卜祥點(diǎn) 李寶悅 陳文軒 王丹丹 孫亞星 馮百歲

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(450014)

炎癥性腸病(IBD)是一類以腸道炎癥和上皮損傷為病理特征的慢性復(fù)發(fā)性胃腸道疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)，其病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明了。外泌體是直徑為30～150 nm的細(xì)胞外囊泡，從多囊泡體(MVB)內(nèi)部的內(nèi)吞隔室分離出來并與質(zhì)膜融合后從細(xì)胞中釋放而來，常見于多種類型的免疫細(xì)胞中，如樹突細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞等。外泌體可通過其組成成分，包括膜聯(lián)蛋白A1(ANXA1)、miRNA、脂質(zhì)在IBD中發(fā)揮作用，也可作為抗原呈遞的載體影響與IBD相關(guān)的信號通路、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以及腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。本文就外泌體與IBD的關(guān)系作一綜述。

一、不同細(xì)胞來源的外泌體在IBD中的作用

1. DC來源的外泌體：DC是免疫系統(tǒng)中最有效的抗原呈遞細(xì)胞，未成熟的DC主要參與免疫抑制以及誘導(dǎo)中樞和外周耐受，成熟的DC則具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)能力，在其成熟過程中可分泌大量外泌體[1-2]。Yang等[2]發(fā)現(xiàn)在大鼠腸移植模型中，未成熟DC衍生的外泌體通過降低促炎因子IFN-γ并升高IL-10來上調(diào)Treg細(xì)胞的抑制作用，參與調(diào)控免疫抑制。Cai等[3]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)修飾的DC衍生的外泌體通過誘導(dǎo)CD4+Foxp3+Treg細(xì)胞增殖，降低炎癥部位腸系膜淋巴結(jié)中Th17細(xì)胞比例來發(fā)揮其在IBD中的免疫抑制作用。由此可見，DC衍生的外泌體通過下調(diào)促炎細(xì)胞因子并促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化而在IBD中發(fā)揮保護(hù)作用。

2. 巨噬細(xì)胞來源的外泌體：巨噬細(xì)胞是維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要細(xì)胞，巨噬細(xì)胞活化在IBD的發(fā)病機(jī)制中起有關(guān)鍵作用。Yang等[4]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的外泌體通過影響趨化因子CCL1/CCR8軸來上調(diào)Treg細(xì)胞表達(dá)，下調(diào)IL-1β、IL-6和IL-17A表達(dá)從而緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠癥狀。Kim等[5]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的特定濃度外泌體中的CCL22、CCL24、MFG-E8可誘導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2巨噬細(xì)胞，可通過促進(jìn)血管生成和再上皮化來促進(jìn)創(chuàng)傷愈合和修復(fù)并減少促炎因子IL-6、TNF-α的生成，從而緩解炎癥。YAP是一種關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄共激活因子，YAP協(xié)同β-catenin在腸上皮細(xì)胞再生中發(fā)揮重要作用。Deng等[6]發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可將其內(nèi)的miR-590-3p轉(zhuǎn)運(yùn)至上皮細(xì)胞，通過激活YAP/β-catenin所調(diào)控的轉(zhuǎn)錄來減少炎癥因子的產(chǎn)生并促進(jìn)上皮再生，從而促進(jìn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠黏膜修復(fù)。綜上所述，巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可通過影響趨化因子之間的平衡、轉(zhuǎn)運(yùn)與炎癥相關(guān)miRNA、甚至重編排M1/M2表型來參與炎癥的調(diào)控，為治療IBD提供了一種新的治療策略。

3. 間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體：間充質(zhì)干細(xì)胞是一種具有自我更新能力和多向分化潛能的細(xì)胞，其釋放的外泌體具有抗炎作用，可修復(fù)組織損傷。Wu等[7]發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過下調(diào)泛素化相關(guān)基因和蛋白表達(dá)來調(diào)節(jié)泛素修飾水平，同時上調(diào)IL-10表達(dá)并下調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6表達(dá)，從而緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎的癥狀。Mao等[8]發(fā)現(xiàn)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體可能通過下調(diào)一氧化氮合酶(iNOS)以及IL-7表達(dá)抑制巨噬細(xì)胞功能從而恢復(fù)結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞的增殖能力，降低DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸損傷程度。此外，有研究[9]發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體可通過促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞極化從而在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠體內(nèi)發(fā)揮抗炎保護(hù)作用，這一過程可能與JAK1/STAT1/STAT6信號通路的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體可通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能以及促炎、抗炎因子的釋放來減少結(jié)腸組織損傷并促進(jìn)損傷組織修復(fù)，從而在IBD中發(fā)揮治療作用。

