外泌体与炎症性肠病发病机制的研究现状*

卜祥点 李宝悦 陈文轩 王丹丹 孙亚星 冯百岁

郑州大学第二附属医院消化内科(450014)

炎症性肠病(IBD)是一类以肠道炎症和上皮损伤为病理特征的慢性复发性胃肠道疾病，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)，其病因和发病机制尚未完全明了。外泌体是直径为30～150 nm的细胞外囊泡，从多囊泡体(MVB)内部的内吞隔室分离出来并与质膜融合后从细胞中释放而来，常见于多种类型的免疫细胞中，如树突细胞(DC)、巨噬细胞、间充质干细胞、肠上皮细胞等。外泌体可通过其组成成分，包括膜联蛋白A1(ANXA1)、miRNA、脂质在IBD中发挥作用，也可作为抗原呈递的载体影响与IBD相关的信号通路、调节免疫反应以及肠道内稳态。本文就外泌体与IBD的关系作一综述。

一、不同细胞来源的外泌体在IBD中的作用

1. DC来源的外泌体：DC是免疫系统中最有效的抗原呈递细胞，未成熟的DC主要参与免疫抑制以及诱导中枢和外周耐受，成熟的DC则具有较强的免疫调节能力，在其成熟过程中可分泌大量外泌体[1-2]。Yang等[2]发现在大鼠肠移植模型中，未成熟DC衍生的外泌体通过降低促炎因子IFN-γ并升高IL-10来上调Treg细胞的抑制作用，参与调控免疫抑制。Cai等[3]发现转化生长因子β1(TGF-β1)修饰的DC衍生的外泌体通过诱导CD4+Foxp3+Treg细胞增殖，降低炎症部位肠系膜淋巴结中Th17细胞比例来发挥其在IBD中的免疫抑制作用。由此可见，DC衍生的外泌体通过下调促炎细胞因子并促进CD4+T细胞向Treg细胞分化而在IBD中发挥保护作用。

2. 巨噬细胞来源的外泌体：巨噬细胞是维持肠道内环境稳定的重要细胞，巨噬细胞活化在IBD的发病机制中起有关键作用。Yang等[4]发现M2巨噬细胞衍生的外泌体通过影响趋化因子CCL1/CCR8轴来上调Treg细胞表达，下调IL-1β、IL-6和IL-17A表达从而缓解DSS诱导的结肠炎小鼠症状。Kim等[5]发现M2巨噬细胞衍生的特定浓度外泌体中的CCL22、CCL24、MFG-E8可诱导M1巨噬细胞转化为M2巨噬细胞，可通过促进血管生成和再上皮化来促进创伤愈合和修复并减少促炎因子IL-6、TNF-α的生成，从而缓解炎症。YAP是一种关键的转录共激活因子，YAP协同β-catenin在肠上皮细胞再生中发挥重要作用。Deng等[6]发现M2巨噬细胞衍生的外泌体可将其内的miR-590-3p转运至上皮细胞，通过激活YAP/β-catenin所调控的转录来减少炎症因子的产生并促进上皮再生，从而促进DSS诱导的结肠炎小鼠黏膜修复。综上所述，巨噬细胞衍生的外泌体可通过影响趋化因子之间的平衡、转运与炎症相关miRNA、甚至重编排M1/M2表型来参与炎症的调控，为治疗IBD提供了一种新的治疗策略。

3. 间充质干细胞来源的外泌体：间充质干细胞是一种具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞，其释放的外泌体具有抗炎作用，可修复组织损伤。Wu等[7]发现人脐带间充质干细胞衍生的外泌体通过下调泛素化相关基因和蛋白表达来调节泛素修饰水平，同时上调IL-10表达并下调TNF-α、IL-1β、IL-6表达，从而缓解DSS诱导的小鼠结肠炎的症状。Mao等[8]发现人脐带间充质干细胞外泌体可能通过下调一氧化氮合酶(iNOS)以及IL-7表达抑制巨噬细胞功能从而恢复结肠黏膜上皮细胞的增殖能力，降低DSS诱导的结肠炎小鼠的结肠损伤程度。此外，有研究[9]发现骨髓间充质干细胞衍生的外泌体可通过促进M2巨噬细胞极化从而在DSS诱导的结肠炎小鼠体内发挥抗炎保护作用，这一过程可能与JAK1/STAT1/STAT6信号通路的调节密切相关。间充质干细胞的外泌体可通过调节巨噬细胞功能以及促炎、抗炎因子的释放来减少结肠组织损伤并促进损伤组织修复，从而在IBD中发挥治疗作用。

