外泌體miRNA治療心肌梗死的研究進展

梁麗英，陳晶

廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院科研部生物樣本庫，廣西 南寧 530023

中國因中國心血管健康與疾病報告編寫組最近編撰出版的《中國心血管健康與疾病報告2021 概要》指出，中國心血管病(CVD)患病率處于持續(xù)上升階段，心血管病死亡率仍居首位[1]。心血管疾病，以急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)的臨床癥狀最為嚴重，死亡率在2002—2018 年總體呈上升態(tài)勢，防治急性心肌梗死已成為目前醫(yī)學(xué)研究的重點。近期的科學(xué)研究已證實，外泌體在心肌細胞間進行信息傳遞，對心血管疾病有作用[2-3]。外泌體分泌的特定微小RNA(microRNA，miRNA)調(diào)控細胞的增殖、凋亡、自噬等，在治療心肌梗死過程中可改善心肌功能、減少梗死體積、提高新生血管數(shù)量，外泌體的心肌防護功能效果已逐漸顯現(xiàn)[4-6]。本文主要闡述近年來外泌體miRNA 作為心肌梗死的生物標(biāo)志物及在心肌梗死治療的研究進展，以期為外泌體miRNA 的應(yīng)用提供參考。

1 外泌體概述

外泌體是一個尺寸40～100 nm、具有脂質(zhì)雙分子層膜構(gòu)造的細胞外囊泡，攜帶著蛋白質(zhì)、miRNA、脂類、長鏈非編碼RNA 和短信使RNA 等各種物質(zhì)。外泌體由B 淋巴細胞、肥大細胞、干細胞等多種細胞分泌，血液、唾液、腦脊液、胸腹水和關(guān)節(jié)滑液等各類體液中都可檢出并提取到外泌體及其內(nèi)含物質(zhì)。外泌體在其表面具有許多特殊標(biāo)記蛋白，如CD63、CD9、CD81、TSG101、和 Hsp70 等[7-9]，在不同的病理生理條件下會形成不同的外泌體，經(jīng)細胞釋放后入血液，激活并控制靶細胞的活力，傳送化學(xué)物質(zhì)和信息至靶細胞，從而影響細胞間的通訊，這些細胞間的通訊方式在多種疾病的發(fā)生發(fā)展及其損傷修復(fù)過程起了關(guān)鍵性的作用。

2 外泌體miRNA 及其生物特性

miRNA 在 1993 年被發(fā)現(xiàn)，自第 1 個 miRNA 出現(xiàn)以來，miRNA就成了新一代調(diào)控細胞命運的重要決定因素，作為基因組表達的主要轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子而備受重視[10-11]。2007 年，研究者在實驗中發(fā)現(xiàn)肥大細胞分泌的外泌體中包含了一種新的物質(zhì)，后來證實為miRNA[12]。隨著外泌體miRNA 不斷被發(fā)現(xiàn)，外泌體來源的miRNA 在多種疾病的發(fā)生發(fā)展及其損傷修復(fù)過程起了重要的作用，研究成果也不斷增多。外泌體miRNA 的功能一般可分成兩個類別：一個是常規(guī)功能，即通過與靶基因的嚴格融合來調(diào)控細胞中的基因表達；另一個是配體作用功能，即miRNA 作為特定受體家族的激動劑，直接與蛋白質(zhì)作用。包裹在外泌體內(nèi)的miRNA是通過細胞主動分泌或旁分泌的途徑，介導(dǎo)細胞之間的信息傳導(dǎo)，直接或間接影響細胞功能，參與了疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，在心血管疾病的發(fā)展過程中起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[13]。

