細胞外囊泡在心血管疾病中的應用

【摘要】心血管疾病（CVD）位居中國城鄉居民疾病死亡構成比之首。細胞外囊泡（EV）通過運載生物活性物質參與多種CVD的病理生理機制，并在細胞通訊中發揮重要作用。在精準醫學的時代背景下，EV已逐漸成為CVD診斷、預后、治療的生物標志物。現對EV在CVD中的研究進展及應用現狀進行綜述，以期為CVD的基礎研究及臨床應用提供新的視角和思路。

【關鍵詞】細胞外囊泡；心血管疾病；生物標志物

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2025.01.002Application of Extracellular Vesicle in Cardiovascular DiseaseLI Ruining1，LIU Yishuo2，LI Zhongheng1，SUN Lijie1

（1.Department of Cardiology，Peking University Third Hospital，NHC Key Laboratory of Cardiovascular Molecular Biology and Regulatory Peptides，Beijing 100191，China； 2.Peking University Health Science Center，Beijing 100191，China）【Abstract】Cardiovascular disease（CVD） is the leading cause of death among urban and rural residents in China.Extracellular vesicle（EV） is involved in various pathophysiological mechanisms of CVD and plays an important role in cell communication by carrying bioactive substances.In the era of precision medicine，EV has gradually become a biomarker for the diagnosis，prognosis and treatment of CVD.This paper reviews the research progress and application of EV in CVD，in order to provide new perspectives and ideas for the basic research and clinical application of CVD.

【Keywords】Extracellular vesicle；Cardiovascular disease；Biomarker

細胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）是一種高度異質性的分泌膜囊泡，既能作為清除廢物的載體，也可參與細胞通訊，根據發生方式可分為外泌體、微囊泡或微顆粒、凋亡小體，其中外泌體由多泡體與質膜融合后被釋放到胞外，微囊泡由質膜直接出芽形成，凋亡小體則由凋亡細胞的胞核與胞質迅速包裹形成，釋放后可在組織及體液中被檢測到，并通過其特定的表面分子識別起源細胞，因而被稱為“液體活檢”。EV最初作為正常血漿中血小板來源的促凝顆粒于20世紀60年代被報道，目前已先后被發現其在心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）、腫瘤性疾病等領域的診治價值。諸多研究表明EV參與不同CVD的發生發展，并可作為CVD診斷、預后的潛在生物標志物，甚至是治療的載體。現就EV在CVD生物學功能中的研究進展進行綜述，以期為CVD的基礎研究及臨床應用提供新的視角和思路。

1EV在CVD中的應用

帶有特異性表面標志物的EV運輸蛋白質和核酸等物質，在不同條件下表現出高度穩定性，該特征使EV更適于生物標志物的鑒定及檢測［1］。來源于內皮細胞、心臟祖細胞、心臟成纖維細胞、心肌細胞等的EV參與多種心血管病理過程。

1.1EV在動脈粥樣硬化和冠狀動脈性心臟病中的應用冠狀動脈性心臟病仍是目前全球范圍內死亡的主要原因，外泌體攜載微RNA（microRNA，miRNA）、長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）、蛋白質等多種物質均參與冠狀動脈粥樣硬化的病理生理過程，具有診斷、預后評估以及靶向治療的潛力。

1.1.1EV在動脈粥樣硬化和冠狀動脈性心臟病中的診斷

已有多項研究表明EV miRNA參與血管生成、炎癥反應等過程，可協助診斷及預測動脈粥樣硬化［2］。血清外泌體miR-122-5p與不穩定型心絞痛患者冠狀動脈狹窄程度呈正相關，可預測冠狀動脈病變嚴重程度并協助診斷急性冠脈綜合征［3］。EV miRNA在評估心肌梗死的預后及轉歸方面也有重要意義。例如，外泌體miR-192、miR-194和miR-34a作為p53反應性miRNA，能抑制缺氧誘導因子-1活性及抗血管生成，急性心肌梗死后其水平升高可能提示心力衰竭（heart failure， HF）進展［4］。M2型巨噬細胞釋放含有circUbe3a的小EV，并通過circUbe3a/miR-138-5p/RhoC軸介導心肌梗死后的心肌纖維化［5］。

除核酸外，外泌體運載的蛋白質，例如前列腺特異性膜抗原6、前列腺特異性膜抗原7、膜聯蛋白A2、血管細胞黏附分子-1、內皮型一氧化氮合酶在動脈粥樣硬化患者及健康人之間存在差異，提示其可能作為預防和治療動脈粥樣硬化的靶點［2］。

1.1.2EV在動脈粥樣硬化和冠狀動脈性心臟病中的治療

目前，動脈粥樣硬化的治療核心是調脂及穩定斑塊，而斑塊中血管平滑肌細胞的異常增殖和遷移是導致血管重構的重要原因，也是動脈成形術后再狹窄的重要機制，研究發現EV參與內皮炎癥、平滑肌細胞遷移、巨噬細胞吞噬等病理過程，為尋找干預靶點提供了線索（見表1）。

