外泌體在心律失常中的研究進展

王曉霏，李雯，王轉轉，韓林，黃辰

作者單位： 710061 西安，西安交通大學

心律失常是一種心血管疾病，由于竇房結激動異常或激動產生于竇房結以外，導致心臟搏動的頻率和/或節律異常。這種疾病可單獨發病，也可與其他心血管疾病伴發，如心肌缺血缺氧、心力衰竭、氧化應激及長QT 綜合征等。目前的治療方法主要通過藥物或導管消融來恢復和維持竇性心律，但效果有限[1]。近年來，外泌體成為了心律失常相關領域的研究熱點。外泌體是一種細胞分泌的膜性囊泡，其攜帶的組分可以反映細胞的生理狀態，因此成為疾病標志物篩選的有效工具。同時，外泌體因其免疫原性較低，膜的生物相容性良好，因此也成為藥物及基因遞送的高效載體[2-3]。本文對外泌體在心律失常研究方面進行綜述，為該領域提供新的治療視角和方法。

1 外泌體的生物學特征與發生

外泌體是一種細胞分泌的細胞外囊泡組成成分之一，直徑30 ～150 nm，包含復雜RNA、蛋白質、脂質和DNA 等[2]。外泌體膜富含膽固醇和鞘磷脂，并含有多種膜蛋白，根據功能可以分為四類：（1）CD9、CD63、CD81 和CD82 蛋白等轉運相關蛋白；（2）MHCⅠ、MHCⅡ和CD86 等抗原處理與呈遞相關蛋白；（3）信號傳導相關蛋白，如外泌體膜蛋白黏蛋白-1（MUC1）亞基含有羧基末端結構域，其可以通過磷酸化和蛋白質-蛋白質相互作用參與細胞信號傳導；（4）Rab GTP 酶家族成員、SNAREs、flotillin 以及annexins 等胞吐和胞吞相關蛋白。不同細胞或同種不同生理狀態細胞分泌的外泌體，其囊腔中所含蛋白種類不同。此外，外泌體中還含有miRNA、lncRNA、mRNA 和DNA 等多種非編碼RNA 和編碼RNA 分子，參與生物體的生命活動調節[4]。

外泌體是通過細胞內吞和胞吐過程形成的細胞外囊泡，其分泌過程復雜有序。最初，新攝入的受體、脂膜和細胞外液等物質被包于早期內體中，然后通過ESCRT-0、ESCRT-Ⅰ及ESCRT-Ⅱ等作用，識別泛素化膜蛋白并捕獲到早期內體膜表面，以“逆出芽”方式向內凹陷出芽，并進一步選擇性地包裹部分細胞質成分形成管腔內小體。隨著ESCRT-Ⅲ的剪切作用，管腔內小體與內體質膜分離形成多囊體（MVB），MVB可被轉運到溶酶體融合被降解，或者與細胞膜融合后釋放其內部小囊泡，產生外泌體[5]。此外，HSC70、HSP90 等蛋白參與了特異性結合內容物分選入外泌體的過程[6]。外泌體還能夠富集AGO2 與RISC 等miRNA 結合相關蛋白[7]，為miRNA 分選進入外泌體提供了條件。因此，外泌體在細胞間傳遞信息和物質方面具有重要作用，其在許多生物學過程中發揮著至關重要的作用。外泌體可以通過多種途徑作用于靶細胞，包括：（1）外泌體膜上的信號蛋白與靶細胞膜上的受體結合，從而影響靶細胞的信號轉導途徑；（2）外泌體將供體細胞表面的功能蛋白轉運到靶細胞膜上，改變靶細胞的功能；（3）外泌體與靶細胞發生膜融合，向靶細胞傳遞mRNA、非編碼RNA 等遺傳物質，或者釋放傳染性顆粒以及功能蛋白質；（4）外泌體被受體細胞內吞或吞噬，作為營養物質被受體細胞的溶酶體降解[4]。因此，外泌體在醫學研究中有著廣泛的應用前景。

