蔡珍，陳燦

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣東 湛江 524000)

缺血性心臟病可影響全球約1.26億人，約占世界人口的1.72%[1]。全球每年約900萬(wàn)人因缺血性心臟病死亡，同時(shí)缺血性心臟病的全球患病率也逐年升高[2]。預(yù)計(jì)到2030年，每10萬(wàn)人中約有缺血性心臟病患者1 845例[3]。急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一種由缺血缺氧導(dǎo)致的嚴(yán)重心血管疾病。心肌細(xì)胞死亡后，導(dǎo)致心臟成纖維細(xì)胞增殖以及以膠原蛋白為主的細(xì)胞外基質(zhì)增多，最終導(dǎo)致心肌纖維化形成[4]。心肌過(guò)度纖維化是 AMI患者不良心臟重構(gòu)、心功能惡化和惡性心律失常發(fā)生的病理基礎(chǔ)，因此保護(hù)心肌細(xì)胞是維持心臟正常舒縮功能的基礎(chǔ)，對(duì)預(yù)防AMI并發(fā)癥具有重要意義。目前心肌梗死的治療策略主要包括冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)、溶栓治療、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療、傳統(tǒng)藥物治療以及生活方式干預(yù)等[5-6]。外泌體是一種由細(xì)胞分泌的囊泡，最初被認(rèn)為是一種“無(wú)用”的物質(zhì)，但隨著研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)外泌體可通過(guò)其攜帶的生物活性物質(zhì)在組織微環(huán)境之間傳遞細(xì)胞間信息，調(diào)節(jié)周?chē)h(huán)境并靶向特定器官，從而發(fā)揮生物學(xué)功能[7-8]。此外，外泌體還可通過(guò)抑制心肌細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)及心肌纖維化等減輕心肌損傷，因此可能成為心肌梗死治療的新靶點(diǎn)[9]?，F(xiàn)就外泌體在心肌梗死中作用機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 外泌體概述

1.1外泌體的來(lái)源及成分 外泌體是由細(xì)胞釋放的直徑為30～150 nm的脂質(zhì)囊泡。外泌體的成分包含獨(dú)特的DNA、RNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)[10-11]。不同來(lái)源的外泌體具有共同的蛋白成分，包括所有四跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81、CD82)、脂筏標(biāo)記蛋白、膜聯(lián)蛋白密切相關(guān)的膜融合蛋白以及介導(dǎo)多囊泡體產(chǎn)生的分子伴侶熱激蛋白(如熱激蛋白70、熱激蛋白90)[12]。在大多數(shù)體液(如尿液、母乳、腦脊液)中均可檢測(cè)到外泌體[13]。

1.2外泌體的生物發(fā)生與釋放過(guò)程 外泌體的發(fā)生始于胞吞作用，細(xì)胞膜內(nèi)陷形成早期內(nèi)體或晚期內(nèi)體，這些內(nèi)體逐漸形成多囊泡體或以囊泡的形式與質(zhì)膜融合，釋放到細(xì)胞間隙中[14]。不同的內(nèi)體分選復(fù)合物(內(nèi)體分選復(fù)合物-0、內(nèi)體分選復(fù)合物-Ⅰ、內(nèi)體分選復(fù)合物-Ⅱ和內(nèi)體分選復(fù)合物-Ⅲ)和相關(guān)的輔助蛋白在外泌體分泌過(guò)程中起關(guān)鍵作用[15]。外泌體的釋放和有效載荷受各種生理因素和細(xì)胞條件影響，包括氧化應(yīng)激、細(xì)胞內(nèi)鈣水平、缺氧等[16]。Liu等[17]通過(guò)比較常氧與缺氧狀態(tài)下內(nèi)皮集落形成細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體微RNA(microRNA，miRNA/miR)發(fā)現(xiàn)，缺氧條件下外泌體miRNA水平顯著改變是導(dǎo)致內(nèi)皮集落形成細(xì)胞攜帶的外泌體保護(hù)作用減弱的原因。表明外泌體的生物發(fā)生與釋放過(guò)程復(fù)雜，不同的環(huán)境刺激不僅會(huì)影響外泌體的釋放，還會(huì)影響外泌體的組分，從而進(jìn)一步影響外泌體的治療效果。

1.3外泌體的特性 外泌體具有低毒性、穩(wěn)定性、生物相容性、通透性、低免疫原性以及易內(nèi)化到受體細(xì)胞等生物物理特性，因此適合離體研究和操作，有利于心肌內(nèi)或心肌與遠(yuǎn)端組織的交流。外泌體還具有循環(huán)穩(wěn)定性和生物屏障滲透能力，因此可作為藥物遞送的載體，增強(qiáng)對(duì)靶組織和器官的調(diào)節(jié)[18-19]。但目前的外泌體存在產(chǎn)量低、結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和復(fù)雜性、外泌體分離和純化等問(wèn)題，故其作為藥物載體的臨床轉(zhuǎn)化存在困難[20]。因此，如何提高外泌體的安全性以及規(guī)模化生產(chǎn)是目前亟須解決的問(wèn)題。

