不同細胞來源外泌體參與心血管疾病發生的研究進展

余華炅 王俊程 高丹忱 朱建華

21 世紀以來，全球心血管疾病發病率較前明顯上升，已成為嚴重威脅人類健康的重要因素[1]。

外泌體是近年來發現一類細胞外囊泡，其廣泛存在于人體組織，幾乎可被人體所有細胞分泌[2]。外泌體直徑約30～100 nm，具有脂質雙分子層膜結構，最初被發現于羊網織紅細胞[3]，主要通過內溶酶體途徑從細胞中釋放[4]，作為細胞間通訊的載體。越來越多的證據表明，外泌體在免疫應答、凋亡、血管生成和炎性反應中發揮著重要作用。外泌體對靶細胞的作用主要依賴于微小RNA（miRNA），也可攜帶如蛋白質、脂質、Piwi 蛋白相作用RNA（piRNA）等物質[5]，但其在細胞間通訊中起到的作用目前尚未明確。

1 外泌體與心血管疾病

Ye 等[6]對20 例慢性心力衰竭（心衰）患者和健康對照組進行了血漿外泌體的提取，通過DNA 測序和數字聚合酶鏈式反應（dPCR）對血漿源外泌體的線粒體DNA（mtDNA）進行定性和定量分析，發現慢性心衰患者血漿外泌體顆粒數量和外泌體mtDNA 拷貝數均升高。Zheng 等[7]比較了急性心肌梗死（AMI）患者（n＝15）與對照組（n＝15）循環外泌體長鏈非編碼RNA（lncRNA）的測序譜，發現AMI 患者循環外泌體中lncRNAs ENST00000556899.1 和ENST00000575985.1 升高，提示其可能作為預測AMI 預后的潛在生物標志物。

PiRNA 是長度為24～32 個核苷酸的非編碼RNA（ncRNA）[8]。Yang 等[9]對心血管疾病患者外泌體中piRNA 的測序發現，585 個piRNA 在心衰患者中表達上調，4 623 個piRNA 表達下調。其中，has-piR-020009 和has-piR-006426 2 種外泌體的差異最為顯著，提示部分piRNA 很可能參與心衰進展。

外泌體內容物的相對表達水平在很大程度上取決于來源的細胞類型，并可能在不同的環境條件下發生變化[10]。

2 不同細胞來源外泌體與心血管疾病

2.1 心肌成纖維細胞來源外泌體與心血管疾病

心肌成纖維細胞（CF）是細胞外基質沉積和瘢痕形成的主要效應細胞[11]。Bang 等[12]使用電子顯微鏡發現純心肌成纖維細胞培養的細胞質中存在典型的多泡體（MVBs），這些多泡體質膜向內凹陷，形成腔內小泡，隨后與成纖維細胞的質膜融合，將小泡釋放至胞外，形成外泌體，該過程也受到中性鞘磷脂酶2（SMPD2）的調控。此外，miR-21 主要在心臟成纖維細胞中表達，而它的客鏈——miR-21*則富集于成纖維細胞分泌的外泌體中。miR-21*可通過降低SORBS2 和PDLIM5 蛋白的表達誘導心肌肥大。

Lyu 等[13]通過對新生大鼠的成纖維細胞和心肌細胞進行分離培養發現，血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）可刺激心肌成纖維細胞釋放外泌體，后者可通過激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和蛋白激酶B（Akt）上調心肌細胞中的腎素-血管緊張素系統（RAS），從而誘導心肌細胞肥大，但其在心肌細胞中上調和激活RAS 的確切機制尚未明確。

2.2 心肌細胞來源外泌體與心血管疾病

心肌細胞來源外泌體可通過介導心肌細胞中熱休克蛋白（HSP）的釋放激活免疫。HSP 是人體內廣泛存在的一類熱應激蛋白，按照大小分為HSP60、HSP70、HSP90、HSP110 及小分子熱休克蛋白，其中大部分HSP 具有分子伴侶活性，在蛋白質折疊、轉運和細胞信號轉導中有重要功能[14]。Gupta 等[15]對心肌細胞來源外泌體進行了研究，并強調具有強免疫原性的熱休克蛋白HSP60 在成人心肌細胞運輸中發揮作用，而其他類型細胞來源外泌體并未發現該類蛋白發揮作用。

此外，心肌細胞來源外泌體也是心臟-內皮通信系統的關鍵組成部分[16]。葡萄糖缺乏會驅動該類外泌體的合成和分泌。這些外泌體裝載有葡萄糖轉運體和糖酵解酶，可被內皮細胞吸收，并提高內皮細胞攝取葡萄糖和產生丙酮酸的能力，進一步提高了糖酵解活性。

