不同干細胞源性外泌體在急性心肌梗死中的研究進展

梁艷勝 劉文卉 盛其萍 劉 平

（山東大學第二醫院，山東濟南250033）

隨著經濟社會的發展，我國心血管疾病的發病率日益增加，已成為重大的公共衛生問題?！?018年中國心血管疾病報告：最新摘要》中指出，我國急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）的死亡率不論性別或城鄉差異都會隨年齡增加而增加，并且40歲以后增加最明顯[1]。雖然近幾年經皮冠狀動脈介入治療和冠狀動脈旁路移植得到迅速發展，使很多AMI患者得以幸存，但是大部分幸存者最終會發展為心力衰竭，遠期預后仍較差。心臟移植是治療終末期心力衰竭的一種方式，但是所涉及的操作復雜、供體來源等問題使其難以廣泛開展。近年來隨著對外泌體研究的逐漸深入，不同干細胞源性外泌體在AMI中的促細胞增殖、血管新生等作用為無細胞治療提供了一種新的選擇。本文就不同干細胞來源外泌體在AMI中的研究進展進行綜述。

1 外泌體概述

外泌體是一類大小約40-100nm具有脂質雙分子層膜結構的細胞外囊泡，內含蛋白質、脂質、mRNA、miRNA、lncRNA、DNA 等多種生物學分子，可由B淋巴細胞、血小板、樹突狀細胞、肥大細胞、脂肪細胞、內皮細胞、平滑肌細胞和干細胞等多種細胞產生，廣泛分布在唾液、血液、尿液、母乳、腦脊液、淋巴液等多種體液中[2-3]。

干細胞來源的外泌體通過轉運蛋白質、lncRNA和miRNA等生物活性分子可以在干細胞和損傷細胞的細胞通訊中發揮作用。外泌體介導的組織特異性信息從損傷細胞到干細胞的轉移可能會使干細胞重新編程，從而獲得來源細胞的表型和功能特征。而干細胞釋放的外泌體也會賦予損傷細胞類似干細胞的表型，激活細胞的自我再生[4]。

2 不同干細胞源性外泌體在AMI中的作用

2.1 間充質干細胞源性外泌體

2.1.1 促進新生血管形成 Ju等人[5]建立小鼠AMI模型，通過心肌內注射將心臟間充質干細胞(Cardiac mesenchymal stem cells，CMSCs）分泌的外泌體和磷酸緩沖鹽溶液（Phosphate buffer saline，PBS）注射至心肌梗死邊緣區，發現與對照組相比，接受CMSCs外泌體治療可以促進心肌細胞增殖和心臟血管生成。Ma等人[6]結扎大鼠左前降支建立大鼠AMI模型，通過尾靜脈注射人臍帶間充質干細胞（Human umbilical cord mesenchymal stem cells，HucMSCs）來源的外泌體和經腺病毒將Akt轉染至HucMSCs后來源的外泌體，結果發現血小板衍生生長因子D（Platelet derived growth factor-D，PDGF-D）在 Akt轉染的HucMSCs的外泌體中表達明顯上調，具有促進血管內皮細胞的增殖、遷移和血管形成的作用?？梢?，不同的間充質干細胞在AMI動物模型中均發現了促進血管生成的作用。Huang等人[7]還發現AMI后30min心肌內注射外源性骨髓間充質干細胞（Bone mesenchymal stem cells，BMSCs）外泌體聯合AMI后第3天BMSCs移植可以縮小梗死面積，增加新生血管，對心功能的改善效果最好。這為干細胞源性外泌體治療AMI的時機提供了強有力的指導。