1.4外泌體的功能 外泌體可將其攜帶的miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物分子轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處的受體細(xì)胞，并通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞間的通訊和信息傳遞改變受體細(xì)胞的功能。研究表明，外泌體可通過(guò)自分泌、旁分泌、內(nèi)分泌等方式調(diào)控受體細(xì)胞的表型以及功能[21-23]。外泌體除可直接與受體細(xì)胞結(jié)合將其激活外，還可通過(guò)內(nèi)吞作用將自身攜帶的生物分子轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，改變受體細(xì)胞狀態(tài)，并產(chǎn)生相應(yīng)的功能[24]?？傊?，外泌體攜帶的生物分子可作為通訊因子，參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過(guò)調(diào)節(jié)受體細(xì)胞的基因、代謝過(guò)程和細(xì)胞信號(hào)通路的重編程等而發(fā)揮作用。

2 外泌體在心肌梗死中的作用

2.1作為生物標(biāo)志物 早期心肌梗死主要通過(guò)臨床表現(xiàn)、心電圖和肌鈣蛋白來(lái)診斷，對(duì)于已經(jīng)患有冠心病的患者這些診斷方法則無(wú)法提供準(zhǔn)確的依據(jù)。而外泌體攜帶的miRNA具有生物穩(wěn)定性，可在各種體液中檢測(cè)到，并參與冠狀動(dòng)脈疾病的病理生理過(guò)程，因此其可作為診斷早期心肌梗死的生物標(biāo)志物[25]。研究發(fā)現(xiàn)，AMI和不穩(wěn)定型心絞痛患者血清外泌體miR-126、第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源(phosphatase and tensin homologue deleted on chro-mosome ten，PTEN)基因的表達(dá)水平均顯著高于健康對(duì)照者，且AMI患者miR-126和PTEN的表達(dá)水平顯著高于不穩(wěn)定型心絞痛者；受試者工作特征曲線和Gensini評(píng)分均表明，miR-126和PTEN可作為AMI的新型候選診斷生物標(biāo)志物，且可能較肌鈣蛋白更具特異性[26]。Zhao等[27]應(yīng)用miRNA微陣列比較心肌梗死患者與健康對(duì)照者外泌體miRNA的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，miR-183表達(dá)的變化最顯著，且其表達(dá)水平隨著心肌缺血損傷嚴(yán)重程度的增加而升高。以上研究表明，外泌體攜帶的miRNA是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器，可作為早期診斷心肌梗死并判斷患者預(yù)后的生物標(biāo)志物。

2.2修復(fù)和保護(hù)缺血心肌 干細(xì)胞具有自我更新、向不同組織分化的潛能，干細(xì)胞移植治療是修復(fù)缺血心肌最具前景的治療方法。有證據(jù)表明，干細(xì)胞對(duì)心臟的保護(hù)作用主要通過(guò)旁分泌方式實(shí)現(xiàn)[28]。由于移植的干細(xì)胞在受損心肌組織中的滯留時(shí)間短且存在風(fēng)險(xiǎn)性較高等問(wèn)題，其應(yīng)用受到限制[29]。而干細(xì)胞來(lái)源的外泌體具有與移植干細(xì)胞相同的心肌修復(fù)功能，可將其攜帶的內(nèi)容物作用于受損心肌細(xì)胞，并通過(guò)不同的機(jī)制在一定程度上修復(fù)和保護(hù)受損心肌[30]。研究證明，間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)在治療 AMI方面具有良好的應(yīng)用前景[31]。而MSC治療AMI的機(jī)制與其釋放的外泌體攜帶的miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等密切相關(guān)[32]。Huang等[33]報(bào)道，人臍帶MSC分泌的外泌體通過(guò)減小AMI大鼠左心室收縮末期內(nèi)徑和右心室舒張末期內(nèi)徑、增加左心室射血分?jǐn)?shù)和左心室短軸縮短率、顯著降低AMI大鼠的炎癥因子水平而發(fā)揮保護(hù)作用。Deng等[34]研究發(fā)現(xiàn)，脂肪干細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò)在體內(nèi)和體外抗凋亡、抑制心臟纖維化和炎癥反應(yīng)，改善心肌梗死患者的心臟損害。以上研究表明，不同來(lái)源的干細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生富集心臟保護(hù)的蛋白質(zhì)和miRNA的外泌體，修復(fù)和保護(hù)受損的心肌。但由于MSC外泌體的異質(zhì)性，可能對(duì)靶細(xì)胞產(chǎn)生不同的影響。因此，為了確保治療的安全性，有必要研發(fā)靶向性強(qiáng)且無(wú)細(xì)胞毒性的外泌體。經(jīng)過(guò)人工手段基因修飾、藥物或低氧預(yù)處理均可增強(qiáng)外泌體對(duì)心血管系統(tǒng)的保護(hù)作用。Sun等[35]通過(guò)觀察心肌梗死模型大鼠發(fā)現(xiàn)，與無(wú)基因修飾的外泌體相比，缺氧誘導(dǎo)因子-1α過(guò)表達(dá)的MSC來(lái)源的外泌體可通過(guò)促進(jìn)新血管形成、抑制纖維化顯著改善大鼠心臟功能。Gray等[36]研究發(fā)現(xiàn)，低氧預(yù)處理小鼠心肌后，其心臟祖細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)促進(jìn)血管生成、減少纖維化顯著改善小鼠心臟功能。以上研究表明，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的外泌體其療效進(jìn)一步增強(qiáng)，但安全性及具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

