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外泌体在高血压左心室肥厚中的研究进展

来源:用户上传      作者:邱汉钊 王振花 陈军

  摘要:心脏是高血压最常见的累及靶器官,表现为心室肥厚。虽然,目前有超声心动过图、心电图等检查等检查辅助诊断,但仍有很大的局限性,需要人们探索更准确的诊疗方法。外泌体是一种能够在细胞间进行信息传输的纳米囊泡,在调控心肌肥大、心肌细胞凋亡和心肌纤维化以及新生的血管形成等方面发挥着重要的作用,进而调控心室肥厚。根据外泌体的功能与相关特性,其未来可能在高血压左心室肥厚相关诊治中为临床的广泛应用提供新思路。
  关键词:高血压;外泌体;心室肥厚;miRNA
  中国心血管健康与疾病报告2020显示,中国居民患有高血压病的人数逐年上升,不仅导致医疗资源的大量消耗,也给社会与家庭生活带来了经济及精神负担[1]。高血压可以引起多器官结构和功能的损害,如心脏、肾脏、脑等,且对心脏的损害是最大的。长期高血压可致使患者心脏出现左心室向心性肥厚,进一步容易出现急性左心衰,并逐渐发展为慢性心力衰竭,严重影响患者的生命和生活质量[2]。因此,及早发现和诊断高血压左心室肥大是改善患者预后的关键。目前,临床上一般采用超声心动图、心脏核磁共振、心电图等对高血压左心室肥厚进行辅助检查,虽然可以满足诊疗需求,但对正确率和检出率的限制仍然促使人们去探索更准确的诊疗方法,希望能为高血压性左心室肥大的临床研究中找到新的生物标志物和治疗新方向。本文就近年来外泌体对高血压左心室肥厚影响的相关研究进行了综述。
  1外泌体
  1.1 外泌体结构
  细胞外囊是一种由活的细胞所形成的纳米小囊泡。根据生物发生、大小不同,又可分为外泌体(30~120nm)、微泡(50~1000nm)和凋亡小w(500~2000nm)三大类。外泌体是活细胞由内溶酶体产生,通过出芽及多泡体脂质双层膜的反复内陷于细胞膜,并分泌至各种体液内,包括唾液、血液、尿液、精液、腹水等。外泌体由着多种物质组成,包括多种RNA(其中miRNA占总RNA的76.2%)和其他非编码RNA、细胞质和膜蛋白(受体、MHC分子等)等;并且外泌体有着多种生物标记物,如四跨膜蛋白、ESCRT蛋白、肌动蛋白、网格蛋白、整合素等。
  1.2 外泌体特征与功能
  外泌体是细胞相互之间传递信息的新载体,可以调节细胞之间蛋白质以及遗传物质等交换。在体液循环中,外泌体主要功能是:(1)将信息与细胞表面的配体和受体结合,用作信号复合分子;(2)在细胞与细胞之间转移受体来传递信息;(3)向受体细胞传送功能蛋白或感染粒子;(4)将基因信息经由 RNA或转录因子传送至受体细胞,从而进一步发挥其细胞调控、免疫反应、神经通信等生物学功能。生理状态下,外泌体能维持着正常的生理条件或功能;而在病理状态下,细胞可以分泌大量外泌体传递信息,从而影响机体正常功能或结构。外泌体拥有四大特征:1.靶向性;2.特异性;3.稳定性好;4.毒性低、免疫原性低[3]。
  2外泌体在高血压左心室肥厚中的作用
  在长期的高血压刺激下,心脏左心室首先会出现一系列心肌肥大、心肌凋亡、心肌纤维化、新生血管形成等方面的代偿反应,进一步引起心肌细胞肥大、心肌重构,从而引起心肌失代偿,最终导致心室肥厚。依据2018年中国高血压防治指南,超声心动图诊断左心室肥厚:左室质量指数(LVMI)≥ 115g/m2(男性),LVMI≥ 95g/m2(女性)。长期作用会对心脏的收缩和舒张功能造成很大的影响,甚至会导致严重的心律失常以及心力衰竭,危及生命[4]。机体各种细胞均可分泌相关外泌体,以维持细胞相互之间的生理功能以及病理状态下的联系。大量研究表明,外泌体在心肌肥大、心肌细胞凋亡、心肌纤维化、新生血管形成等方面扮演着不可或缺的角色。
  2.1 外泌体与心肌肥大