4. 腸上皮細(xì)胞來源的外泌體：作為腸道屏障的重要組成成分，腸上皮細(xì)胞可將共生微生物組與宿主組織分開以維持腸道動態(tài)平衡，并參與抗原呈遞過程以及免疫耐受的發(fā)生。Mallegol等[10]發(fā)現(xiàn)T84腸上皮細(xì)胞衍生的外泌體可將MHC Ⅱ類分子/肽復(fù)合物呈遞至DC并通過降低其所需的抗原呈遞閾值來增強(qiáng)免疫反應(yīng)。另有研究[11]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)促炎細(xì)胞因子IFN-γ處理后，腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體增多，MHC Ⅱ分子在外泌體中的表達(dá)增加，表明腸上皮細(xì)胞在炎性條件下增強(qiáng)了外泌體介導(dǎo)的抗原呈遞作用。Chen等[12]發(fā)現(xiàn)腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體成分中整合素αvβ6被DC內(nèi)化后，可上調(diào)TGF-β前體的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)產(chǎn)生耐受型DC。腸上皮的外泌體內(nèi)A33抗原與調(diào)節(jié)腸上皮的遷移和增殖相關(guān)，Pereira-Fantini等[13]發(fā)現(xiàn)缺乏A33抗原表達(dá)的結(jié)腸炎小鼠腸上皮增殖受損，黏膜修復(fù)能力減弱，提示腸上皮衍生的外泌體可能通過表達(dá)A33抗原來促進(jìn)腸道黏膜的修復(fù)。綜上所述，腸上皮細(xì)胞來源的外泌體可通過增強(qiáng)抗原呈遞作用以及誘導(dǎo)耐受型DC的產(chǎn)生來參與免疫耐受，還可表達(dá)相關(guān)抗原促進(jìn)腸道黏膜修復(fù)，進(jìn)而參與IBD的發(fā)病。

二、外泌體組成成分在IBD中的作用

1. ANXA1在IBD中的作用：ANXA1是一種鈣和磷脂結(jié)合蛋白，存在于外泌體內(nèi)，在炎癥刺激時升高，具有很強(qiáng)的抗炎活性。ANXA1可通過抑制細(xì)胞黏附和遷移來減少白細(xì)胞的募集，在黏膜再生和愈合的調(diào)節(jié)中亦起有重要作用[14-15]。Zou等[15]發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠腸上皮黏膜組織中ANXA1蛋白增加，其通過上調(diào)NKG2A表達(dá)使更多的自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)募集至腸黏膜，阻斷了中性粒細(xì)胞的募集從而達(dá)到緩解結(jié)腸炎的效果。Leoni等[16]的研究發(fā)現(xiàn)將外源性ANXA1的N端肽(Ac2-26)包裹在聚合納米顆粒內(nèi)并送至腸道后可明顯促進(jìn)損傷黏膜的愈合。de Paula-Silva等[17]發(fā)現(xiàn)僅存在ANXA1時抗TNF-α的治療才有效，治療后ANXA1可通過減少髓過氧化物酶(MPO)、IL-6表達(dá)，阻斷中性粒細(xì)胞在結(jié)腸的募集以及誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞凋亡增加來緩解結(jié)腸炎癥狀。由此可見，黏膜受損的腸上皮細(xì)胞中ANXA1明顯升高，給予外源性ANXA1后黏膜損傷情況明顯好轉(zhuǎn)，ANXA1還可通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞間相互作用，影響促炎因子的釋放以緩解結(jié)腸炎，也可在生物制劑治療后維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

2. MiRNA在IBD中的作用：MiRNA是一組由基因組編碼的短鏈非編碼RNA，可與目標(biāo)mRNA的3’-非翻譯區(qū)結(jié)合從而介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控，外泌體的miRNA可通過多種途徑參與IBD的發(fā)病。Nata等[18]發(fā)現(xiàn)當(dāng)DC來源的外泌體內(nèi)miR-146b過表達(dá)時，可激活NF-κB通路并改善腸道屏障功能。Li等[19]發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞衍生的外泌體miR-223可抑制腸上皮細(xì)胞間緊密連接中claudin-8表達(dá)，增加腸黏膜通透性從而破壞腸道屏障功能。Bakirtzi等[20]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)神經(jīng)肽/P物質(zhì)刺激后腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體miR-21增加。MiR-21通過影響靶細(xì)胞的增殖和遷移進(jìn)而加劇結(jié)腸炎的發(fā)生，過表達(dá)miR-21也可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖和遷移[21]。Kang等[22]將miR-148b-5p模擬物與人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)miR-148b-5p表達(dá)增加，下調(diào)巨噬細(xì)胞中15-lox-1表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)IBD結(jié)腸組織的損傷修復(fù)。上述研究結(jié)果表明外泌體的miRNA通過調(diào)節(jié)腸道屏障功能、激活NF-κB信號通路以及影響免疫細(xì)胞的增殖和遷移進(jìn)而在IBD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。干預(yù)外泌體內(nèi)相關(guān)miRNA的表達(dá)可能有助于維持腸道屏障的正常功能以及促進(jìn)損傷的結(jié)腸組織修復(fù)，從而達(dá)到治療IBD的效果。