2.3通過(guò)多種機(jī)制調(diào)控心肌梗死 心肌梗死的主要特征是心肌細(xì)胞進(jìn)行性喪失，臨床上可出現(xiàn)白細(xì)胞計(jì)數(shù)升高，而過(guò)度炎癥可促進(jìn)梗死面積增加和后期心臟重構(gòu)，從而導(dǎo)致充血性心力衰竭。目前細(xì)胞移植已廣泛用于心肌梗死的治療，缺血微環(huán)境是影響細(xì)胞移植有效性的主要因素一。而外泌體能夠在靶細(xì)胞中產(chǎn)生類(lèi)似細(xì)胞反應(yīng)的無(wú)細(xì)胞成分，且其攜帶的RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物活性分子可通過(guò)抗凋亡、增加心臟血管形成、抗心臟重構(gòu)、抑制炎癥反應(yīng)等減少心肌梗死面積、改善心臟功能。

2.3.1調(diào)控細(xì)胞凋亡 Mao等[37]發(fā)現(xiàn)，人MSC來(lái)源的外泌體長(zhǎng)鏈非編碼RNA Krüppel樣因子3反義RNA1可通過(guò)miR-138-5p-沉默信息調(diào)節(jié)因子1軸抑制細(xì)胞凋亡并減緩心肌梗死進(jìn)程。Zhang等[38]發(fā)現(xiàn)，缺氧預(yù)處理骨髓MSC來(lái)源的外泌體，可顯著上調(diào)AMI大鼠的miR-24水平，下調(diào)B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2相關(guān)X蛋白、胱天蛋白酶3以及胱天蛋白酶3相關(guān)凋亡蛋白的表達(dá)。以上研究表明，外泌體在減少心肌細(xì)胞凋亡和改善心臟功能方面顯示出巨大的潛力。

2.3.2促進(jìn)心臟血管生成 心臟血管生成是重建缺血性心肌側(cè)支循環(huán)的重要過(guò)程。研究表明，遠(yuǎn)程缺血性調(diào)節(jié)衍生的外泌體可通過(guò)靶向熱激蛋白70上調(diào)與血管生成相關(guān)的分子(包括內(nèi)皮型一氧化氮合酶、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、缺氧誘導(dǎo)因子-1α、血管緊張素1和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子)的表達(dá)，加速血管生成，顯著改善心肌梗死患者的心功能[39]。心肌梗死患者血清外泌體miR-143可通過(guò)靶向胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體增加一氧化氮的產(chǎn)生，促進(jìn)心臟血管生成[40]。由此可見(jiàn)，外泌體攜帶的生物分子可介導(dǎo)細(xì)胞間的通訊，并通過(guò)靶向受體細(xì)胞重新編程，上調(diào)促血管生成因子的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)血管生成、保護(hù)缺血心肌。

2.3.3抗炎癥反應(yīng) 心肌梗死常伴有炎癥反應(yīng)，而過(guò)度炎癥反應(yīng)或炎癥抑制不當(dāng)均可影響心肌修復(fù)，導(dǎo)致心室重構(gòu)、AMI患者的心功能惡化及心力衰竭的發(fā)展。作為細(xì)胞通訊的重要介質(zhì)，外泌體在調(diào)節(jié)AMI后的炎癥反應(yīng)中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的外泌體可通過(guò)改變巨噬細(xì)胞表型、減輕促炎級(jí)聯(lián)反應(yīng)、增強(qiáng)修復(fù)活性，減小心肌梗死面積[41]。Huang等[42]發(fā)現(xiàn)，將外泌體遞送至梗死的心臟可顯著降低炎癥細(xì)胞因子(如白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α)的表達(dá)，同時(shí)增加基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1表達(dá)和血管生成。表明外泌體可直接靶向炎癥細(xì)胞或調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子而發(fā)揮作用，從而減輕心肌損傷。