  心肌肥大是由于心脏在超负荷的情况下,使心肌细胞体积增大,重量增加。生理性状态下,机体为满足结构和功能需求,心肌肥大有利于增加心脏输出;而病态的心脏肥大可导致心脏输出下降,在晚期可致心脏细胞相对缺血缺氧,从而发生心力衰竭,甚至是猝死。目前已有的研究认为,外泌体与心肌肥大之间存在着密切的关系。其中,miR-1、miR-133是最先被证实具有表达心肌特异性的miRNA,对心肌肥大的抑制起着重要作用。miR-1通过调控钙-钙调节蛋白、细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdk9)、Ras超家族中GTP结合蛋白(Rheb)抑制心肌肥厚。在体内和体外心肌肥大培养模型中,miR-133的表达降低,并通过靶向调控钙调磷酸酶、Ras同源类似物 A(RhoA)、Cdc42和WHSC2等信号通路靶向调节心肌肥厚。冯月等人通过采用 AngⅡ构建肥大心肌细胞模型,发现miR-2137、miR-5126、miR-5126、miR-5126、miR-574-5p表达均有下调,而且还发现 miRNA可以通过调节 MAPK、PI3K-Akt、 Wnt等多种信号途径而调控心肌肥大。通过建立肥大心肌细胞体外模型,发现外泌体的miRNA-29通过对与细胞周期有关的基因影响来调控心肌细胞肥大;并且研究发现,心肌细胞面积越大,miRNA-29表达水平越高,CyclinA2、Bcl-2、Plk-1等与细胞周期有关的基因表达也明显增高。
  2.2 外泌体与心肌细胞凋亡
  细胞凋亡是通过Bax、Bcl-2等基因调节的程序性死亡。已有研究表明,高血压左心室肥厚发生与心肌细胞凋亡有密切关联。长期高血压刺激可引起心室肥厚,心肌血流灌注相对减少,导致心肌缺血、缺氧,最终引发心肌细胞凋亡。然而,随着心肌细胞的不可逆凋亡,心肌细胞基质以及心肌成纤维细胞的代偿增生,可最终导致心室肥厚。近年来有许多研究显示,外泌体作为细胞间联系的中间体,在一些因素刺激下机体可分泌大量,调控着心肌细胞凋亡。有研究结果显示,在含有大量miR-338 的外泌体和H9c2(大鼠心肌)细胞培养中,Bax的表达减少,Bcl-2的表达增加,同时也降低了细胞的程序性死亡;并利用计算工具、蛋白质印迹技术和荧光素酶报告基因实验证明, miR-338 可以通过靶向MAP3K2 来调节 JNK 通路,提示外泌体miR-338可通过MAP3K2/JNK信号通路来调控抑制心肌细胞凋亡。另外,在血清外泌体(IPC\Exo)对大鼠缺血/再灌注(I/R)损伤保护实验中结果表明,IPC-Exo能明显改善大鼠Bcl-2、p-PI3K、p-AKT等基因的表达水平,并能明显降低Caspase-3和 Bax的表达,从而抑制细胞凋亡。以上研究表明,心肌细胞间可通过外泌体传递信息来调控心肌细胞的程序性死亡。

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  2.3 外泌体与心肌纤维化
  心脏纤维化是许多心血管疾病(心肌梗死、心脏瓣膜病、高血压心脏病、冠心病等)的一种病理过程,特征为成纤维细胞在心肌细胞外基质中大量增殖、胶原聚集和分布异常。而近年来,在外泌体与心肌纤维化这方面也越来越受科研人员关注。心肌细胞通过外泌体的通讯,在纤维化过程中发生改变,而纤维化是心脏病的关键病理变化。这些新发现推动了成纤维细胞来源的外泌体的作用,以及其他细胞的外泌体对成纤维细胞影响的研究进展。有研究证据显示,在心肌纤维化时,会出现一种或多种异常的外泌体,例如miRNAs。外泌体可通过调节TGF-β1/Smads信号通路、 MAPK信号通路、血管紧张素系统、Wnt信号通路等途径,参与调控心肌纤维细胞活化、增殖,并诱发心肌纤维化。另有研究表明,自噬抑制作用对心肌纤维化 (MF) 的形成起关键作用,而来自干细胞的外泌体能弱化心肌纤维化。