2.1.2 抑制細胞凋亡 Zhang等人[8]將低氧預適應的BMSCs外泌體注射到大鼠心肌內，觀察到AMI大鼠的miR-24水平顯著上調，凋亡蛋白表達下調，心肌梗死面積縮小，心功能得到改善。將H9c2細胞與低氧預適應的BMSCs外泌體孵育后，也可以觀察到miR-24表達上調，凋亡率降低。這表明在體內和體外低氧預適應BMSCs外泌體均可通過上調miR-24抑制心肌細胞凋亡。Zhu等人[9]用低氧或常氧條件下BMSCs來源的外泌體干預AMI小鼠，觀察28天后發現與常氧條件相比，在低氧條件下干預的外泌體中富集miR-125b-5p，也可以改善心肌細胞凋亡?？梢?，低氧處理后的BMSCs外泌體可以使miR-24和miR-125b-5p表達增強，抑制AMI時的心肌細胞凋亡。此外，也有學者發現了脂肪間充質干細胞（Adipose tissue-derived stromal cells，ADSCs）來源的外泌體在抑制心肌細胞凋亡中的作用：Pan等人[10]構建大鼠AMI模型和缺氧誘導的H9c2細胞模型，用miR-146a修飾的ADSCs來源的外泌體干預，證實了來自miR-146a修飾的ADSCs的外泌體通過下調早期生長反應因子1（Early growth response factor 1，EGRF1），逆轉AMI或缺氧誘導的Toll樣受體4（Toll-likereceptor4，TLR4）/核 因 子 κB（Nuclear factor-κB，NF-κB）信號的激活，可以抑制細胞凋亡，減輕AMI誘導的心肌損傷。

2.1.3 抑制炎癥反應 Luo等人[11]建立大鼠AMI模型和體外缺氧誘導的H9c2心肌細胞損傷模型：在體外實驗發現由miR-126高表達的ADSCs衍生的外泌體可通過減少炎癥因子和纖維化相關蛋白的表達減輕缺氧誘導的H9c2心肌細胞損傷。在體內研究證實miR-126富集的ADSCs來源的外泌體可顯著減少心肌梗死損傷面積以及心肌纖維化和炎性細胞因子的表達?？梢?，miR-126增強的ADSCs來源的外泌體在體內和體外實驗中都表現出現可以減輕炎癥和纖維化的作用。Liu等人[12]在體外缺氧H9c2細胞模型中發現包裹miR-93-5p的外泌體可以通過靶向調節TLR4，也能抑制缺氧誘導的炎性細胞因子的表達。Shi等人[13]構建AMI動物模型，于術中心肌內注射HucMSCs來源的外泌體，還發現外泌體在心肌梗死后的炎癥期能夠增加梗死區肌成纖維細胞的密度，促進炎癥環境中成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化，減弱炎癥反應，從而保護心肌細胞。

2.1.4 其他保護作用 Wang等人[14]發現HucMSCs來源的外泌體可以通過抑制miR-125b-5p來促進心肌修復。Huang等人[15]還發現HucMSCs來源的外泌體也能通過miR-19a靶向調節SOX6，激活AKT和抑制JNK3/caspase-3來保護心肌細胞免受AMI損傷。

2.2 心臟祖/干細胞源性外泌體

上文已詳述間充質干細胞在AMI中重要作用，有研究表明心臟祖細胞（Cardiac progenitor cells，CPCs）分泌的外泌體可能比BMSCs分泌的外泌體具有更強的心肌保護作用。Barile等人[16]在研究中發現CPCs外泌體通過妊娠相關性血漿蛋白-A（Pregnancy associated plasma protein-A，PAPP-A）調節胰島素樣生長因子結合蛋白-4（Insulin-like growth factor binding protein-4，IGFBP-4）釋放胰島素樣生長因子-1（Insulin-like growth factor-1，IGF-1），可以發揮比BMSCs分泌的外泌體更強的減少心肌細胞凋亡和AMI后瘢痕大小，改善心功能的作用。此外，心臟干細胞（Cardiac stem cells，CSCs）或CPCs也可以通過其他途徑在AMI中發揮保護作用：Youn等人[17]給予AMI小鼠miR-322修飾的CPCs來源的外泌體進行治療，證實這些外泌體可以增加活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的產生，增加內皮細胞的遷移和毛細血管的形成，在AMI中發揮保護作用。Cambier等人[18]發現心臟球源性細胞（Cardiosphere-derived cells，CDCs）外泌體中富含豐富的Y RNA片段，在缺血/再灌注后的冠狀動脈內注射含有Y RNA片段的外泌體可縮小梗死面積。Vandergriff等人[19]還發現如果將CSCs來源外泌體與心臟歸巢肽（Cardiac homing peptide，CHP）結合，可以靶向作用于AMI的心臟，使外泌體攝取增加，提高細胞存活率，增加細胞增殖和血管生成，減少心肌纖維化和瘢痕的面積。這也為AMI后的干細胞靶向治療提供了指導。