急性心肌梗死發生后，心肌細胞壞死繼發側支血管形成及炎癥級聯反應，微循環血流阻力增加、功能異常以及血液灌注受損是梗死后心肌損傷、修復、重塑的重要病理機制。表2總結了部分與上述過程相關的分子，可能具有改善急性心肌梗死預后的潛力。

除運載活性物質外，由過表達特定分子的細胞分離出的EV也可發揮相應生物學作用。例如，過表達缺氧誘導因子-1α的間充質干細胞可通過上調促血管生成因子，促進血管新生［15］。攜載巨噬細胞移動抑制因子的間充質干細胞，其外泌體可促進急性心肌梗死后血管生成、抑制細胞凋亡、減少纖維化及保護心臟功能，內含的miR-133-3p及其下游Akt信號通路亦參與此過程［16］。

此外，外泌體已逐漸應用于心肌的再生醫學研究中，常見的給藥途徑包括向心包腔內、心肌或冠狀動脈內注射等。在動物模型中，向心包腔內注射的間充質干細胞來源外泌體被主要組織相容性復合體Ⅱ+抗原呈遞細胞攝取，激活抗原呈遞細胞中PP2A/p-Akt/Foxo3通路，進而誘導Tregs細胞進行心臟修復，縮小心肌梗死面積，增加瘢痕厚度［17］。直接向動物模型心肌注射富含miR-21［18］、miR-486-5p［19］的EV能減小梗死面積，促進心功能恢復。目前尚無EV用于治療人類心肌梗死的研究。

1.2EV在HF中的應用

HF是大多數CVD的最終結局，利尿鈉肽仍是目前最廣泛用于診斷及評估HF進展的生物標志物。循環EV miRNA作為HF非侵入性診斷及預后生物標志物的潛在臨床價值已逐漸被認識。

1.2.1EV在HF中的診斷及預后

HF患者血液中EV及其內容物濃度對疾病進展具有提示意義。研究［20］發現失代償性HF患者血漿EV-hERG1和EV-Hsp47水平下降，可能作為HF的診斷標志物，但具體機制尚待進一步驗證。此外，外泌體miR-34a通過Smad4/TGF-β1、Foxo3/PUMA、Notch1/ETBR、PTEN/PI3K/SIRT1和FOXM1/NRF2/HO-1等信號轉導途徑參與控制細胞凋亡、自噬、炎癥、衰老、纖維化和重塑等過程［21］，在HF預后評估中具有一定價值。

1.2.2EV在HF中的治療

在缺血性HF急性期，心肌細胞來源的EV-miRNA-30d通過旁分泌作用向心臟成纖維細胞傳導信號，作用于整合素α5，從而抑制成纖維細胞的增殖和活化，改善心臟不良重構［22］。EV包被腺相關病毒可通過向細胞遞送基因發揮療效，例如可將SERCA2a等基因遞送至心肌，從而改善心肌梗死后心臟重構、促進心功能恢復，為HF的基因療法開辟新途徑［23］。此外，EV可通過向心肌內遞送線粒體改善細胞內能量，提供了載體轉移生物能量治療HF的可行性［24］。目前EV治療HF已有Ⅰ期臨床試驗案例報告，向繼發于非缺血性擴張型心臟病的嚴重難治性HF患者反復靜脈注射心臟祖細胞來源的EV，患者在治療后6個月心功能分級下降，超聲心動圖參數改善，利尿劑需求減少［25］。EV療法的安全性及有效性仍需更多臨床試驗評估。

1.3EV在心律失常中的應用

心律失常的病理機制復雜，EV miRNA通過促炎、促纖維化作用，參與心臟電重構、結構重構、神經激素代謝紊亂等致心律失常的病理機制。心外膜脂肪組織內含可調節靜息膜電位的miRNA，EV運載的miR-1-3p、miR-133a-3p是心外膜脂肪組織致心律失常的潛在介質，可能成為抗心律失常的治療靶點［26］。EV在心律失常尤其是心房顫動的嚴重程度及預后方面報告較多。循環中大EV（如微囊泡或微顆粒）中miR-106b-3p、miR-590-5p、miR-339-3p、miR-378-3p、miR-328-3p、miR-532-3p水平升高可預測非瓣膜性心房顫動高危患者［27］。血清外泌體lncRNA-LOC105377989、lncRNA-LOC107986997上調可預測及早期診斷心房顫動［28］，這些都將為預防高危患者的心房顫動發作并擬定更積極的治療策略發揮指導作用。

