安琪 楊建強 徐長慶 張力 綜述 田野 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學病理生理學教研室，黑龍江 哈爾濱 150086)

心肌梗死是由于冠狀動脈血栓形成導致的急性心肌缺血，其發(fā)病率高居不下。盡管現(xiàn)在急性心肌梗死后有急診溶栓和介入等治療方法，可以減輕最初的心肌損害，但并不能解決大量心肌細胞損失的問題，存活的患者仍然有極大的心肌重塑，從而發(fā)生心力衰竭的可能，因此還需要更為理想的方法來促進心肌修復，從而最大可能減輕后續(xù)的心室重構，以保證心臟功能。外泌體作為一種可以遠近距離傳遞生物信息的載體，在心肌梗死后，通過誘導骨髓干細胞遷移，促進血管新生，起到了心肌保護作用。進一步研究外泌體在心肌修復中的確切機制，將有助于為臨床治療心肌梗死提供新的靶標。目前通過細胞移植來治療心肌梗死的方法，確實能夠減小心肌梗死面積，改善心臟功能，已經成為研究熱點。實驗證明移植細胞不僅代替了受損心肌，其所分泌的外泌體也起到了改善心臟功能的作用?，F(xiàn)從外泌體的特性，心臟和干細胞分泌的外泌體在心肌梗死發(fā)病機制中的作用，外泌體在細胞移植治療心肌梗死中的作用，以及研究展望幾個方面進行綜述。

1 心臟中的外泌體

1.1 外泌體的來源和特性

外泌體是由絕大多數細胞的內涵體形成胞芽和多囊泡小體與細胞膜融合后并釋放到細胞外所形成的直徑在30～100 nm 的微膜囊泡［1］。在血液、尿液、膽汁、唾液等生物體液中都可發(fā)現(xiàn)外泌體的存在［2］。外泌體中含有細胞特異性的蛋白質、mRNA 和微小核糖核酸(miRNA，miR)，并可以將這些物質傳遞作用到鄰近或遠距離的靶細胞，從而起到了細胞間的聯(lián)絡作用。

外泌體中含有的蛋白質主要有肌動蛋白、微管蛋白、膜連蛋白、信號轉導蛋白、熱休克蛋白(Hsp)。這些蛋白中有可以作為外泌體標志的蛋白，例如4 次跨膜蛋白超家族(CD9、CD10、CD53、CD63、CD81)［3］，參與多囊泡小體形成的蛋白(AliX 和TSG101)，以及細胞Hsp70 和Hsp90［4］。不同細胞來源的外泌體含有與其來源細胞相關的蛋白質，例如腸上皮細胞分泌的外泌體中含有代謝酶，免疫細胞分泌的外泌體含有與抗原結合和提呈相關的蛋白質，例如主要組織相容性復合物Ⅰ類及Ⅱ類分子［5］，成年心肌細胞分泌的外泌體中含有肌節(jié)蛋白、線粒體蛋白、腫瘤壞死因子-α 和Hsp20等［6-7］。外泌體中的蛋白組成還有賴于細胞所處的功能狀態(tài)，當靜息狀態(tài)的細胞受到應激、刺激等時，其所分泌的外泌體中的蛋白質也會不同。因而外泌體的蛋白組成不僅反映了它的細胞來源，也反映了來源細胞所處的狀態(tài)，可以作為某些疾病的診斷標志。

外泌體有獨特的生物學特性，這些特性可概括為:(1)特異性:外泌體因細胞來源不同而具有不同的蛋白質組成和miRNA 等。(2)異質性:外泌體的體積、密度等物理特性使它們容易從細胞殘片和小囊泡中被分離出來單獨研究。(3)穩(wěn)定性:外泌體的脂膜使它能夠保存在冷凍條件下，并且在低滲情況下也不會被破膜，從而能夠高效率的傳遞信息到其他細胞。(4)靶向性:外泌體有特殊的信號通道，例如，外泌體有特定的受體可以靶向到特定的細胞。(5)運輸性:外泌體可以作為靶向藥物的載體，并且很容易將其分離出來改變其中的RNA 和蛋白成分等。外泌體的這些生物特性為外泌體的體外研究、臨床應用提供了可能。

1.2 心臟分泌外泌體的依據

體內和體外實驗已證實正常的心肌組織會釋放外泌體。瑞典分子心臟學實驗室的Barile 等［8］第一次通過電鏡在超微結構中發(fā)現(xiàn)了心肌祖細胞中外泌體的存在。成年心肌細胞通常不是分泌型細胞，但是Gupta 和Knowlton 發(fā)現(xiàn)了成年心肌細胞也可以通過外泌體釋放細胞基質蛋白［9］。Waldenstr?m 等［10］在心肌細胞系HL-1 中還發(fā)現(xiàn)了含有核酸的外泌體，這些外泌體作用于成纖維細胞后，釋放的核酸可以改變成纖維細胞的基因表達。

