外泌體在心肌梗死治療中的作用研究進(jìn)展

蔡婉垠 楊 簡 范致星 王輝波 曾 萍

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

外泌體在心肌梗死治療中的作用研究進(jìn)展

蔡婉垠 楊 簡 范致星 王輝波 曾 萍

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

心肌梗死(MI)；外泌體

心肌梗死(MI)是冠心病的嚴(yán)重類型,它可造成心肌細(xì)胞不可逆的損傷和喪失，最終導(dǎo)致心力衰竭，甚至引起死亡。MI發(fā)病率呈逐年漸上升趨勢，死亡率也極高，MI及其相關(guān)并發(fā)癥對社會和衛(wèi)生保健系統(tǒng)都構(gòu)成了巨大威脅。盡管在MI急性期進(jìn)行以下治療可減輕心肌損傷，比如：冠狀動脈搭橋術(shù)、冠狀動脈球囊擴(kuò)張術(shù)和藥物溶栓治療，但為了完善MI急性期治療方案，提高患者生活質(zhì)量，仍有必要探尋新的治療方法。近年來，人們發(fā)現(xiàn)用干細(xì)胞治療MI能恢復(fù)心臟組織體積并延緩心力衰竭〔1〕。大多數(shù)研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)對MI的治療作用是通過旁分泌因子介導(dǎo)的〔2〕，干細(xì)胞通過旁分泌方式釋放可溶性因子，促進(jìn)心臟組織再生和修復(fù)〔3〕。外泌體是MSC通過旁分泌方式產(chǎn)生的主要介質(zhì)〔4〕，它能減小MI面積、改善梗死后的心臟功能，其作為一種心臟保護(hù)因子將成為MI治療的新希望。結(jié)合近年來有關(guān)外泌體的主要研究，本文總結(jié)歸納了外泌體在治療MI中的作用及相關(guān)機(jī)制，并對外泌體在臨床研究中的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行簡要介紹。

1 外泌體簡介

上世紀(jì)80年代中期，Johnstone〔5〕第1次報(bào)道網(wǎng)織紅細(xì)胞釋放的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體與小的質(zhì)膜囊泡有關(guān)，這種通過胞吐作用產(chǎn)生的小泡在100 000 g超速離心90 min時被發(fā)現(xiàn)并被命名為外泌體。細(xì)胞可分泌多種囊泡，外泌體是其中之一，其他分泌囊泡還包括微泡、核外粒體、顆粒膜、外泌體樣小泡和凋亡小體。研究表明，外泌體是由多種不同類型的細(xì)胞分泌的，包括內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T細(xì)胞、血小板、施萬細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和精子〔6〕。它們也在體液中被發(fā)現(xiàn)，比如尿液、 母乳、唾液以及支氣管灌洗液〔7〕。

外泌體直徑為40～100 nm，在蔗糖溶液中的濃度為1.13～1.19 g/ml,可以在100 000 g時沉淀。外泌體膜上有豐富的膽固醇、鞘磷脂和神經(jīng)酰胺，其中包含多種蛋白質(zhì)和RNA，大多數(shù)外泌體都有一套進(jìn)化上相對保守的蛋白質(zhì)，包括4次跨膜蛋白超家族(CD81、CD63、CD9)、細(xì)胞程序性死亡相關(guān)基因-2相互作用蛋白X(Alix)和腫瘤易感基因(Tsg)101，它們都有獨(dú)特的組織/細(xì)胞特異性蛋白，利用這些蛋白可以反映出它們的細(xì)胞來源。MSC是一種成人干細(xì)胞，起源于中胚葉，它們在治療包括MI、肝纖維化、活性氧損傷以及腎損傷在內(nèi)的組織損傷中有巨大潛能，不同組織來源的MSC在心肌損傷中的治療效果相似，研究表明，MSC的治療作用可能由其分泌的外泌體來實(shí)現(xiàn)，并提示用外泌體代替MSC治療可能避免MSC造成的潛在風(fēng)險(在心臟再生治療中，MSC的應(yīng)用有免疫反應(yīng)性和致瘤性)，因此，用外泌體代替MSC治療MI將為心臟再生治療提供新思路〔7〕。

2 外泌體在MI中的作用及機(jī)制

心肌組織能釋放外泌體，外泌體出現(xiàn)在MI的邊緣區(qū)，可以介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞、干細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的信息傳遞，MI發(fā)生后，外泌體在細(xì)胞間近距離和遠(yuǎn)距離的信號傳遞中起重要作用〔6〕。

2.1 外泌體通過增加ATP產(chǎn)生、減少氧化應(yīng)激和誘導(dǎo)PI3K/Akt信號通路發(fā)揮抗MI作用 在再灌注1 h內(nèi)，外泌體能極大增加心臟組織中ATP和NADH的水平，這是由外泌體中的糖酵解酶使糖酵解增強(qiáng)引起的，因此，外泌體能為受損的心肌提供能量，從而使心功能在一定程度上得到改善；外泌體中含有抗氧化劑，如：抗氧化蛋白和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶，它們能補(bǔ)充缺血再灌注損傷心肌中耗盡的抗氧化劑，因此可減輕心肌細(xì)胞氧化損傷；外泌體中存在具有酶活性的CD73，它被證明是細(xì)胞外腺嘌呤核苷酸釋放的腺苷形成的主要酶，它能利用胞外的ATP產(chǎn)生腺苷，從而激活再灌注損傷挽救激酶(RISK)信號通路并增強(qiáng)心肌活力，RISK中PI3K/Akt通路在限制再灌注損傷中具有重要意義，故外泌體能減輕再灌注損傷〔2〕。

