外泌体及其在心血管疾病发生发展中的作用研究进展

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　　 【摘要】 外泌体是由多种细胞释放的纳米级脂质囊泡，能够通过他们的载体介导细胞间信号和通讯。免疫细胞介导的免疫反应在心肌梗死、动脉粥样硬化等多种心血管疾病的进展中也起着重要而复杂的作用，越来越多的研究表明，从免疫细胞中提取的外泌体对这些病理状态显示出多效性作用，但上述机制尚未得到充分的证实与解释。在这篇综述中，笔者首先描述了外泌体的生物发生、成分和生物学特性，然后讨论了免疫细胞来源的外泌体在心肌梗死、动脉粥样硬化、高血压内皮功能障碍等心血管疾病中的作用，免疫细胞来源外泌体作为一种活跃的细胞间通讯体，在心血管疾病中具有广阔的应用前景。
　　 【关键词】 外泌体 免疫细胞 心血管疾病
　　 Research Progress on Exosomes and Its Role in the Occurrence and Development of Cardiovascular Diseases/WANG Yunxi， CHEN Ning. //Medical Innovation of China， 2020， 17（13）： -159
　　 [Abstract] Exosomes are nanoscale lipid vesicles released by a variety of cells， which can mediate intercellular signal and communication through their carriers. Immune cell-mediated immune response also plays an important and complex role in the development of myocardial infarction， atherosclerosis and other cardiovascular diseases. More and more studies have shown that exosomes extracted from immune cells have multiple effects on these pathological states， but the above mechanism has not been fully confirmed and explained. In this review， the authors first describes the biogenesis， composition and biological characteristics of exosomes， and then discusses the role of immune cell derived exosomes in cardiovascular diseases such as myocardial infarction， atherosclerosis， hypertension and endothelial dysfunction. As an active intercellular communicator， immune cell-derived exosomes have wide application prospects in cardiovascular diseases.
　　 [Key words] Exosomes Immune cells Cardiovascular disease
　　 First-author’s address： Graduate School， Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou Medical College， Baotou 014010， China
　　 doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2020.13.039
　　 尽管在过去的十年中，许多发达国家的心血管疾病（CVD）死亡率有所下降，但在大多数发展中国家，心血管疾病仍然是导致死亡的主要原因[1]。尽管已经建立了通过恢复正常心脏解剖结构的方法来减轻急性心肌梗死时的心肌损伤，但仍需要新的治疗方法将心肌损伤之后的心肌重构最小化，以防止动脉粥样硬化的慢性进展[2]。外泌体是细胞经过“内吞-融合-外排”等一系列调控过程而形成的细胞外纳米级小囊泡，外膜由质膜起源的脂质双分子层组成，包含多种多样的载体，如蛋白质、mRNA和miRNA，保护他们免受酶的降解[3]。根据外泌体的组成，外泌体被认为在组织微环境间传递细胞间信息[4]，越来越多的研究表明，免疫细胞来源的外泌体可以促进心脏的修复和再生，目前，外泌体在心血管疾病中的潜在作用正在探索中。在这里，笔者回顾外泌体在心血管病中的新作用，关注的外泌体来自于典型的免疫细胞，如树突状细胞、巨噬细胞，主要讨论心血管疾病包括動脉粥样硬化、心肌病、高血压内皮功能障碍以及心肌梗死。这些知识可能在心血管疾病未来的治疗研究中起到重要的作用。