4. 肠上皮细胞来源的外泌体：作为肠道屏障的重要组成成分，肠上皮细胞可将共生微生物组与宿主组织分开以维持肠道动态平衡，并参与抗原呈递过程以及免疫耐受的发生。Mallegol等[10]发现T84肠上皮细胞衍生的外泌体可将MHC Ⅱ类分子/肽复合物呈递至DC并通过降低其所需的抗原呈递阈值来增强免疫反应。另有研究[11]发现，经促炎细胞因子IFN-γ处理后，肠上皮细胞分泌的外泌体增多，MHC Ⅱ分子在外泌体中的表达增加，表明肠上皮细胞在炎性条件下增强了外泌体介导的抗原呈递作用。Chen等[12]发现肠上皮细胞分泌的外泌体成分中整合素αvβ6被DC内化后，可上调TGF-β前体的表达，进而诱导产生耐受型DC。肠上皮的外泌体内A33抗原与调节肠上皮的迁移和增殖相关，Pereira-Fantini等[13]发现缺乏A33抗原表达的结肠炎小鼠肠上皮增殖受损，黏膜修复能力减弱，提示肠上皮衍生的外泌体可能通过表达A33抗原来促进肠道黏膜的修复。综上所述，肠上皮细胞来源的外泌体可通过增强抗原呈递作用以及诱导耐受型DC的产生来参与免疫耐受，还可表达相关抗原促进肠道黏膜修复，进而参与IBD的发病。

二、外泌体组成成分在IBD中的作用

1. ANXA1在IBD中的作用：ANXA1是一种钙和磷脂结合蛋白，存在于外泌体内，在炎症刺激时升高，具有很强的抗炎活性。ANXA1可通过抑制细胞黏附和迁移来减少白细胞的募集，在黏膜再生和愈合的调节中亦起有重要作用[14-15]。Zou等[15]发现DSS诱导的结肠炎小鼠肠上皮黏膜组织中ANXA1蛋白增加，其通过上调NKG2A表达使更多的自然杀伤细胞(NK细胞)募集至肠黏膜，阻断了中性粒细胞的募集从而达到缓解结肠炎的效果。Leoni等[16]的研究发现将外源性ANXA1的N端肽(Ac2-26)包裹在聚合纳米颗粒内并送至肠道后可明显促进损伤黏膜的愈合。de Paula-Silva等[17]发现仅存在ANXA1时抗TNF-α的治疗才有效，治疗后ANXA1可通过减少髓过氧化物酶(MPO)、IL-6表达，阻断中性粒细胞在结肠的募集以及诱导吞噬细胞凋亡增加来缓解结肠炎症状。由此可见，黏膜受损的肠上皮细胞中ANXA1明显升高，给予外源性ANXA1后黏膜损伤情况明显好转，ANXA1还可通过调节免疫细胞间相互作用，影响促炎因子的释放以缓解结肠炎，也可在生物制剂治疗后维持肠道内稳态。