2.3.4抑制心室重構(gòu) 在病理性刺激下，心肌梗死可導(dǎo)致后期心室重構(gòu)的發(fā)生，而心室重構(gòu)的主要病理過(guò)程包括心肌細(xì)胞增厚、心室容積增大、心腔形狀改變，同時(shí)心功能由代償轉(zhuǎn)為失代償，若不能及時(shí)治療可發(fā)展為充血性心力衰竭。研究表明，骨髓MSC來(lái)源的外泌體miR-185可通過(guò)靶向細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子2下調(diào)其表達(dá)，從而抑制心肌梗死小鼠的心室重構(gòu)[43]。Zheng等[44]報(bào)道，心力衰竭患者血清外泌體攜帶的miR-425和miR-744可通過(guò)靶向轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β抑制血管緊張素誘導(dǎo)的膠原和纖維合成，從而抑制心肌重構(gòu)。以上研究表明，外泌體攜帶的miRNA有望成為逆轉(zhuǎn)心肌重構(gòu)的治療靶點(diǎn)。

3 外泌體在心肌梗死中發(fā)揮“雙刃劍”作用

大多數(shù)細(xì)胞可分泌外泌體，在不同的刺激和生理環(huán)境下，外泌體攜帶的miRNA、蛋白質(zhì)等生物分子對(duì)心肌梗死的作用也不同。Yu等[45]研究發(fā)現(xiàn)，缺氧時(shí)心肌細(xì)胞可以分泌富含高水平腫瘤壞死因子-α的外泌體，而腫瘤壞死因子-α過(guò)表達(dá)會(huì)損害冠狀動(dòng)脈的內(nèi)皮功能。研究證實(shí)，在心肌缺血再灌注時(shí)，心肌成纖維細(xì)胞通過(guò)分泌富含miR-423-3p的外泌體參與心臟的保護(hù)[46]。以上研究表明，外泌體在心肌梗死中具有兩方面作用：①通過(guò)傳遞保護(hù)性的miRNA或蛋白促進(jìn)心肌修復(fù)微環(huán)境的產(chǎn)生；②產(chǎn)生促炎生物分子，在心肌梗死微環(huán)境中影響心臟血管生成和修復(fù)。據(jù)報(bào)道，缺氧處理的骨髓MSC衍生的外泌體miR-210可通過(guò)靶向下游線粒體凋亡誘導(dǎo)因子3，調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和p53的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、降低相關(guān)凋亡蛋白水平，從而減輕心肌梗死后心臟細(xì)胞凋亡[47]。但外泌體也可能產(chǎn)生有害作用。如M1型巨噬細(xì)胞來(lái)源的外泌體miR-155在心肌梗死微環(huán)境下作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管生成，抑制損傷心肌的修復(fù)、促使心臟重構(gòu)[48]。表明外泌體可能只是一個(gè)載體，其作用主要由內(nèi)容物決定，而心肌梗死修復(fù)的方向與機(jī)制則取決于外泌體內(nèi)容物成分和含量的變化。

4 小 結(jié)

外泌體可作為細(xì)胞間物質(zhì)和信息交流的重要載體，通過(guò)不同的信號(hào)通路促進(jìn)梗死心肌的修復(fù)。而外泌體中差異表達(dá)的miRNA和蛋白質(zhì)分子可作為早期預(yù)測(cè)或診斷心肌梗死的靶分子，但其差異表達(dá)的生物活性分子的安全性以及作用機(jī)制仍需要大量臨床研究進(jìn)一步驗(yàn)證。雖然干細(xì)胞來(lái)源的外泌體攜帶的miRNA、蛋白質(zhì)等生物分子具有心臟保護(hù)作用，但仍有許多問(wèn)題需要解決：①目前仍缺乏高通量收集并純化外泌體以及富集和靶向心肌保護(hù)作用的分子技術(shù)；②與干細(xì)胞移植相比，外泌體不進(jìn)行自我增殖，因此不具有致瘤性，但其在治療過(guò)程中產(chǎn)生的不良反應(yīng)目前仍不清楚，需要進(jìn)一步研究?？傊磥?lái)仍需進(jìn)一步闡明外泌體的作用機(jī)制，從而為心肌損傷修復(fù)提供有效治療選擇。