　　1 外泌体
　　1.1 外泌体的产生和分泌 真核细胞释放各种细胞外囊泡（EV），其含量和生物物理性质各不相同。其中外泌体是由内体向内出芽形成的纳米囊泡，既包含来自于内体的分子，如主要组织相容性复合体（MHC）Ⅱ类，也包含来自细胞表面的分子，包括不同的受体类型[5]。其精确大小存在争议，从
　　30～100 nm或大约小于150 nm。外泌体的产生和分泌过程包括三个不同的步骤。在外泌体生物发生的第一步，内吞囊泡是通过网格蛋白依赖或独立的内吞作用产生的。这些内吞小泡融合形成早期的核内体，在Rab蛋白的作用下形成晚期核内体，核内体的成熟过程导致了内腔小泡（ILVs）形成多泡体（MVBs）。下一阶段，MVBs向质膜转运并与质膜融合，同样在Rab蛋白的帮助下与载物结合，促进外泌体释放到细胞外空间[6]。然而，外泌体是如何在生理条件下产生的，目前仍不清楚，在生理和病理状态下的生物发生差异仍有待研究。 　　1.2 外泌体的成分 外泌体是由蛋白质、脂质双分子层和核酸组成的膜性纳米囊泡。外泌体内分子异常复杂，并根据细胞类型和病理生理状态而变化。外泌体表面蛋白部分来源于内吞过程中的质膜，由于质膜连续两次内陷，外泌体表面蛋白的类型与质膜表面蛋白的类型是一致的。已经有许多研究对外泌体结构蛋白进行了描述，达成广泛共识的是，他们的表面蛋白对于在质膜或细胞外基质与细胞摄取之间建立联系，在外泌体迁移和免疫识别至关重要[7]。脂质是外泌体组成的重要组成部分，参与外泌体的形成，并在外泌体成熟的早期和晚期发挥重要作用，在整个成熟过程中改变其组成。外泌体的脂质成分构成更多取决于来源细胞的类型，往往富含胆固醇、鞘磷脂和磷脂酰丝氨酸。外泌体含有的核酸包含细胞核和线粒体DNA的片段，功能性mRNA以及miRNA。近年来，miRNA的研究呈指数级增长，Valadi等[8]率先报道miRNA存在于外泌体中，外泌体miRNA可以转移到其他细胞中，对受体细胞发挥功能作用。
　　1.3 外泌体的转运 外泌体被认为是水平的、旁分泌的基因转移手段，在不同来源的细胞间传递miRNA。转移过程通过调控沉默复合体相关蛋白和miRNA递送诱导基因沉默，并激活靶细胞内的炎症反应[9]。有报道称，在血清和唾液中检测到的大多数miRNA都集中在外泌体中，且每个外泌体中只存在一个特定的miRNA，这表明外泌体介导的基因转移依赖于大量的外泌体转运[10]。外泌体上的表面受体可以作为识别信号，通过细胞膜介导的信号传导与靶细胞进行通信。由于外泌体携带的信息到达遥远位置的目标细胞，就像“瓶子里的消息”一样，外泌体对目标细胞的活性很可能不仅取决于他们所载物质的成分，还取决于目标细胞的代谢状态[11]。外泌体发挥的功能主要与不同组织细胞间的相互作用有关，这必然涉及免疫系统细胞。
　　2 免疫细胞来源外泌体在心血管疾病发生发展中的作用
　　 免疫细胞介导的免疫作用在心肌梗死、动脉粥样硬化、高血压内皮功能障碍等多种心血管疾病的进展中起着重要而复杂的作用，从免疫细胞中提取的外泌体，在这些病理状态中显示出多效性的作用，然而其潜在的机制并不完全明朗，免疫细胞来源外泌体在心血管疾病中的潜在作用正在探索中。
　　2.1 免疫细胞来源外泌体在心肌梗死发生发展中的作用 树突状细胞（DC）分泌的外泌体，通过直接接触或其他抗原递呈细胞（APC）等多种机制刺激T细胞反应，在心肌梗死（AMI）等心血管疾病中发挥着重要作用。有研究报道，白喉毒素受体转基因小鼠的调节性DC消融和调节性T细胞（Treg）耗竭，可能是心肌梗死后左心室功能恶化和重构、心脏炎症加重的原因[12]。相反，心肌梗死后治疗性调节性T细胞的激活逆转了结果，改善了愈后，强调Treg可能是心肌梗死中DC和DC来源外泌体的下游调控靶点。另有报道称，心肌梗死溶酶原性致敏DC可诱导心肌梗死组织特异性的Treg群，改善心肌梗死后左室重构，证实利用DC来源外泌体诱导Treg参与心肌梗死后重构的可行性[13]。
　　 与DC不同，含有miR-155的巨噬细胞来源的外泌体对心肌梗死后的心脏修复不利。有研究表明，巨噬细胞外泌体将miR-155转移到心脏成纤维细胞，抑制成纤维细胞增殖，增强炎症反应。miR-155介导的作用已经通过体内实验创建miR-155缺陷小鼠得到阐明，这些小鼠的心脏破裂发生率显著降低，心功能得到改善[14]。
　　 心肌梗死后早期，由中性粒细胞和单核细胞组成的白细胞迅速浸润梗死灶。根据急性心肌损伤后中性粒细胞的促炎特性，推测中性粒细胞来源的外泌体在启动先天免疫应答损伤相关分子模式中发挥重要作用。与未受刺激的中性粒细胞外泌体相比，脂多糖（LPS）刺激后的中性粒细胞外泌体携带与免疫反应和细胞通讯正调控相关的蛋白，显示气道平滑肌（ASM）细胞增殖特性的改变[15]。这意味着，中性粒细胞来源的外泌体在心肌梗死后尤其是心肌梗死后的心肌重构中发挥重要作用。
