外泌体在心血管疾病中作用研究进展

王茂钦 简洁

【摘要】外泌体是细胞分泌直径在40-160nm之间的膜性囊泡。外泌体通过转移具有细胞特异性的生物分子（包括蛋白质和核酸）参与到心血管疾病病理过程。本文综述了外泌体在心血管疾病中的作用机制，旨在为外泌体作为潜在治疗心血管疾病药物提供参考。

【关键词】外泌体;心血管疾病;作用机制

基金项目：国家自然科学基金项目（82060659）; 广西自然科学基金项目（2018GXNSFAA050035）

在世界范围内，心血管疾病的发病率和死亡率居高不下。 干细胞因其具有多向分化潜能、抗凋亡及旁分泌等作用为干预心血管疾病提供新途径。然而，细胞滞留率差和存活力低等问题在一定程度上限制了干细胞治疗在临床上的应用。外泌体是纳米级脂质双层囊泡，能携带多种生物活性分子（如：核酸、蛋白质和脂质等），并通过体液将其运输到附近或远端的靶细胞，从而调控靶细胞的功能。近年来，外泌体在心血管疾病方面的研究非常活跃，大量文献报道了外泌体参与心血管疾病的病理生理过程。这提示我们阐明外泌体在心血管疾病中的作用机制，对了解心血管疾病病理生理过程具有重要的意义。

1、外泌体的生物发生

外泌体是细胞外囊泡（EVs）的一个亚群，直径在40-160nm之间（平均约100nm）。外泌体发生过程始于细胞膜内吞作用形成早期内体，并最终成熟为晚期内体，即多泡体（MVB）。在成熟过程中，早期内体以向内出芽方式形成腔内囊泡 （ILV）并通过依赖转运必需内体分选复合物（Endosomal Sorting Complex Required For Transport， ESCRT）或不依赖 ESCRT 的途径把细胞特异性活性分子（如核酸、蛋白质、脂质等）整合到ILV。最后，含有大量腔内囊泡的MVBs与细胞膜融合，将ILVs释放到细胞外空间成为外泌体。

2、外泌体与心肌肥大

心脏肥大是一种在有害刺激下保持心输出量的代偿机制，最终使壁张力恢复，从而应对最初的刺激。然而，长期刺激会引起慢性肥大并可能导致心力衰竭。心肌肥大的主要特征之一是心肌细胞大小的增加。

外泌体作为重要的旁分泌机制可正向或负向调节心肌细胞肥大。Chen等人报告：骨髓间充质干细胞（MSCs）衍生的外泌体能降低横向主动脉缩窄小鼠的心脏重量/体重比并且改善其心功能。同样，在体外实验中，MSCs 衍生的外泌体还可以抑制血管紧张素 II 诱导的细胞肥大和凋亡。相反，Bang等发现心脏成纤维细胞的miR-21*通过外泌体传递到心肌细胞后，抑制了山梨糖和SH3结构域包含蛋白2（Sorbin And SH3 Domain-Containing Protein 2，SORBS2）和PDZ 和 LIM 结构域 5（PDZ And LIM Domain 5，PDLIM5）的表达，促进心肌细胞肥大。不同的是，miR-21*抑制剂可减轻心肌细胞肥大。雷帕霉素复合物（mTOR） 是一种调节细胞大小关键激酶复合物，而mTOR的激活也已被证明是心肌肥大的早期介质。罗格列酮通过刺激脂肪细胞的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（Peroxisome Proliferators-Activated Receptor-γ，PPARγ）信号使外泌体能携带更多的miR-200a到心肌细胞，引起结节性硬化症复合物 （TSC） 基因 TSC 1表达减少，并特异性激活mTOR信号通路，从而导致心肌细胞肥大。这提示我们外泌体可能参与心肌细胞病理性肥大发生发展过程。

3、外泌体与心肌纤维化

心肌过度纤维化是几乎所有类型心脏病的主要问题，这归因于心肌成纤维细胞的激活和过度增殖。近年的研究表明，外泌体可以通过调节成纤维细胞功能来改变心脏纤维化的命运。

最近一份研究显示：血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）+辛伐他丁处理的心肌细胞分泌富含有核心蛋白聚糖（Decorin，DCN）外泌体。这些外泌体能够抑制成纤维细胞活化成肌成纤维细胞、胶原相关蛋白的表达以及成纤维细胞的迁移，从而达到防止心肌纤维化的目的。Govindappa等发现，在高糖环境下，巨噬细胞衍生的外泌体能显著促进小鼠心肌成纤维细胞增殖和纤维化反应。有趣的是，小鼠心肌注射RNA结合蛋白（HuR）敲低的巨噬细胞衍生的外泌体可消除上述不良影响并成功保留左心室功能。MMP9属于基质金属蛋白酶家族中的明胶酶类的一员，其活性异常将导致心肌胶原过度降解，从而引起心肌纤维化。在小鼠运动过程中，来源心脏和血清的外泌体能富集到更多的miR-29b和miR-455。这些miRNAs通过下调糖尿病小鼠的MMP9水平来抑制心肌纤维化。