2. MiRNA在IBD中的作用：MiRNA是一组由基因组编码的短链非编码RNA，可与目标mRNA的3’-非翻译区结合从而介导转录后的基因调控，外泌体的miRNA可通过多种途径参与IBD的发病。Nata等[18]发现当DC来源的外泌体内miR-146b过表达时，可激活NF-κB通路并改善肠道屏障功能。Li等[19]发现肥大细胞衍生的外泌体miR-223可抑制肠上皮细胞间紧密连接中claudin-8表达，增加肠黏膜通透性从而破坏肠道屏障功能。Bakirtzi等[20]的研究发现经神经肽/P物质刺激后肠上皮细胞分泌的外泌体miR-21增加。MiR-21通过影响靶细胞的增殖和迁移进而加剧结肠炎的发生，过表达miR-21也可促进肠上皮细胞的增殖和迁移[21]。Kang等[22]将miR-148b-5p模拟物与人脐带间充质干细胞共培养后发现miR-148b-5p表达增加，下调巨噬细胞中15-lox-1表达进而促进IBD结肠组织的损伤修复。上述研究结果表明外泌体的miRNA通过调节肠道屏障功能、激活NF-κB信号通路以及影响免疫细胞的增殖和迁移进而在IBD的发病机制中发挥作用。干预外泌体内相关miRNA的表达可能有助于维持肠道屏障的正常功能以及促进损伤的结肠组织修复，从而达到治疗IBD的效果。

3. 脂质在IBD中的作用：脂质位于外泌体膜上的鞘脂/胆固醇富集区域，为外泌体重要的组成部分，其中脂质分子的种类多达1 116种[23]，且部分脂质在外泌体中的含量较其亲代细胞更高。Arai等[24]发现外源性补充植物来源的葡萄糖基神经酰胺(本质是一种细胞脂质)可缓解DSS诱导的结肠炎小鼠的肠道炎症反应。这一研究为含有葡萄糖基神经酰胺的外泌体治疗IBD患者提供了可能性。肠干细胞在调节肠上皮细胞分化中发挥关键作用，是肠组织稳态和修复所必需的。Ju等[25]发现肠道Lgr5+干细胞靶向性摄取葡萄外泌体样纳米颗粒(GELN)可促进干细胞增殖，进而缓解DSS诱导的结肠炎小鼠疾病进展，这一过程需依赖GELN的脂质体样纳米颗粒(LLN)来实现。紧密连接复合物可调节上皮屏障的完整性，其中一些复合物位于富含胆固醇的区域(即脂筏)中。Bowie等[26]发现IFN-γ处理的细胞、亚临床结肠炎小鼠回肠、缓解期或轻度活动期UC患者中脂筏结构均被破坏，且这一改变先于肠道通透性的增加，即脂筏的结构改变可能是引起肠道通透性增加进而破坏肠道屏障功能的原因。总之，外源性补充脂质有助于脂筏结构的修复进而维持肠道屏障的正常功能，可能达到治疗IBD等肠黏膜屏障受损类疾病的效果，但目前关于外泌体脂质与IBD的研究较少，有待进一步深入研究。

三、外泌体在IBD发病机制中的作用

1. 外泌体在信号转导通路方面的作用：IBD发病与多种信号通路的激活密切相关，外泌体可作为信号转导的载体参与该过程并可调节相关促炎因子的表达来干预炎症的发生。Wang等[27]发现M1巨噬细胞衍生的外泌体可通过激活NF-κB通路上调促炎因子iNOS、IL-6、IL-12并下调抗炎因子IL-10表达介导局部炎症的发生。Yang等[28]发现间充质干细胞衍生的外泌体通过抑制NF-κB信号转导通路并下调促炎因子TNF-α、IL-1β水平从而缓解TNBS诱导的结肠炎。Li等[29]发现凝血酶激活的血小板衍生的外泌体含有miR-223，其可能通过抑制NF-κB通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)转导通路来下调细胞间黏附分子-1(ICAM-1)表达，从而降低炎症环境中血栓形成的风险。Huang等[30]发现经TNF-α、IL-6处理后，间充质干细胞衍生的外泌体内与血管生成相关的miRNA表达下降，进而下调与血管生成相关通路的表达。由此可见，外泌体可通过信号通路来调节促炎因子的分泌进而干预炎症的发生，而促炎因子也可通过影响外泌体内miRNA表达来调节相关信号通路的转导。总之，外泌体可能通过影响信号通路的转导来调节促炎因子的表达，进而在IBD中发挥作用。