3 外泌體miRNA在心肌梗死中的調(diào)節(jié)作用

3.1 外泌體miRNA 成為心肌梗死的生物標(biāo)志物 外泌體在保護損傷的心臟組織過程中所攜帶的miRNA 起到了關(guān)鍵的生物學(xué)功效。作為在心血管疾病中研究最多的生物分子，miRNA已成為早期治療和預(yù)后的重要生物標(biāo)志。心肌梗死對組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的主要原因是在恢復(fù)血液供應(yīng)后的“組織缺血再灌注損傷”，主要表現(xiàn)為心肌功能損害、心肌細胞壞死、自噬、細胞凋亡、心肌纖維化形成等，從而影響心臟的功能。心肌梗死是心臟病變中的急危重癥，能早期發(fā)現(xiàn)并快速診斷對心肌梗死的治療和預(yù)后意義重大。大量研究指出，外泌體miRNA可成為心肌梗死的生物標(biāo)志物，可用來評價正常的生物學(xué)功能以及心肌梗死的發(fā)生進展過程，并可作為疾病治療干預(yù)[14]。研究者證實，心肌梗死早期的發(fā)展階段，患者外周血中miRNA-208a 表達顯著增加，表明miRNA-208a 是心臟梗死早期發(fā)展階段的潛在標(biāo)志。與健康個體相比，心肌梗死患者中的miR-21、miR-126、miR-183顯著上調(diào)，隨著心肌缺血損傷程度的增加而增加[15-16]，急性心肌梗死患者和急性心絞痛患者血漿中，miR-1 及miR-133a 的表達均明顯高于正常人。陳珍珍等[17]認為急性ST 段抬高型心肌梗死患者血清外泌體miRNA-204 表達下調(diào)。KUWABARA 等[18]研 究則發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后，梗死區(qū)及周邊區(qū)域的心肌細胞出現(xiàn)凋亡和壞死，并將其外泌體中包含的miR-1 和miR-133a 分泌入血液，從而使血漿中的miR-1 和miR-133a 水平顯著增多。實驗結(jié)果提示血漿中外泌體來源的miRNA 的miR-1 和miR-133a，可成為確診心肌梗死的潛在標(biāo)志物，為早期診斷心肌梗死提供實驗依據(jù)。

3.2 外泌體miRNA 拮抗心肌梗死 外泌體通過直接靶向細胞受體信號、與受體細胞質(zhì)膜融合和內(nèi)化到受體細胞3 種方式，將其內(nèi)含物質(zhì)直接送入目標(biāo)細胞中，以實現(xiàn)細胞內(nèi)和細胞之間的直接溝通，在疾病進程中發(fā)揮作用。近年來，研究者們已找到大量的外泌體miRNA，外泌體來源的miRNA 與心血管疾病的功能機理也逐漸被發(fā)現(xiàn)，漸漸變成了研究熱門話題。多名研究者證實，外泌體來源的miRNA與心肌梗死的產(chǎn)生、進展有關(guān)[19-21]，以不同方式在心肌梗死治療中發(fā)揮了作用。

3.2.1 外泌體miRNA 抑制心肌細胞的凋亡與自噬 外泌體miRNA通過調(diào)節(jié)心肌細胞損傷和心肌細胞凋亡保護心臟，拮抗心肌梗死，成為參與調(diào)控急性心肌梗死病變過程的重要因子。LIAO 等[22]研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死期間心肌細胞分泌外泌體miRNA-21-5p 抑制了缺血和低氧條件下受體內(nèi)皮細胞的凋亡，促進了血管生成和心肌梗死后再生，作用機制可能是miR-NA-21-5p 靶向并沉默誘導(dǎo)細胞死亡的p53 靶標(biāo)1(Cdip1)基因，從而下調(diào)了凋亡相關(guān)蛋白Caspase-3、Caspase-9。有研究證實缺氧誘導(dǎo)的間充質(zhì)干細胞衍生的外泌體對缺血性疾病具有保護作用，在心肌梗死后發(fā)揮顯著的心臟保護功能，其作用機制是通過miR-125b抑制的心肌梗死中的細胞凋亡，減輕心肌缺血再灌注損傷，縮小心肌梗死面積，促進心臟修復(fù)[23]。骨髓間充質(zhì)干細胞外泌體分泌的miR-301可能通過抑制心肌細胞自噬，減少心肌梗死面積。外泌體分泌的miR-486-5p 通過抑制靶向磷酸酶與張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)、激活心肌細胞中的 PI3K/AKT 信號通路，抑制心肌細胞的凋亡[24-25]，減輕缺血心肌細胞的損傷。在氧化應(yīng)激過程中，心臟祖細胞(cardiac progenitor cells，CPCs)來源的外泌體中miR-21濃度明顯增加，靶向下調(diào)程序性細胞死亡4 (programmed cell death 4，PDCD4)抑制 H9C2細胞的凋亡[26-27]。自噬(autophagy)是細胞內(nèi)高度保守的自我消化，是一種廣泛存在的正常生理過程和防御反應(yīng)，對維持心肌細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)非常重要。研究發(fā)現(xiàn)，缺血缺氧刺激心肌細胞時，外泌體miR-30a 升高。抑制外泌體miR-30a 分泌可增加自噬調(diào)節(jié)因子beclin-1、Atg12 和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表達，這有助于維持缺氧后心肌細胞自噬反應(yīng)通過靶向Beclin1 和Atg12 抑制細胞自噬，減輕缺氧誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡[28]。