2 外泌體生物標志物與心律失常相關疾病

2.1 心房顫動（AF） AF是成年人中最常見的持續性心律失常，其主要原因為基因突變、功能損傷、離子通道與轉運體及鈣離子加工蛋白的表達紊亂，以及異位興奮灶的發生，導致心房纖維化、重構、電異常和流變功能障礙[8]。引起AF 的心房電重構和結構性重構與外泌體密切相關。

心房電重構是指心房肌細胞的結構和功能發生改變，導致心房電活動異常，為促進持續性AF 的關鍵因素[9]。心房肌細胞的結構和功能改變可導致外泌體的內含物組成發生變化，檢測差異的外泌體標志物具有預測心房電重構和AF 的價值。L 型鈣電流的改變和電壓門控型L型鈣通道亞基1c（Cav1.2）的表達減少導致動作電位持續時間縮短，與AF 有關。AF 患者血清源性外泌體中的miR-21-3p 和miR-21-5p 均上調，其中miR-21-3p 直接靶向作用于編碼Cav1.2 的CACNA1C 基因，抑制Cav1.2 蛋白表達[10]。在風濕性心臟病合并AF 患者和AF 犬心房模型中，富含miR-328 的外泌體通過靶向編碼L型鈣通道的CACNA1C 和CACNB1 基因參與心房電重構[11]。與AF 患者相比，AF 相關的缺血性腦卒中患者血清外泌體miR-641 和miR-30e-5p 顯著升高，可作為AF 與AF 相關的缺血性腦卒中的鑒別指標[12]。miR-122-5p 在術后AF 患者中上調，提示其是預測術后AF 的生物標志物[13]。在持續性AF 患者血清外泌體中，miR-142-5p、miR-483-5p、mir-223-5p和miR-223-3p 可能與AF 的進展有關[14]，外泌體miR-92b-3p、miR 1306-5p 和Let-7b-3p 表達有助于評估AF 的風險和進展[15]。在人心包液中檢測到的外泌體miR-382-3p、miR-450a-2-3p 和miR-3126-5p，可以反映心臟纖維化相關的AF進展[16]。除了miRNA以外，lncRNAs 也可以作為AF 的標志物。lncRNAs LOC105377989 和LOC107986997 在持續性AF 患者血清外泌體中表達上調，兩者對AF 的診斷均具有顯著的有效性，其中lncRNA LOC107986997 還參與AF 相關的病理生理調節[17]。

心肌纖維化是AF 的病理表現。起搏心肌成纖維細胞的外泌體（CF-exos）引起快速起搏h9c2 細胞鐵死亡，其高表達的miR-23a-3p 可直接靶向抑制SLC7A11 的翻譯，抑制miR-23a-3p 可以逆轉CFexos 誘導h9c2 細胞鐵死亡的過程[18]。經Ang-II 處理的人心肌細胞來源的外泌體高表達PVT1，并通過抑制miR-145-5p 增加IL-16 的表達促進M1 巨噬細胞極化，進而促進心房成纖維細胞的細胞外基質重塑，因此提示PVT1 可能是AF 的治療靶點[19]。有研究發現AF 患者和AF 大鼠模型中miR-324-3p 表達降低，導致其下游靶點TGF- 1 升高，PI3K/AKT 信號通路開放，引起成纖維細胞增殖[20]，這表明miR-324-3p 可能是AF 的保護因子。

2.2 心肌梗死（MI） MI 是冠狀動脈急性、持續性缺血缺氧所引起的心肌壞死，可并發心律失常、休克或心力衰竭，常危及生命。尋找MI 早期標志物，通過快速診斷，可提高MI 的救治效率。研究發現MI患者外泌體的大小和濃度明顯高于年齡匹配的非MI患者，并且血漿源性外泌體中LDLR 和APOA5 水平顯著降低，提示其可作為MI 的診斷標志物[21]。另外，與對照組相比，AMI 患者中 lncRNAs ENST00000556899.1 和ENST00000575985.1 顯著上調。ROC 曲線分析顯示，循環外泌體lncRNAs ENST00000556899.1 和 ENST00000575985.1 的AMI 曲線下面積（AUC）分別為0.661 和0.751。其中，ENST00000575985.1 與炎癥生物標志物、預后指標、心肌損傷標志物等臨床參數的關系更為顯著[22]。