2 外泌體在心肌梗死發(fā)病機制中的保護作用

外泌體可以介導近距離的信息傳遞，例如心臟中的不同細胞之間，也可以通過血液運輸到遠距離的細胞進行信息傳遞，例如心肌損害后誘導骨髓干細胞的遷移等［11］。

心肌梗死后，外周血中的miRNA 含量大量增加，其中有些miRNA 包含在心臟釋放的外泌體中。例如，Kuwabara 等［12］發(fā)現(xiàn)肌性特異性miR-133a 和miR-1 在心肌梗死患者的血清中顯著增多，進一步研究發(fā)現(xiàn)這些miRNA 的來源是心肌梗死區(qū)和心肌梗死周邊區(qū)，并且在培養(yǎng)的H9C2 心肌細胞分泌的外泌體中發(fā)現(xiàn)了這些miRNA。Cheng 等還在急性心肌梗死患者的尿液和急性心肌梗死大鼠模型的血液中發(fā)現(xiàn)了包含有miR-1、miR-208 的外泌體［13］。這證明心臟分泌的外泌體既可以在心臟內調節(jié)心肌修復，也可以遠距離的傳遞生物信息，具體的作用取決于外泌體所包含的蛋白質和遺傳物質。例如，當外泌體中含有miR-126、miR-130 這些遺傳物質時，可以起到促進血管新生的作用［14-15］。含有miR-1 的外泌體既可以促進血管新生，也可以誘導心肌祖細胞的遷移［16］。

心肌損害后會誘導心肌祖細胞和骨髓干細胞的遷移來補充損失的心肌細胞，進行心肌修復。實驗證明外泌體參與了骨髓干細胞的遷移過程。例如，將心肌梗死后的心肌進行勻漿，這些組織勻漿中含有基質衍生因子-1(stromal-derived factor-1)、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor)、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor)等，培養(yǎng)的骨髓間充質干細胞會明顯的向這些心肌勻漿遷移［17］。有實驗還表明急性心肌梗死后miR-150 在骨髓單核細胞的表達量下降，引起蛋白CXCR4 的表達量升高，從而增加了CXCR4 誘導骨髓干細胞遷移歸巢到受損心肌處的作用。這提示心肌梗死后可以通過調控包含miR-150 的外泌體含量來增加這一遷移作用，從而改善心肌的修復［18］。

3 外泌體與細胞移植治療心肌梗死

3.1 細胞移植治療心肌梗死

如何將心肌梗死限制在急性修復階段，替代損傷的心肌，促進新血管的生成，成為心肌梗死治療的關鍵。傳統(tǒng)的心肌梗死治療方法，例如介入治療、冠狀動脈旁路搭橋術都是通過血管再通的方法使病情得到改善，并不能解決心肌損失的問題。細胞療法將骨髓間充質干細胞、心肌祖細胞、CD34+細胞群等具有一定分化能力的細胞通過冠狀動脈注射、心肌穿刺等方法注入到心肌中，這些細胞就可以替代損傷的心肌，甚至分化成為具有收縮功能的心肌細胞，已有臨床實驗證明了細胞療法確實起到了減少梗死面積，促進血管新生，改善心臟功能的作用［19-20］。

心肌梗死時一般會丟失2×109個心肌細胞，然而細胞移植后保存在心臟中的細胞通常只有1×106個［21］。盡管細胞移植留在心臟中的細胞很少，在動物實驗中細胞移植卻可以減少29%的梗死面積，提高10%的射血分數，這說明注入的細胞除了替代受損心肌外，還通過其它方式起到了治療作用［19］。Nguyen等［22］用骨髓間充質細胞分泌的富集后的具有生物活性的因子注射到梗死心臟，發(fā)現(xiàn)心肌細胞凋亡減少，氧化應激下降，心臟功能得到了改善。這證明移植細胞分泌的細胞因子、外泌體等也起到了改善心臟功能的作用。

3.2 外泌體在細胞移植治療心肌梗死中的作用

移植到心臟的細胞所分泌的外泌體可以通過誘導細胞遷移到梗死區(qū)，促進血管生成，抑制過度炎癥反應來促進心肌修復。在體外傷痕愈合實驗中發(fā)現(xiàn)，心肌祖細胞釋放的外泌體可以引起血管內皮細胞的遷移［23］。進一步研究發(fā)現(xiàn)外泌體含有大量細胞外基質金屬蛋白酶誘導因子(extracellular matrix metalloproteinase inducer，EMMPRIN)，EMMPRIN 可以誘導相鄰的細胞釋放基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)［24］。同時發(fā)現(xiàn)外泌體本身中也含有MMP-9。大量的細胞外MMP 通過降解周圍的細胞質基質，從而誘導細胞的遷移。在該實驗中加入EMMPRIN 的抑制劑，外泌體的遷移作用明顯被阻止［25］。