3.2.2 外泌體miRNA 減少心肌纖維化 心肌梗死后心肌纖維化是因心臟重塑從而引起心肌衰竭的主要因素，在心肌損傷中起主要作用。研究人員研究證實，在缺氧誘導(dǎo)實驗中，脂肪干細胞來源的外泌體分泌大量的miR-126，可以降低心肌纖維化程度，其機理可能是通過外泌體miR-126 可降低纖維化中有關(guān)蛋白質(zhì)的表達，減輕心肌纖維化程度，而且還能夠通過調(diào)控炎癥因子的表達，從而降低H9C2心肌細胞損傷，促進微血管的形成與轉(zhuǎn)化，改善心臟供血功能[29]。將巨噬細胞產(chǎn)生的外泌體miR-155 轉(zhuǎn)運至心臟成纖維細胞中，發(fā)現(xiàn)miR-155 可以降低鳥苷酸交換因子(son of sevenless 1，Sos1)的表達，調(diào)控成纖維細胞生長，改善心肌供血，減輕心肌纖維化。通過缺血預(yù)處理小鼠骨髓間充質(zhì)干細胞，發(fā)現(xiàn)其釋放的外泌體中富含miR-22，可以靶向抑制心肌細胞中的甲基化CPG結(jié)合蛋白 2(Methyl Cp G binding protein 2，Mecp2)，抑制心肌細胞壞死、減少心肌梗死后纖維化，減小梗死面積，提高心肌功能[30]。

3.2.3 外泌體miRNA 促進心肌梗死區(qū)新生血管的形成 心肌梗死區(qū)新生血管生成指由于冠狀動脈狹窄、堵塞而導(dǎo)致心臟組織缺血缺氧，在缺血缺氧區(qū)域周邊新生毛細血管以促進氧氣和營養(yǎng)的供給，對于恢復(fù)缺血區(qū)的血氧供應(yīng)和及時挽救受損心肌具有重要的意義。新生血管生成作為缺血性心臟病血運重建的代償策略之一，與外泌體miRNA 的功能密切相關(guān)[31]。有實驗研究指出，將骨髓間充質(zhì)干細胞來源的外泌體miR-23a-3p 和miR-130a-3p 過表達，能促使心肌梗死區(qū)新生血管的生成，其機制是靶向調(diào)控Ras/促分裂原活化的蛋白激酶通路[32]。人子宮內(nèi)膜來源的間充質(zhì)干細胞外泌體miR-21 靶向過PTEN/Akt 途徑增強細胞活性，抑制細胞凋亡，促進心肌梗后死梗死區(qū)的血管生成[33]。血管生成是改善心肌功能所必需的，是急性心肌梗死(AMI)后長期預(yù)后的關(guān)鍵因素。

4 展望

綜上所述，外泌體作為細胞的主要信息載體，其攜帶的大量可變miRNA 能夠?qū)κ荏w細胞產(chǎn)生整體的調(diào)控效果，在心臟病變過程中發(fā)揮著重要作用[34-36]，介入了多種心血管疾病的生理病理過程，特別在心肌梗死的發(fā)生發(fā)展中具有重要意義。外泌體miRNA的多重生物學(xué)功能，使其在復(fù)雜的心肌梗死疾病中產(chǎn)生了許多影響機制，包括影響心肌細胞的凋亡與自噬、抑制心肌纖維化、影響新血管形成等具有多向靶點調(diào)節(jié)的優(yōu)勢。外泌體miRNA 與心肌梗死的相關(guān)性也在一定程度上得以證實[37-38]。把外泌體miRNA視為潛在的風(fēng)險預(yù)測因子以補充已有的疾病診斷標(biāo)志物，并幫助評估患者預(yù)后也是很有發(fā)展的研究方向。