4、外泌体与心肌梗死

心肌梗死是一种严重的冠状动脉相关的疾病，主要由于心肌的血流突然完全或部分停止，导致心肌细胞死亡。

外泌体可以通过向靶细胞传递生物分子来影响心肌梗死后心肌血管生成和细胞凋亡。在体外实验中，缺氧诱导心肌细胞产生的外泌体可以促进内皮细胞迁移、增殖和管形成。具体机制是富含circHIPK3的外泌体通过靶向心脏内皮细胞miR-29a/VEGFA通路，促进VEGFA表达，从而加速心梗后新生血管形成。在Chen等进行一项研究中，来源RIC大鼠血浆的外泌体能显著促进心脏功能和血管生成，其具体机制是外泌体促进内皮细胞HSP70的表达，一方面HSP70蛋白水平的升高可增加G1期细胞百分比和细胞增殖，并抑制细胞调亡;另一方面促进血管生成相关分子（eNOS， iNOS， VEGF）的表达。

铁死亡是一种以铁依赖性脂质过氧化为标志的独特形式的坏死性细胞死亡，同时也是心脏病发病的潜在机制。小鼠在心梗24h、48h后，心肌组织中的二价金属离子转运蛋白1（Divalent Metal Transport 1;DMT1）表达明显上调，并且过表达DMT1能促进心肌细胞铁死亡。进一步研究发现，人臍带间充质干细胞能够分泌含有miR-23a-3p的外泌体，靶向心肌细胞后，通过抑制DMT1的表达，从而降低心肌细胞铁死亡保护心脏。

5、外泌體与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化（AS）是一种普遍存在的慢性炎症性血管疾病。动脉粥样硬化的发展与内皮功能障碍，血管平滑肌细胞（VSMC）过度增殖和巨噬细胞迁移密切相关。

Chen等将MSCs来源的外泌体与经过氧化低密度脂蛋白 （ox-LDL）处理的内皮细胞共孵育后，促进内皮细胞的增殖，其作用机制是MSCs分泌富含miR-512-3p的外泌体，靶向内皮细胞后，抑制Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch Like ECH Associated Protein 1，KEAP1）的表达，从而限制内皮细胞的功能障碍。组织蛋白酶S（Cathepsin S，CTSS）是一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶，通过介导细胞外基质蛋白质降解、蛋白质运输和细胞信号传导，进而参与动脉硬化的发病机制。源自树突状细胞外泌体通过转移miR-203-3p进入吞噬细胞，削弱CTSS的表达，降低吞噬细胞的迁移和其衍生的泡沫细胞，减轻AS进展。不同的是，另一项研究则显示尼古丁刺激巨噬细胞分泌含miR-21-3p的外泌体，当外泌体进入血管平滑肌细胞后，miR-21-3p通过靶向磷酸酶及张力蛋白同源基因（Phosphatase And Tensin Homolog，PTEN） 促进 VSMC 迁移和增殖，从而加速AS进展。

6、展望

外泌体是一种细胞来源的囊泡，具有不同的细胞成分，它不仅反映了亲本细胞的信息，而且还影响着疾病的进展。虽然外泌体在心血管疾病的治疗方面具有巨大的潜力，但最终转化为临床实践还需要进一步的探索。为突破临床转化的瓶颈，我们首先需要研发高纯度、低成本和大规模的外泌体分离技术。其次，外泌体的治疗作用主要取决于内容物的含量，因此优化表征内容物的方法也是重中之重。近年来，外泌体分离、表征和分析技术的发展极大地鼓舞着一大批研究员和临床医生参与到外泌体作为治疗心血管疾病药物的研发当中，所以我们有理由相信外泌体在心血管疾病的作用机制和临床应用将迎来更加美好的未来。

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作者簡介：王茂钦，1995-10，男，汉 ，广东雷州，硕士在读，研究方向：心肌缺血损伤的药物干预及分子机制