3. 脂質(zhì)在IBD中的作用：脂質(zhì)位于外泌體膜上的鞘脂/膽固醇富集區(qū)域，為外泌體重要的組成部分，其中脂質(zhì)分子的種類多達(dá)1 116種[23]，且部分脂質(zhì)在外泌體中的含量較其親代細(xì)胞更高。Arai等[24]發(fā)現(xiàn)外源性補(bǔ)充植物來源的葡萄糖基神經(jīng)酰胺(本質(zhì)是一種細(xì)胞脂質(zhì))可緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的腸道炎癥反應(yīng)。這一研究為含有葡萄糖基神經(jīng)酰胺的外泌體治療IBD患者提供了可能性。腸干細(xì)胞在調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是腸組織穩(wěn)態(tài)和修復(fù)所必需的。Ju等[25]發(fā)現(xiàn)腸道Lgr5+干細(xì)胞靶向性攝取葡萄外泌體樣納米顆粒(GELN)可促進(jìn)干細(xì)胞增殖，進(jìn)而緩解DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠疾病進(jìn)展，這一過程需依賴GELN的脂質(zhì)體樣納米顆粒(LLN)來實(shí)現(xiàn)。緊密連接復(fù)合物可調(diào)節(jié)上皮屏障的完整性，其中一些復(fù)合物位于富含膽固醇的區(qū)域(即脂筏)中。Bowie等[26]發(fā)現(xiàn)IFN-γ處理的細(xì)胞、亞臨床結(jié)腸炎小鼠回腸、緩解期或輕度活動期UC患者中脂筏結(jié)構(gòu)均被破壞，且這一改變先于腸道通透性的增加，即脂筏的結(jié)構(gòu)改變可能是引起腸道通透性增加進(jìn)而破壞腸道屏障功能的原因?？傊庠葱匝a(bǔ)充脂質(zhì)有助于脂筏結(jié)構(gòu)的修復(fù)進(jìn)而維持腸道屏障的正常功能，可能達(dá)到治療IBD等腸黏膜屏障受損類疾病的效果，但目前關(guān)于外泌體脂質(zhì)與IBD的研究較少，有待進(jìn)一步深入研究。

三、外泌體在IBD發(fā)病機(jī)制中的作用

1. 外泌體在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路方面的作用：IBD發(fā)病與多種信號通路的激活密切相關(guān)，外泌體可作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的載體參與該過程并可調(diào)節(jié)相關(guān)促炎因子的表達(dá)來干預(yù)炎癥的發(fā)生。Wang等[27]發(fā)現(xiàn)M1巨噬細(xì)胞衍生的外泌體可通過激活NF-κB通路上調(diào)促炎因子iNOS、IL-6、IL-12并下調(diào)抗炎因子IL-10表達(dá)介導(dǎo)局部炎癥的發(fā)生。Yang等[28]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過抑制NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并下調(diào)促炎因子TNF-α、IL-1β水平從而緩解TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎。Li等[29]發(fā)現(xiàn)凝血酶激活的血小板衍生的外泌體含有miR-223，其可能通過抑制NF-κB通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來下調(diào)細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達(dá)，從而降低炎癥環(huán)境中血栓形成的風(fēng)險。Huang等[30]發(fā)現(xiàn)經(jīng)TNF-α、IL-6處理后，間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體內(nèi)與血管生成相關(guān)的miRNA表達(dá)下降，進(jìn)而下調(diào)與血管生成相關(guān)通路的表達(dá)。由此可見，外泌體可通過信號通路來調(diào)節(jié)促炎因子的分泌進(jìn)而干預(yù)炎癥的發(fā)生，而促炎因子也可通過影響外泌體內(nèi)miRNA表達(dá)來調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)。總之，外泌體可能通過影響信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)來調(diào)節(jié)促炎因子的表達(dá)，進(jìn)而在IBD中發(fā)揮作用。