移植的干細胞還可以通過外泌體將miRNAs 釋放到周圍環(huán)境中。促進血管生成與細胞釋放的含有miR-1、miR-126 的外泌體有關，miR-1 和miR-126 可以降低Spred1 蛋白的表達量。Spred1 蛋白是Sprouty 相關蛋白家族，在一些生長因子作用下發(fā)生酪氨酸磷酸化，通過影響絲裂原活化蛋白激酶通路而抑制血管再生。外泌體分泌的miR-1、miR-126 通過直接限制血管新生的負調節(jié)因子Spred1 的表達，起到了促進血管新生的作用［26］。外泌體釋放的EMMPRIN 還可以誘導相鄰的細胞釋放血管內皮生長因子，也起到促進血管新生的作用［27］。

T 淋巴細胞從心肌缺血到心肌修復一直處在激活狀態(tài)，實驗證明移植細胞的外泌體存在的情況下，可以降低T 淋巴細胞受到白介素-2 和佛波酯刺激時的增生作用，從而減少了過度的免疫反應［28］。移植細胞外泌體對心肌梗死后短期炎癥反應的作用，還有待進一步研究。

4 心肌梗死后的外泌體研究方向和前景

盡管在腫瘤、肝臟疾病中外泌體已有很多的研究，并且也取得了一定成果，但有關外泌體和心肌梗死的研究現(xiàn)在還寥寥無幾。綜上所述，外泌體在心肌梗死后的心肌修復中起到有效的保護作用，具有進一步研究的前景，因此就外泌體在心肌梗死后的信息傳遞及臨床應用方面的深入和進一步的可能研究方向概括如下:(1)外泌體介導心臟中各種細胞間的信息傳遞。(2)心臟分泌的外泌體通過血液運輸作用到遠距離的骨髓干細胞，引導干細胞向心肌受損處轉移，替代受損心肌。(3)干細胞分泌的外泌體通過血液作用到受損心肌，參與心肌修復。(4)外泌體在干細胞治療中，參與了干細胞的旁分泌，起到了治療作用。(5)外泌體作為治療靶點，誘導干細胞向受損心肌處轉運，補充受損心肌。(6)外泌體作為預測心肌梗死的生物標志物。(7)外泌體作為藥物載體治療心肌梗死。

通過就外泌體在心肌梗死中作用的綜述，相信會為相關研究者提供一個總體概況。通過深入研究外泌體在心肌梗死后的作用機制和具體應用，將有助于全面了解心肌梗死后的心肌修復機制?？赏ㄟ^分離外泌體或人工合成類外泌體，為臨床的心肌梗死治療提供新的方法和前景。

［1］Sahoo S，Losordo DW.Exosomes and cardiac repair after myocardial infarction［J］.Circ Res，2014，114(2):333-344.

［2］Bang C，Thum T.Exosomes:new players in cell-cell communication［J］.Int J Biochem Cell Biol，2012，44:2060-2064.

［3］Masyuk AI，Masyuk TV，LaRusso NF.Exosomes in the pathogenesis，diagnostics and therapeutics of liver diseases［J］.J Hepatol，2013，59(3):621-625.

［4］Peinado H，Aleckovic M，Lavotshkin S，et al.Melanoma exosomes educate bone marrow progenitor cells toward a pro-metastatic phenotype through MET［J］.Nat Med，2012，18(6):883-891.

［5］Ludwig A，Giebel B.Exosomes:small vesicles participating in intercellular communication［J］.Int J Biochem Cell Biol，2012，44(1):11-15.

［6］Zhao W，Zheng XL，Zhao SP.Exosome and its roles in cardiovascular diseases［J］.Heart Fail Rev，2015，20(3):337-348.

［7］Wang X，Gu H，Huang W，et al.Hsp20-reprogrammed exosomes derived from cardiomyocytes provide protection against diabetic cardiomyopathy in mice［J］.Circulation，2014，130(Suppl 2):A12638-A12638.

［8］Barile L，Gherghiceanu M，Popescu LM，et al.Ultrastructural evidence of exosome secretion by progenitor cells in adult mouse myocardium and adult human cardiospheres［J］.J Biomed Biotechnol，2012，2012:354605.