　　2.2 免疫细胞来源外泌体在动脉粥样硬化发生发展中的作用 成熟DC来源外泌体的致动脉粥样硬化特征可能与DC的亚群有关，不同DC亚型的外泌体可能导致不同的结果。其中一些亚型在动脉粥样硬化的发生发展中起保护作用，如CD103+DC。其他亚群，如CD11b+DC抑制Treg反应并驱动动脉粥样硬化[16]。这些作用大多与促进Treg活性和抑制促炎效应T细胞活性密切相关。
　　 髓系来源的抑制细胞（MDSCs）是免疫抑制细胞的一个子集，有研究表明，MDSCs随着动脉粥样硬化的发展而发展，并通过减少动脉粥样硬化斑块显示出抑制炎症反应的作用，这在小鼠动脉粥样硬化模型中得到了证实。其中，口服热休克蛋白60（HSP60）可导致载脂蛋白E缺陷小鼠斑块的减少和单核细胞MDSCs（M-MDSCs）的增加，而皮下注射HSP60可产生不同的作用，使粒细胞MDSCs（G-MDSCs）增加[17]。因此，M-MDSCs释放的外泌体可能与G-MDSCs释放的外泌体在功能和对动脉粥样硬化的影响方面可能存在差异，但尚需进一步研究阐明。此外，已有研究表明，阿霉素治疗的乳腺肿瘤荷瘤小鼠可诱导MDSCs分化，MDSCs釋放含有miR-126-5p的外泌体，限制动脉粥样硬化病变的形成，说明MDSCs来源的外泌体中的miR-126-5p可能具有同样的抗动脉粥样硬化能力[18]。
　　2.3 免疫细胞来源外泌体在高血压内皮功能障碍发生发展中的作用 已有研究表明，巨噬细胞来源的外泌体在一定程度上，可以在高血压条件下引起内皮细胞（EC）的炎症反应。有研究小组利用巨噬细胞细胞株THP-1，从血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）灌注的大鼠血清和AngⅡ刺激的THP-1细胞中分离出外泌体，并比较了他们对内皮细胞炎症因子表达的影响[19]。体内和体外实验均显示细胞内黏附分子-1（ICAM-1）和纤溶酶原激活物抑制剂1型（PAI-1）在ECs中表达增强，而ICAM-1的抑制剂miR-17表达降低。同样，不同抗原诱导的单核细胞来源外泌体都明显改变了内皮细胞黏附分子的表达。例如，与没受刺激的单核细胞来源外泌体相比，LPS刺激单核细胞分泌的外泌体可以显著提高ICAM-1、CCL-2和IL-6表达[20]。总而言之，巨噬细胞的外泌体可能导致EC功能障碍和损伤，在高血压背景下对靶器官损伤构成潜在风险。 　　 活化T細胞来源的外泌体已被证明与内皮损伤相关。抗CD3/CD28失活的T细胞释放含有miR-142-3p的外泌体，这些外泌体可以转移到人血管内皮细胞，导致内皮通透性增加。除了miRNA外，血小板反应蛋白-1受体CD47还被发现表达于来自T细胞的外泌体上，调节内皮细胞对血管内皮生长因子的反应和血管的形成[21]。
　　2.4 免疫细胞来源外泌体在心肌病发生发展中的作用 巨噬细胞来源的外泌体通常会增强心肌炎症对心脏的损伤。有实验表明，在脓毒症诱导的心脏炎症中，使用GW4869抑制巨噬细胞促炎细胞因子的外泌体释放，降低了脓毒症引发的炎症反应，减轻了心功能障碍，延长了小鼠的生存时间，强调了巨噬细胞来源外泌体在炎症心脏中的重要作用[22]。
　　 在含有Fas配体的T淋巴细胞外泌体中，在激活诱导多泡体与质膜融合后，会分泌出“致死外泌体”[23]，这些外泌体通过消除活化的T细胞来帮助预防潜在的自身免疫性损伤。这表明，这些携带Fas配体的外泌体可能对心肌细胞死亡碎片的清除具有保护作用，并限制心肌损伤后相关炎症的发生。
　　3 免疫细胞来源外泌体在心血管疾病中的应用展望
　　 免疫细胞对各种心血管疾病的心脏免疫反应和炎症反应的增加至关重要，免疫细胞分泌的外泌体功能的发现，使不同的免疫细胞在心脏疾病进展中的作用研究更加复杂。临床前研究证实，免疫细胞来源外泌体通过减轻心肌缺血-再灌注损伤，促进血管生成和抑制心室重构，对缺血性心脏病具有保护作用[24]。来自免疫细胞的外泌体可能具有免疫调节能力，在调节心血管疾病引起的免疫反应方面具有诊断、治疗及判断预后的潜力[25]。然而，由于单纯的外泌体具有多种生物学效应难以操作，因此越来越多的研究人员试图通过结合低分子量药物或修饰来源细胞来重构外泌体，这提高了外泌体的释放效率，也有助于将其靶向传送到病变部位[26]。
　　 在心血管疾病的发生发展中，免疫细胞分泌的外泌体介导的细胞间信号传导是一个多方面的过程，其复杂的作用机制正在被慢慢地破译。目前只发现了一小部分外泌体在免疫调节方面的作用，但一些研究已经证明了免疫细胞来源外泌体的对心脏的保护作用。虽然来自免疫细胞的外泌体对心血管的潜在影响才刚刚开始探索，随着再生外泌体的研究，将推动寻找新的方法来研究心血管信号传导和心脏保护。
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　　（收稿日期：2019-12-09） （本文編辑：姬思雨）
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