2.3 誘導多能干細胞源性外泌體

誘導多能干細胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）具有強大的自我更新能力和多向分化潛能，在AMI中也具有重要作用。Wang等人[20]通過分離純化iPSCs源性外泌體，證實iPSCs來源的外泌體可向體外培養的H9c2心肌細胞遞送具有心肌保護作用的miR-21和miR-210；在體內實驗中發現再灌注前向小鼠缺血心肌內注射iPSCs來源的外泌體可以保護心肌免受缺血/再灌注損傷。還有學者發現了iPSCs來源的外泌體在促進血管生成中的作用：Dougherty等人[21]通過提取人iPSCs來源的心肌細胞的外泌體，發現這些外泌體可以促進牛主動脈內皮細胞細胞增殖和管狀形成，也可以誘導人iPSCs來源的內皮細胞增加促血管生成生長因子的表達。Ding等人[22]也有類似的發現，提取iPSCs來源的外泌體后，用高糖加或不加人iPSCs來源的外泌體處理培養人臍靜脈內皮細胞48小時。與對照組相比，高糖培養的人臍靜脈內皮細胞存活率和管狀形成顯著降低。人iPSCs來源的外泌體能恢復高糖培養的人臍靜脈內皮細胞存活率和毛細血管樣結構的形成。這對于合并有糖尿病的心血管病患者的治療提供了指導方向。Santoso等學者[23]還發現從iPSCs及其分化的心肌細胞（Into cardiac myocytes，ICMs）培養上清液中沉淀的外泌體，在體外缺氧和外泌體的作用下能夠抑制ICMs凋亡；接受ICMs外泌體治療的AMI小鼠，細胞凋亡和纖維化也顯著減少，心臟情況得到改善。同時還發現在體內和體外，ICMs外泌體組中自噬體的產生和自噬通量上調。由此可見，ICMs外泌體也能通過調節缺氧心肌細胞的自噬來改善心肌梗死后的心功能。

2.4 胚胎干細胞源性外泌體

胚胎干細胞（Embryonic stem cells，ESCs）的生物學功能類似于iPSCs，也具有自我更新和多向分化的特性。ESCs源性外泌體在AMI中也表現出有益作用：Khan等人[24]將小鼠ESCs衍生的外泌體注入AMI小鼠心臟，發現ESCs外泌體具有促進新生血管形成，增加心肌細胞存活，減少心肌纖維化，改善心功能的作用。ESCs外泌體在體內移植8周后，還能夠增加CPCs的存活、增殖以及新的心肌細胞的形成。進一步研究證實這些生物學作用的產生可能與ESCs外泌體將miR-294遞送到CPCs有關。

2.5 造血干細胞源性外泌體

造血干細胞（Hematopoietic stem cell，HSCs）是血液系統中的成體干細胞，有學者發現HSCs來源的外泌體可能通過調節促血管生成及抗凋亡蛋白的表達促使血管新生[25]。Mackie等人[26]還在研究中發現，將音猬因子（Sonic hedgehog factor，SHH）修飾的CD34+HSCs注射到小鼠AMI后的邊緣區，能夠增加心肌梗死邊緣區毛細血管密度，減少心肌梗死面積，減輕AMI所致的心室重塑和心功能下降。

3 展 望

我們闡述了不同干細胞來源外泌體在AMI中的作用，與傳統的干細胞移植比較，外泌體治療創傷更小、特異性更強。隨著研究的深入，在未來干細胞源性外泌體很可能應用于AMI的治療。但目前仍面臨外泌體提取及純化過程復雜以及外泌體如何靶向傳遞具有生物學作用的活性因子等問題，這可能是干細胞源性外泌體未來的研究方向。