抗心律失常藥的療效有限，部分致命性快速性心律失常不能通過射頻消融或者植入型心律轉復除顫器而得到根治。因此，積極尋找心律失常新治療策略具有重要的臨床意義。過表達核轉錄因子紅系2相關因子2的骨髓間充質干細胞外泌體通過NRF2/HO-1通路抑制心房顫動大鼠的心肌纖維化、細胞凋亡和炎癥反應［29］，人心包液中外泌體所含的miR-382-3p、miR-450a-2-3p、miR-3126-5p通過抑制其靶基因（如MAPK1和AKT1）的表達而調節心肌纖維化［30］，可能作為預防及治療心房纖維化的靶點。目前尚未見EV在更多類型心律失常中的研究。

1.4EV在心肌病中的應用

心肌病是指由于遺傳、代謝、感染等因素導致心肌功能障礙或結構異常的一組疾病。心肌細胞損傷伴隨EV釋放增加，體循環中EV可作為心肌病診斷和預后的標志物。

1.4.1EV在心肌病中的診斷及預后

多項研究通過蛋白質組學分析顯示，與對照組相比，擴張型心肌病患者所分泌EV中纖維蛋白原、血清轉鐵蛋白酶、α1抗胰蛋白酶、熱激蛋白及多種載脂蛋白水平顯著升高［31］。其中，熱激蛋白不僅能作為診斷標志物，還能反映擴張型心肌病進展。在肥厚型心肌病中，成纖維細胞EV miR-21-3p可能通過靶向山梨醇、含SH3結構域的蛋白2和PDZ-LIM結構域蛋白5誘導心肌細胞肥大［32］。

除蛋白質外，EV攜載的特定miRNA也可作為心肌病診斷和預后的標志物。膿毒癥所致的心肌病中，來源于中性粒細胞的EV miR-150-5p、miR-21-5p等基因與心肌損傷的嚴重程度有關［33］。

1.4.2EV在心肌病中的治療

目前，研究發現可用于心肌病治療的EV主要來源于間充質干細胞和心臟祖細胞。間充質干細胞來源EV主要通過調節lncRNA/miRNA等方式改善心肌的炎癥微環境，發揮損傷后修復及心臟保護作用［34］。永生化心肌細胞來源EV可調節免疫反應，減弱核因子κB磷酸化，從而抑制炎癥過程，改善致心律失常性心肌病患者的心臟功能，減少心律失常的發生［35］。此外，血小板和內皮細胞等已分化細胞分泌的EV同樣在心肌病治療中發揮重要作用［36］。

1.5EV在結構性心臟病中的應用

結構性心臟病是指心臟結構異常導致的CVD，包括先天性心臟病和后天瓣膜性心臟病等。

目前已有研究發現EV可表達或攜帶先天性心臟病相關分子，并能在母體和胎兒之間雙向轉運［37］，可實現非侵入性產前檢測且無需進行DNA分析。目前，針對瓣膜病的主要治療方法是瓣膜置換，但其耐久性、生物相容性等仍存在不足。EV可作為納米遞送載體將特定的分子信號傳遞至病變瓣膜組織，以減少炎癥并促進鈣化組織的吸收，從而改變其形態和生理狀態［38］。但具體可行性和安全性仍待更多前瞻性研究驗證。

1.6其他

除CVD本身，EV還可參與心臟與其他器官的交互作用。例如，血漿EV中的胱抑素C和CD14與呼吸困難患者腎功能不全及HF相關，提示EV蛋白可能參與心腎綜合征，并作為預防及治療的潛在靶點［39］。富含miR-23-27-24簇的EV導致脂肪細胞內質網應激和內分泌功能障礙，因此靶向EV介導的心肌細胞-脂肪細胞病理性細胞通訊，可能具有預防心肌缺血再灌注后代謝功能障礙的潛力［40］。EV引起其他組織器官重塑及病理改變的機制及其潛在應用價值仍需進行大量深入研究。

2總結與展望

近10年來，EV在心血管病理生理學中重要作用的研究已取得重大進展，但在實現廣泛應用前仍有大量問題亟待解決。首先，雖然相較于細胞治療，EV療法具有更低的免疫原性以及更為良好的生物相容性，同時能一定程度保護所攜帶物質免受酶促降解，是理想的藥物遞送載體，但尚無有效的特異性標記用于區分EV的起源和亞型，體液樣本中的EV尚無標準化的分離及純化方法，阻礙了特異性EV生物學表征及其在細胞間發揮交互作用機制的深入探索；其次，在治療方面，盡管目前已有研究證明通過靜脈注射、心包膜、心肌或冠狀動脈內注射EV以及心臟外泌體貼片等方式在實驗動物體內的療效，但實驗結果可重復性尚待明確，且需通過大量研究證實其可行性及安全性。EV廣泛應用于CVD的研究和診治存在諸多挑戰，這些領域的進展不僅有助于揭示未知的CVD機制，而且可能推動疾病診治水平的提升，帶來新的治療方法，進而改善臨床結局。

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收稿日期：2024-09-22