2.3 內皮細胞來源外泌體與心血管疾病

Halkein 等[17]發現，外泌體miRNA 能介導心肌細胞和內皮細胞之間的信號轉導。例如，催乳素水解片段能通過刺激內皮細胞釋放載有miR-146a的外泌體。這些外泌體被心肌細胞獲取后，可導致其代謝活性降低。

Van Balkom 等[18]研究了內皮細胞來源外泌體攜帶的hsa-miR-214 在細胞通訊間的作用，發現其可導致受體細胞中毛細血管擴張性共濟失調突變基因（ATM）的下調，從而抑制細胞衰老，誘導血管生成。

Krüppel 樣因子2（KLF2）在介導動脈粥樣硬化保護誘導內皮細胞基因表型中起重要作用，Hergenreider 等[19]發現KLF2 可與啟動子結合，誘導miR-143/145 表達上調，以調控平滑肌細胞的表型。以上途徑可通過外泌體在內皮細胞與平滑肌細胞之間的轉運完成。

2.4 脂肪細胞來源外泌體與心血管疾病

脂聯素是脂肪細胞分泌的一種內源性生物活性多肽，它是一種胰島素增敏物質，具有改善胰島素抵抗和動脈硬化的作用[20]。Flaherty 等[21]發現脂肪細胞除了脂解反應（通過中性脂肪酶的作用釋放脂肪酸和甘油）外，還可以通過外泌體直接釋放中性脂質。也有研究表明，脂聯素可通過與T-鈣黏蛋白結合被內吞到核內體，從而刺激外泌體的生成[22]。

研究發現，肥厚性脂肪細胞來源外泌體高表達miR-802-5p，而HSP60 則是miR-802-5p 的直接靶標，其沉默可誘導胰島素抵抗，并對抗脂聯素的胰島素有增敏作用[23]。由此可知，心室肌細胞的胰島素敏感性也通過HSP60 受miR-802-5p 的負調控影響。

2.5 紅細胞和血小板來源外泌體與心血管疾病

紅細胞可通過包括與內皮細胞的相互作用在內的機制參與心血管系統的調節[24]。Huang 等[25]提取了成熟紅細胞內存在的外泌體，發現miR-125b-5p，miR-4454 和miR-451a 3 種miRNA 較為豐富，但具體作用還需進一步探索。

Davidson 等[26]探討了血小板在心肌損傷中的作用。冠狀動脈主要為心臟供氧，前者形成斑塊，斑塊破裂后釋放組織因子和血小板活化因子，可使血小板迅速黏附聚集形成血栓，易致血管急性閉塞從而導致心肌缺血缺氧。有研究發現，血小板還可通過釋放外泌體影響心臟代謝[27]。Sun 等[28]比較了急性冠脈綜合征（ACS）患者與健康人群血清中血小板來源外泌體攜帶miR-126 和血管生成因子的水平，發現ACS 組含量均高于對照組，進一步表明激活血小板來源外泌體可導致miR-126 和血管生成因子過表達，這可為斑塊內血管生成的治療提供新思路。

2.6 免疫細胞來源外泌體與心血管疾病

免疫細胞包括樹突狀細胞、單核/巨噬細胞、B/T 淋巴細胞、肥大細胞等，它們介導的免疫應答在多種心血管疾病進展過程中起著重要作用，但具體機制尚未完全闡明[29]。Cai 等[30]發現CD4＋T 細胞在心肌梗死的心肌細胞中明顯浸潤，活化的CD4＋T細胞來源外泌體是成肌纖維細胞激活的重要載體，而成纖維細胞是心臟纖維化重構的核心要素。其中，此類外泌體中的miR-142-3p 可充當信號轉導體。

有研究利用膿毒癥誘導小鼠心肌炎發現，使用GW4869 抑制巨噬細胞源性外泌體釋放，可以減少炎性反應，對抗心功能不全，從而延長小鼠生存時間[31]。另外有研究表明，這類外泌體可能通過將其內攜帶的miR-155 轉移至成纖維細胞，抑制成纖維細胞增殖，從而增強炎性反應[32]。見表1。

表1 不同細胞來源外泌體作用

3 小結

外泌體是心血管疾病中新興的研究領域，目前對外泌體的研究高度依賴于所使用的分離和純化方法，這對分離提取的步驟和實驗室儀器提出了更高的要求[33]。不同來源外泌體攜帶的不同小分子物質也有望成為未來心血管疾病的潛在治療靶點，為精準醫療提供依據，但仍需進一步研究探索。