2.3 動脈粥樣硬化（AS） AS是由于脂質代謝障礙而引起脈粥樣硬化病變的一類疾病，為冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因。其特點是受累動脈病變從內膜開始，先由脂質和復合糖類在血管內沉積，導致動脈壁增厚變硬、血管腔狹窄。隨著病變發展，導致動脈腔阻塞，引起該動脈所供應的組織或器官缺血或壞死。外泌體通過細胞間信息交換參與血管鈣化，在血管粥樣硬化中發揮重要作用。研究表明，miR-146a通過負調控IRAK1 和TRAF6 表達抑制泡沫細胞的形成、RAW264.7 巨噬細胞的凋亡和促炎反應，從而增強動脈粥樣硬化斑塊的穩定性[23]。而在致AS 外泌體中，miR-146a 高度富集，其可抑制巨噬細胞IGF2BP1 和HuR的表達，進而降低巨噬細胞遷移，從而促進血管平滑肌的鈣化[24]。巨噬細胞來源的外泌體miR-4532 通過靶向SP1 和下游NF- B P65激活，顯著破壞人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）功能，可能與AS 的發生相關[25]。血小板分泌高表達miR-223 的外泌體可以調節平滑肌細胞增殖和遷移，影響內皮炎癥和AS 的進展，而用吲哚酚可以降低miR-223 的表達，限制AS 的發展。內臟脂肪來源的外泌體miR-27b-3p 進入血管內皮細胞，可以靶向下調PPAR ，激活NF- B 通路，增加炎癥和AS[26]。攜帶miR-16 和miR-21 的外泌體可以抑制NF- B 通路，阻斷TNF- 誘導的內皮炎癥反應，從而延緩AS的進展[27]。與穩定斑塊患者相比，不穩定/易損斑塊患者的血清外泌體中circ_0006896 的表達明顯增加，其水平與三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇和C-反應蛋白水平呈正相關，這提示circ_0006896 與斑塊的不穩定性有關[28]。

2.4 冠狀動脈疾病（CAD） CAD 是一種常見的心臟疾病，其中冠狀動脈血流減少導致心肌缺血。外泌體循環RNA 在CAD 的診斷中具有重要的作用。circNPHP4 在CAD 患者單核細胞分離出的外泌體中表達顯著升高，通過抑制miR-1231 促進EGFR/PI3K/AKT通路，影響人冠狀動脈內皮細胞對單核細胞的招募[29]。穩定型心絞痛（CCS）患者血漿外泌體lncRNA ENST00000424615.2 和 ENST000005607 69.1 較對照組高，兩個lncRNA 的ROC 曲線下面積分別為0.654 和0.722，可作為診斷CCS的生物標志物。更多病變血管的CCS 患者中外泌體lncRNA ENST00000560769.1 更高，提示其可能與預后不良有關[30]。外泌體 miRNAs miR-133a、miR-208a、miR-1、miR-499-5p 和miR-30a 在CAD 患者中表達上調，可以用于急性MI 的早期診斷。在CAD 患者中，外泌體蛋白如纖維蛋白原/ 鏈、間-胰蛋白酶抑制劑重鏈和-1 抗胰蛋白酶表達上調，提示其為潛在的蛋白質生物標志物；而白蛋白、簇蛋白和維生素D結合蛋白下調，可作為預后指標[31]。此外，外泌體circ_0005540 與SOCS2-AS1 在CAD 患者中也普遍升高[32]。研究發現，穩定性冠狀動脈疾病（SCAD）組血 清 外 泌 體 中 miR-942-5p、miR-149-5p 和miR-32-5p 的表達水平顯著高于對照組，診斷SCAD的AUC 分別為0.693、0.702 和0.691；GO 分類和信號通路分析提示這些miRNA 參與了SCAD 的病理生理過程[33]。