2. 外泌体在免疫调节方面的作用：外泌体可通过影响Th1/Th2平衡以及诱导T细胞向Treg细胞分化来调节炎症反应。Okoye等[31]发现Treg细胞通过释放含有miR-let-7d的外泌体来抑制Th1细胞功能并减少炎症因子的释放，从而缓解炎症损伤。Wang等[32]发现髓源性抑制细胞衍生的外泌体可抑制肠系膜淋巴结中Th1细胞增殖并促进Treg细胞增殖，从而缓解DSS诱导的小鼠结肠炎症状。Li等[33]的研究结果显示肥大细胞衍生的外泌体中含OX40L，通过与初始CD4+T细胞表面的OX40结合进而促进后者分化为Th2细胞。Chen等[34]发现间充质干细胞来源的外泌体可诱导Th1细胞向Th2细胞转化并抑制T细胞分化为Th17细胞，通过减少促炎因子IL-1β、TNF-α和增加抗炎因子TGF-β来抑制炎症反应。Del Fattore等[35]发现间充质干细胞来源的外泌体可诱导T细胞向Treg细胞分化并上调抗炎因子IL-10表达。上述研究结果均表明外泌体可通过影响Th1/Th2平衡以及诱导T细胞向Treg细胞分化来调节炎症反应。外泌体所表现出的这些效应和潜在机制似乎不同于其亲代细胞，可能是通过亲代细胞的旁分泌调节来完成的。综上所述，外泌体通过影响免疫细胞分化和促炎细胞因子分泌在IBD中发挥作用。

3. 外泌体在肠道内稳态方面的作用：肠道内稳态是由肠道黏膜免疫屏障、肠道内环境(包括肠道菌群)等相互作用所构成的动态平衡状态。外泌体可通过调节患者肠道内稳态参与IBD的发病。自噬是溶酶体的降解过程，是防止微生物侵袭并维持肠道动态平衡的关键因素。Larabi等[36]发现被黏附侵袭性大肠埃希菌(AIEC)感染的肠上皮细胞分泌的外泌体可将miR-30c和miR-130a从供体细胞转移到受体细胞，从而抑制受体细胞自噬的发生。有研究[37]表明抑制血清外泌体中的NEAT1(一种长链非编码RNA)可通过增强肠上皮屏障功能，促进巨噬细胞M1型转化为M2型从而抑制DSS诱导的小鼠结肠炎。外泌体中富含多种热休克蛋白(HSP)，Wang等[38]发现发现HSP70可通过与紧密连接相关蛋白(如ZO-1)相互作用以维持肠上皮屏障结构和功能的完整性，并参与ERK磷酸化调节抗炎因子IL-10的产生，从而在结肠炎中发挥保护作用。HSP70还可通过免疫调节作用进而影响宿主的肠道微生物组，Asea等[39]发现HSP70可利用革兰阴性细菌受体(TLR4)和革兰阳性细菌受体(TLR2)以CD14依赖的方式刺激促炎反应的发生。Teng等[40]发现小鼠和健康受试者的肠道微生物组均可吸收植物来源的外泌体样纳米颗粒(ELN)，宿主的肠道微生物组成发生改变，进一步的研究发现GELN-RNA靶向性地作用于鼠李糖乳杆菌(LGG)的多个基因并上调吲哚-3-甲醛(I3A)表达，诱导IL-22产生，从而在DSS结肠炎中发挥保护作用。随着研究的深入，发现外泌体作为载体将蛋白或RNA运送至患者肠道内，或依赖其内的蛋白、长链非编码RNA以改变患者的肠道菌群组成或调节肠上皮屏障功能，有可能成为治疗IBD的一种新途径。

四、结语

目前治疗IBD的药物主要有水杨酸制剂、免疫调节剂、生物制剂，但疗效有限。外泌体通过调节免疫细胞分化、促炎因子分泌以及影响肠道屏障功能在IBD发病中发挥重要作用。外泌体也可作为载体运送药物或疫苗治疗肿瘤或自身免疫病，其可能替代细胞成为一种新的治疗自身免疫病的手段[1,41]。随着外泌体的研究深入，可更明确其在IBD发病中的作用并为治疗提供新的方法。