［9］Giricz Z，Varga ZV，Baranyai T，et al.Cardioprotection by remote ischemic preconditioning of the rat heart is mediated by extracellular vesicles［J］.J Mol Cell Cardiol，2014，68:75-78.

［10］Waldenstr?m A，Genneb?ck N，Hellman U，et al.Cardiomyocyte microvesicles contain DNA/RNA and convey biological messages to target cells［J］.PLoS One，2012，7:e34653.

［11］Yang Z，Zhu L，Li F，et al.Bone marrow stromal cells as a therapeutic treatment for ischemic stroke［J］.Neurosci Bull，2014，30(3):524-534.

［12］Kuwabara Y，Ono K，Horie T，et al.Increased microrna-1 and microrna-133a levels in serum of patients with cardiovascular disease indicate myocardial damage［J］.Circ Cardiovasc Genet，2011，4:446-454.

［13］Yu X，Deng L，Wang D，et al.Mechanism of TNF-α autocrine effects in hypoxic cardiomyocytes:initiated by hypoxia inducible factor 1α，presented by exosomes［J］.J Mol Cell Cardiol，2012，53:848-857.

［14］Chang SH，Hla T.Post-transcriptional gene regulation by HuR and microRNAs in angiogenesis［J］.Curr Opin Hematol，2014，21(3):235-240.

［15］Jakob P，Doerries C，Briand S，et al.Loss of angiomir-126 and 130a in angiogenic early outgrowth cells from patients with chronic heart failure:role for impaired in vivo neovascularization and cardiac repair capacity［J］.Circulation，2012，126:2962-2975.

［16］van Mil A，Vrijsen KR，Goumans MJ，et al.microRNA-1 enhances the angiogenic differentiation of human cardiomyocyte progenitor cells［J］.J Mol Med，2013，91(8):1001-1012.

［17］Bian S，Zhang L，Duan L，et al.Extracellular vesicles derived from human bone marrow mesenchymal stem cells promote angiogenesis in a rat myocardial infarction model［J］.J Mol Med，2014，92(4):387-397.

［18］Tano N，Kim HW，Ashraf M.Microrna-150 regulates mobilization and migration of bone marrow-derived mononuclear cells by targeting Cxcr4［J］.PLoS One，2011，6:e23114.

［19］Simari RD，Pepine CJ，Traverse JH，et al.Bonemarrow mononuclear cell therapy for acute myocardial infarction:a perspective from the cardiovascular cell therapy research network［J］.Circ Res，2014，114(10):1564-1568.

［20］Quyyumi A，Vasquez A，Klapholz M，et al.PreSERVE-AMI:a randomized，double blind，placebo-controlled clinical trial of intracoronary administration of autologous CD34+ cells in patients with left ventricular dysfunction post STEMI［J］.Circulation，2014，130(Suppl 2):A17457-A17457.

［21］van der Spoel TI，Lee JCT，Vrijsen K，et al.Non-surgical stem cell delivery strategies and in vivo cell tracking to injured myocardium［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2011，27:367-383.

［22］Nguyen BK，Maltais S，Perrault LP，et al.Improved function and myocardial repair of infarcted heart by intracoronary injection of mesenchymal stem cellderived growth factors［J］.J Cardiovasc Transl Res，2010，3:547-558.

［23］Sluijter JPG，van Rooij E.Exosomal microRNA clusters are important for the therapeutic effect of cardiac progenitor cells［J］.Circ Res，2015，116(2):219-221.

［24］Vrijsen KR，Chamuleau SA，Doevendans PA，et al.Cardiomyocyte progenitor cell and mesenchymal stem cell exosomes stimulate the angiogenic capacity of endothelial cells［J］.Circulation，2011，124(21 Suppl):A13837.

［25］Vrijsen KR，Sluijter JPG，Schuchardt MWL，et al.Cardiomyocyte progenitor cell-derived exosomes stimulate migration of endothelial cells［J］.J Cell Mol Med，2010，14(5):1064-1070.

［26］Jakob P，Doerries C，Briand S，et al.Loss of angiomiR-126 and 130a in angiogenic early outgrowth cells from patients with chronic heart failure:role for impaired in vivo neovascularization and cardiac repair capacity［J］.Circulation，2012，112:093906.

［27］Szubert S，Szpurek D，Moszynski R，et al.Extracellular matrix metalloproteinase inducer(EMMPRIN)expression correlates positively with active angiogenesis and negatively with basic fibroblast growth factor expression in epithelial ovarian cancer［J］.J Cancer Res Clin Oncol，2014，140(3):361-369.

［28］Hoogduijn MJ，Popp F，Verbeek R，et al.The immunomodulatory properties of mesenchymal stem cells and their use for immunotherapy［J］.Int Immunopharmacol，2010，10:1496-1500.