3 外泌體與心律失常相關疾病的治療

3.1 AF AF的發展與外泌體miRNA密切相關，提示外泌體miRNA 可能在AF 治療中扮演著關鍵的角色。間充質干細胞分泌的外泌體可以改善心肌損傷并減小MI 面積。其中外泌體miRNA-22 可調節甲基化結合蛋白，改善心肌纖維化并抑制心肌細胞凋亡[34]；外泌體miRNA-126 和血管內皮生長因子可促進血管生成過程，并在一氧化氮刺激下具有更好的效果[35]。胚胎干細胞來源的外泌體miRNA-294 可抑制心肌纖維化，從而改善MI 后的心功能[36]，而大鼠血漿的外泌體miRNA-24[37]和脂肪組織的外泌體miRNA-320d[38]也具有保護心臟的作用。另外，心球細胞的外泌體富含miRNA-146a，可通過抑制心肌細胞凋亡，降低瘢痕組織形成來修復受損心肌[39]。

3.2 MI 發生MI 時，由于部分心肌細胞死亡和破壞會導致炎癥反應和心肌細胞凋亡，從而加重心肌缺血缺氧，導致心肌功能不全。外泌體治療能夠通過多種途徑對心肌細胞進行保護，減輕心肌缺血再灌注傷害，快速抑制心肌凋亡并促進免疫系統的再生治療。有研究表明，外泌體可以被有效釋放到心肌組織中，抑制心肌細胞凋亡和炎癥反應，進而降低梗死面積和縮短肌細胞恢復期。外泌體來源的miR-146a[40]和miR-21[41]等能夠促進心肌細胞生長和再生，抑制心臟炎癥反應，對心肌細胞和纖維化細胞起到保護作用。miR-126 能夠促進血管新生和心肌再生，對梗死心肌發揮保護作用[42]。近年，工程化外泌體在MI 治療中的應用得到了廣泛重視。金屬蛋白酶-2 的組織抑制劑修飾的人臍帶msc來源外泌體通過Akt/SFRP2 途徑增強大鼠MI模型的修復[43]；過表達HIF-1 的msc 來源外泌體可以增強AMI 后的血管生成[44]；間質干細胞衍生因子（SDF）-1 外泌體可抑制缺血心肌細胞的自噬，促進內皮細胞微血管生成[45]。缺血心肌靶向肽（IMTP）設計的外泌體可以特異性靶向缺血心肌，使MSC 衍生的IMTP 外泌體對AMI 的治療作用增強[46]。心臟祖細胞（CPC）分泌外泌體的膜上富集有妊娠相關血漿蛋白A（PAPP-A），PAPP-A可以切割IGFBP-4，釋放IGF-1，進而觸發心肌細胞Akt 和ERK1/2 的激活以及caspase-7 的抑制，對心肌細胞發揮保護作用[47]。

3.3 AS 外泌體不僅可以誘導AS 的形成，同時也可以抑制其病理過程，成為治療的手段。來自間充質干細胞、內皮祖細胞、骨髓源性巨噬細胞和血小板的外泌體可以改善AS。其中，間充質干細胞來自的外泌體富集了包括miR-100-5p[48]、miR-512-3p[49]、let-7 家族[50]和miR-21a-5p[51]等多種miRNA，能夠減少AS 斑塊的面積和斑塊中巨噬細胞的浸潤，促進M2 巨噬細胞極化，并且通過靶向不同的信號通路來調節巨噬細胞的遷移、膽固醇代謝和炎癥反應等生物過程。這提示MSC 來源的外泌體可能成為治療AS 的新型藥物。

血小板源性外泌體在預防AS 方面也發揮著重要作用。凝血酶激活的血小板源性外泌體中含有多種miRNA，如miR-223、miR-339、miR-21[52]和miR-25-3p[53]等，這些 miRNA 可以通過靶向ICAM-1、Adam10 等分子，調節NF- B 信號通路，從而抑制內皮炎癥和炎癥反應，緩解AS 的發生。

綜上所述，外泌體作為一種具有廣泛應用前景的生物學信號載體，可以通過作為診斷標志物、參與疾病治療等方式，為心律失常相關疾病的臨床治療提供更加精準、有效的手段。隨著對外泌體研究的不斷深入和技術的不斷進步，將會在心血管領域的應用得到更加廣泛的開展。

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