2.2 外泌體能減少白細(xì)胞浸潤 臨床研究中表明MI面積與白細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān)〔8〕，外泌體應(yīng)用后白細(xì)胞計(jì)數(shù)減少，這可能是心肌損傷程度降低導(dǎo)致的〔2〕，由此可以得出MI面積的減少和心功能的改善與用外泌體處理后導(dǎo)致的低白細(xì)胞有關(guān)。

2.3 外泌體介導(dǎo)細(xì)胞之間的信息傳遞 當(dāng)用心臟祖細(xì)胞(CPC)和缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1處理心肌細(xì)胞時，心功能得到改善，高表達(dá)HIF-1的血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的外泌體能被梗死區(qū)植入的CPC攝取，增加了CPC中miR-126和miR-210的水平，這表明miRNA可以通過外泌體來傳輸并參與細(xì)胞間通訊。在糖尿病小鼠試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，由心肌?xì)胞釋放的富含miR-320的外泌體能夠被內(nèi)皮細(xì)胞攝取。多數(shù)試驗(yàn)表明，外泌體能向受體細(xì)胞傳送蛋白質(zhì)和遺傳信息〔6〕。因此，細(xì)胞可以通過外泌體將信號傳遞給受體細(xì)胞，從而介導(dǎo)細(xì)胞之間的信號傳遞。

3 MSC分泌的外泌體在MI治療效果中的研究

試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校猛饷隗w處理缺血再灌注小鼠后，極大地減小了小鼠MI面積〔9〕。Arslan等〔2〕表明，在急性MI小鼠模型中，胚胎干細(xì)胞(ESC)來源的MSC分泌的外泌體能改善心臟功能。受MSC分泌的胞外小泡(EVs)作用后，人類的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞可發(fā)生增殖和遷移，同時在AMI小鼠模型中，注射MSC分泌的EVs能極大減小梗死面積、恢復(fù)心臟功能、刺激血管生成〔10〕。缺血預(yù)處理的小鼠MSC分泌的外泌體中含有大量的miR-22，將其作用于AMI小鼠后，這種富含miR-22的外泌體通過下調(diào)甲基化CpG結(jié)合蛋白2發(fā)揮抗心肌凋亡作用〔11〕。

離體試驗(yàn)表明，在缺氧情況下，MSC釋放的富含趨化因子受體(CXCR)4的外泌體轉(zhuǎn)入心肌細(xì)胞后，增加了心肌細(xì)胞存活率，這與PI3K/Akt信號通路的激活有關(guān)；在體實(shí)驗(yàn)表明，富含CXCR4的外泌體預(yù)處理心肌細(xì)胞后，促進(jìn)了血管生成，并表明之后的心功能得到改善，缺氧條件下，高表達(dá)CXCR4的MSC增強(qiáng)了促血管生成因子的釋放和內(nèi)皮細(xì)胞分化〔12〕。Yu等〔13〕表明，高表達(dá)GATA4(一種轉(zhuǎn)錄因子)的MSC釋放更多的生長因子和促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的血管生成，富含GATA4的外泌體高表達(dá)不同種類的miRs,尤其是抗凋亡的miRs，用富含GATA4的外泌體和不含GATA4的外泌體培養(yǎng)心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)富含GATA4的外泌體培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中miRs含量明顯增加，而后者無明顯增加，缺氧環(huán)境下，高表達(dá)GATA4不僅能促進(jìn)MSC向心肌細(xì)胞分化，而且能增加MSC存活率、減少心肌細(xì)胞凋亡、增加血管生成并改善心臟功能。

4 總結(jié)與展望

外泌體是由體內(nèi)多種細(xì)胞分泌的一種囊泡，囊泡內(nèi)包含多種不同的具有生物活性的蛋白質(zhì)和RNA，外泌體可參與細(xì)胞間的相互作用，比如免疫反應(yīng)、信息傳遞和抗原呈遞，MSC分泌的外泌體能通過增加心肌細(xì)胞ATP的產(chǎn)生、減少氧化應(yīng)激和誘導(dǎo)PI3K/Akt信號通路、減少白細(xì)胞浸潤和介導(dǎo)細(xì)胞間的信息傳遞來發(fā)揮抗心肌凋亡和改善心功能的作用，是MI患者輔助治療的新希望。而且，MI后外泌體相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測能作為疾病評估和預(yù)后判斷的一個新指標(biāo)。外泌體能用于MI的治療，但目前關(guān)于外泌體治療MI有效性和安全性的試驗(yàn)仍不足，因此，還需要進(jìn)行更大規(guī)模和更高質(zhì)量的前瞻性的隨機(jī)臨床試驗(yàn)，來肯定外泌體治療MI的價值。

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〔2016-11-19修回〕

(編輯 李相軍)

國家自然科學(xué)基金(81470387)

楊 簡(1982-)，男，博士，副主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事冠心病研究。

蔡婉垠(1993-)，女，在讀碩士，主要從事冠心病研究。

R714.252

A

1005-9202(2017)09-2313-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.09.108