2. 外泌體在免疫調(diào)節(jié)方面的作用：外泌體可通過影響Th1/Th2平衡以及誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。Okoye等[31]發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞通過釋放含有miR-let-7d的外泌體來抑制Th1細(xì)胞功能并減少炎癥因子的釋放，從而緩解炎癥損傷。Wang等[32]發(fā)現(xiàn)髓源性抑制細(xì)胞衍生的外泌體可抑制腸系膜淋巴結(jié)中Th1細(xì)胞增殖并促進(jìn)Treg細(xì)胞增殖，從而緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀。Li等[33]的研究結(jié)果顯示肥大細(xì)胞衍生的外泌體中含OX40L，通過與初始CD4+T細(xì)胞表面的OX40結(jié)合進(jìn)而促進(jìn)后者分化為Th2細(xì)胞。Chen等[34]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體可誘導(dǎo)Th1細(xì)胞向Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)化并抑制T細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞，通過減少促炎因子IL-1β、TNF-α和增加抗炎因子TGF-β來抑制炎癥反應(yīng)。Del Fattore等[35]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體可誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化并上調(diào)抗炎因子IL-10表達(dá)。上述研究結(jié)果均表明外泌體可通過影響Th1/Th2平衡以及誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。外泌體所表現(xiàn)出的這些效應(yīng)和潛在機(jī)制似乎不同于其親代細(xì)胞，可能是通過親代細(xì)胞的旁分泌調(diào)節(jié)來完成的。綜上所述，外泌體通過影響免疫細(xì)胞分化和促炎細(xì)胞因子分泌在IBD中發(fā)揮作用。

3. 外泌體在腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面的作用：腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)是由腸道黏膜免疫屏障、腸道內(nèi)環(huán)境(包括腸道菌群)等相互作用所構(gòu)成的動態(tài)平衡狀態(tài)。外泌體可通過調(diào)節(jié)患者腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)參與IBD的發(fā)病。自噬是溶酶體的降解過程，是防止微生物侵襲并維持腸道動態(tài)平衡的關(guān)鍵因素。Larabi等[36]發(fā)現(xiàn)被黏附侵襲性大腸埃希菌(AIEC)感染的腸上皮細(xì)胞分泌的外泌體可將miR-30c和miR-130a從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，從而抑制受體細(xì)胞自噬的發(fā)生。有研究[37]表明抑制血清外泌體中的NEAT1(一種長鏈非編碼RNA)可通過增強(qiáng)腸上皮屏障功能，促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1型轉(zhuǎn)化為M2型從而抑制DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。外泌體中富含多種熱休克蛋白(HSP)，Wang等[38]發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)HSP70可通過與緊密連接相關(guān)蛋白(如ZO-1)相互作用以維持腸上皮屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性，并參與ERK磷酸化調(diào)節(jié)抗炎因子IL-10的產(chǎn)生，從而在結(jié)腸炎中發(fā)揮保護(hù)作用。HSP70還可通過免疫調(diào)節(jié)作用進(jìn)而影響宿主的腸道微生物組，Asea等[39]發(fā)現(xiàn)HSP70可利用革蘭陰性細(xì)菌受體(TLR4)和革蘭陽性細(xì)菌受體(TLR2)以CD14依賴的方式刺激促炎反應(yīng)的發(fā)生。Teng等[40]發(fā)現(xiàn)小鼠和健康受試者的腸道微生物組均可吸收植物來源的外泌體樣納米顆粒(ELN)，宿主的腸道微生物組成發(fā)生改變，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)GELN-RNA靶向性地作用于鼠李糖乳桿菌(LGG)的多個基因并上調(diào)吲哚-3-甲醛(I3A)表達(dá)，誘導(dǎo)IL-22產(chǎn)生，從而在DSS結(jié)腸炎中發(fā)揮保護(hù)作用。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)外泌體作為載體將蛋白或RNA運(yùn)送至患者腸道內(nèi)，或依賴其內(nèi)的蛋白、長鏈非編碼RNA以改變患者的腸道菌群組成或調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能，有可能成為治療IBD的一種新途徑。

四、結(jié)語

目前治療IBD的藥物主要有水楊酸制劑、免疫調(diào)節(jié)劑、生物制劑，但療效有限。外泌體通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化、促炎因子分泌以及影響腸道屏障功能在IBD發(fā)病中發(fā)揮重要作用。外泌體也可作為載體運(yùn)送藥物或疫苗治療腫瘤或自身免疫病，其可能替代細(xì)胞成為一種新的治療自身免疫病的手段[1,41]。隨著外泌體的研究深入，可更明確其在IBD發(fā)病中的作用并為治療提供新的方法。