外泌体通过抑制炎症、改善组织结构和抑制纤维化相关指标来减弱MF,这与自噬激活分不开。在H9c2细胞培养中,外泌体下调细胞活力,诱导细胞凋亡,抑制纤维化相关指标,miR-199a-3p的抑制削弱了外泌体对H9c2细胞的抗纤维化作用,这与自噬抑制有P。还有来自(骨髓基质细胞)BMSCs的外泌体通过 miR-199a-3p 远距离运输到心脏组织,通过抑制 mTOR 诱导自噬发挥抗纤维化作用。此外,在有关外泌体的研究中,miR-24、miR-24、miR-129b、miR-11110、miR-22、miR-294等与抗纤维化有关,而miR-230a、miR-208a、miR-328可促进心肌纤维化。所以,在心肌纤维化形成的过程中,可能有外泌体参与。
  2.4 外泌体与心脏新生血管
  在高血压的长期刺激下,心肌会变得肥大,此时需要更多的氧气和血供。而在相同的心脏血供条件下,整个心肌就会出现相对的供血不足,进而引起心肌呈现出相对缺血状态。为满足心脏供血,心脏血液供应脉络,恢复心肌细胞血供及氧供,增加冠脉血流量,改善心肌细胞缺血缺氧状态,从而达到缓解缺血的目的。血管生成是由毛细动脉或后静脉发展而来,其主要特征是:激活期的基底膜发生了退化;血管内皮细胞的活化、增殖和迁移;血管网与血管的重构是一个涉及多种细胞和分子的复杂过程。近来,越来越多研究发现,外泌体与血管生成有着密切的联系。Kang等人的研究发现,脂肪干细胞 (ASCs)能分泌miRNA-31,传输至血管内皮细胞,促使内皮细胞的迁徙、增殖,同时靶向作用于血管内皮细胞抑制因子HIF-1(一种抗血管生成基因),促进血管生成。也有研究表明,M1型巨噬细胞能够产生抑制心肌新生和加重心衰作用的外泌体。当心脏受到刺激时,促炎M1样巨噬细胞会产生大量的miR-155类促炎性外泌体miR-155,通过调控其靶基因,激活激酶2(PAK2)、 Sirtuin 1(Sirt1),和AMP活化蛋白激酶的催化亚基α2(AMPKα2),从而抑制Sirt1/AMPKα2-内皮一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信号通路,进而下调血管内皮细胞的迁徙、增殖能力,以来达到抑制血管形成。近来,Liao等人研究表明,心脏细胞分泌外泌体miRNA-21-5p通过对诱导细胞死亡的p53靶1 (Cdip1)基因的靶点进行定位,并使其静息,减少caspase-3活化,进而抑制缺血、低氧环境中的受体内皮细胞凋亡,促进血管新生形成。综上研究推测,外泌体通过对心脏血管内皮细胞的调控参与心脏新生血管形成过程。
  3总结
  近年来,随着对外泌体的研究不断深入,发现外泌体可通过调控心肌肥大、心肌细胞的凋亡和心肌纤维化以及新生血管等方面的作用,来调控心室肥厚;而受高血压刺激,机体分泌的外泌体组分仍未完全清楚,且这些成分是通过何种通路如何调控心室肥厚,仍需要进一步研究。虽然动物实验和细胞实验都取得了一定的成就,可在临床应用方面仍需不断地实践检验。随着外泌体的研究不断深入,相信外泌体会为高血压导致的心室肥厚诊治提供新方案。
  参考文献
  [1] 《中国心血管健康与疾病报告2020》要点解读[J].中国心血管杂志,2021,26(3):209-218.
  [2] 陈雅雯.心脏彩色多普勒超声与心电图在高血压性心脏病诊断中的应用[J].现代电生理学杂志,2022,29(1):50-52.
  [3] 胡悦,何洁琼,陈军.干细胞源外泌体及改良外泌体在治疗急性心肌梗死中的研究进展[J].医学综述,2021,27(4):664-668,673.
  [4] 束长城,魏万林.高血压左心室肥厚的形成机制研究进展[J].中国循证心血管医学杂志,2018,10(6):760-762.

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