細胞表型分化，降低局部炎癥反應，起到炎癥免疫調節作用[23]。Ebrahim等[24]在大鼠宮腔粘連模型中發現，B-MSCs和雌激素聯合可以通過減少炎癥細胞因子（例如IL-1、IL-6和TNF-α）的釋放，促進損傷子宮內膜的修復以此來調節炎癥反應。除此之外，人們發現miRNA在子癇前期病理變化抗炎反應中發揮著巨大的作用。有研究稱含有靶向信號轉導及轉錄激活蛋白3的miRNA-223-3p的MSC-exos可減少炎癥反應，并在敗血癥小鼠模型中得到驗證，將含有miRNA-223-3p的MSC-exos轉移到心肌細胞可下調促炎癥基因的表達[25]。有學者發現動物實驗中MSC-exos分別通過miRNA-let7-HMGA2-NF-κB途徑和miRNA-let7-IGF2BP1-PTEN途徑促進M2巨噬細胞極化分泌TGF-β來抑制炎癥細胞的募集，從而改善載脂蛋白E小鼠動脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細胞浸潤[26]。

2.4 參與調控血管內皮細胞 子癇前期基本病理生理變化是小血管痙攣和血管內皮損傷，從而導致子宮胎盤血流灌注減少，腦、腎臟、肝臟等器官小血管損傷，不僅危害胎兒的生存，而且對母體各臟器造成損害，從而遺留后遺癥，危害極大。

MSCs可以釋放具有增強血管生長功能的外泌體，促進血管內皮細胞的增殖。最近的研究表明，ADMSCs外泌體可以通過促血管生成miRNA的傳遞在血管生成中起關鍵調節作用，它可以使上皮細胞直接分化為血管內皮細胞，從而促進血管生成[27]。Yang等[28]通過動物實驗表明，過表達miRNA-181b-5p的ADMSCs外泌體在體外增加了大鼠腦微血管內皮細胞的遷移距離。另一研究也顯示AD-MSCs外泌體中miR‐NA-199-3p的升高增加了內皮尖端細胞的增殖和遷移[29]。Liang等[30]發現，由 AD-MSCs轉移的 miRNA-125a通過促進導管形成和內皮尖端細胞形成來調節血管生成。這說明，MSC-exos攜帶的物質在修復血管方面具有巨大的潛力，通過促進內皮細胞的生長、增殖及遷移，早期子癇前期患者是有機會進行血管的重塑與逆轉。Liu等[31]在摻鋰生物玻璃陶瓷中使用BMSCs外泌體轉移的miRNA-130a增強人臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的磷酸酶、張力蛋白同系物和蛋白激酶B表達，從而刺激血管生成。Ma等[32]還利用B-MSCs外泌體將miRNA-132輸送至受體HUVECs，以刺激體內和體外的血管生成。在心肌梗死模型中，小鼠皮下注射經miRNA-132外泌體預處理的HUVECs，發現梗死區域的血管數量和毛細血管密度增加。從心肌梗死患者的冠狀動脈血清中提取的攜帶敲除miRNA-143的外泌體，可以促進HUVECs中的細胞增殖和血管形成[33]。Xiong等[34]研究了低、中和高劑量的HUC-MSCs外泌體在大鼠子癇前期模型中的作用，結果表明，HUC-MSCs外泌體的劑量依賴性治療通過抑制細胞凋亡，改善了胎盤組織形態并促進了胎盤組織中的血管生成。此外，MSCs的預處理(如細胞因子)通過免疫抑制和血管生成增強了外泌體的功效[35]。Gorin等[36]報道，成纖維細胞生長因子-2刺激MSCs來源的外泌體可提高血管內皮生長因子和HGF的水平，改善血管化。Redondo-Castro等[37]報道MSC-exos降低了IL-6和TNF-α的水平。TNF-α被認為是子癇前期發病過程中重要的促炎細胞因子，MSC-exos可能改善子癇前期胎盤的病理生理狀況。這些實驗不僅揭示了MSC-exos在子癇前期發病中的機制，也提出了一種治療子癇前期的新策略——無細胞治療。然而，要實現這些，學者們還需要對MSC-exos在子癇前期發病機制中的作用進行更多的體內、體外及動物實驗。

除了上述機制之外，遺傳與代謝及營養的缺乏都被認為是子癇前期發病的原因，近年來科學家們也發現MSC-exos與這些因素有關，但這些研究也都處于起步階段，需未來更多的實驗進一步深入研究。

3 小結和展望

子癇前期被認為是一群或一組由多因素、多通路、多機制致病的綜合征，目前尚無有效的治療方法，因此子癇前期的預防尤為重要。MSCs可調控TC，促進胎盤對蛻膜的侵襲，也可在調節免疫反應、全身炎癥反應以及血管內皮細胞損傷方面發揮重要作用。相較于MSCs，MSC-exos不僅具有源細胞相同的功能，而且具有生物活性更穩定、免疫原性更低、能通過血腦屏障等優點。MSC-exos中的蛋白質、miRNA、DNA及其他物質對于子癇前期的發病具有的重要意義，進一步研究MSC-exos中的特異性分子不僅有助于了解子癇前期的發病機制，也可為預測子癇前期發病和追蹤疾病的進程找到更加特異與敏感的標志物，甚至在子癇前期的治療上也具有一定的臨床前景。然而，目前對MSC-exos在子癇前期作用機制的基礎與臨床研究尚在起步階段，未來仍需更多的體內外及動物實驗來進一步探索，為臨床試驗提供充足的理論基礎。