外泌體對不同細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用研究進(jìn)展

張君濤，王平，張超，尚曼，焦建杰，張棟林，吳超超

(1天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津300380；2天津醫(yī)科大學(xué)；3天津中醫(yī)藥大學(xué))

外泌體對不同細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用研究進(jìn)展

張君濤1，王平1，張超1，尚曼2，焦建杰2，張棟林3，吳超超3

(1天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津300380；2天津醫(yī)科大學(xué)；3天津中醫(yī)藥大學(xué))

外泌體是一種由細(xì)胞分泌至細(xì)胞外的膜性囊泡樣微體，具有組織細(xì)胞信使的功能，在調(diào)控細(xì)胞生理功能和誘導(dǎo)修復(fù)方面具有重要作用。間充質(zhì)干細(xì)胞是體內(nèi)一類具有增殖、分化潛能的成體干細(xì)胞，被認(rèn)為是產(chǎn)生外泌體能力最強(qiáng)的細(xì)胞。外泌體對軟骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、心血管細(xì)胞等不同細(xì)胞均具有調(diào)控修復(fù)作用，從而發(fā)揮抑制軟骨細(xì)胞退化、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞再生、抑制腫瘤細(xì)胞增殖、保護(hù)心肌細(xì)胞和促血管新生，以及誘導(dǎo)基因重組使細(xì)胞去分化、重新啟動再生功能等作用。外泌體廣泛參與細(xì)胞之間的物質(zhì)傳遞及信號交流，因此推測其可能分泌某些因子來實(shí)現(xiàn)損傷組織修復(fù)。

外泌體；軟骨細(xì)胞；神經(jīng)細(xì)胞；腫瘤細(xì)胞；調(diào)控修復(fù)

外泌體是一種由細(xì)胞分泌至細(xì)胞外、富含特異性微小RNA(miRNA)和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)的膜性囊泡樣微體，具有誘導(dǎo)、調(diào)控和修復(fù)細(xì)胞分化、抗腫瘤免疫、促血管新生等生理功能[1～3]。Lai等[4]發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)在分化為不同組織細(xì)胞時產(chǎn)生許多囊性功能微泡，并首次證實(shí)為間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體(MSC-exosomes)。Baglio等[5]通過實(shí)驗(yàn)分離由人骨髓和脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體，并通過電子顯微鏡標(biāo)記、蛋白分析、小RNA測序等方法證實(shí)人骨髓和脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體富含特異性miRNA和tRNA。外泌體通過三種方式作用于靶向細(xì)胞[6]：①直接與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜融合，同時釋放mRNA、miRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)；②通過內(nèi)吞作用被靶細(xì)胞攝??；③識別細(xì)胞表面的特異性受體。不同類型的組織、細(xì)胞均可釋放外泌體，現(xiàn)已證實(shí)可以分泌外泌體的細(xì)胞有肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、MSC等[7,8]，其中MSC被認(rèn)為是產(chǎn)生外泌體能力最強(qiáng)的細(xì)胞[9]。本文就外泌體對軟骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、心血管細(xì)胞等不同細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用作一綜述。

1 外泌體對軟骨細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用

肌肉有助于維持關(guān)節(jié)功能，可通過關(guān)節(jié)軟骨周圍分泌滑液為關(guān)節(jié)面提供營養(yǎng)支持。Olivier等[10]認(rèn)為，細(xì)胞損傷修復(fù)不僅靠細(xì)胞的自身修復(fù)能力，還需要為細(xì)胞再生修復(fù)提供一個合適的“微環(huán)境”，同時需要為新生細(xì)胞構(gòu)建一個大小和形狀合適的支架結(jié)構(gòu)。例如骨組織和軟骨組織的修復(fù)、心血管的修復(fù)與替代，均需要結(jié)構(gòu)的支持。在一個健康的組織中，細(xì)胞外基質(zhì)中的外泌體在誘導(dǎo)和調(diào)控過程中具有非常重要的作用。Liu等[11]認(rèn)為，MSC能分泌IL-10、吲哚胺2,3雙加氧酶(IDO)、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)等不同的細(xì)胞因子，從而有效抑制成纖維樣滑膜細(xì)胞的增殖和外泌體分泌，并分泌前列腺素E2(PGE2)、NO等細(xì)胞因子，降低T細(xì)胞免疫應(yīng)答，以減少關(guān)節(jié)面侵蝕。該研究還發(fā)現(xiàn)，MSC-exosomes的分泌可減少TNF-α、IL-6、MCP-1等促炎因子生成，這種免疫炎癥抑制效應(yīng)有助于受損關(guān)節(jié)的修復(fù)。Tooi等[12]在成人皮膚成纖維細(xì)胞增殖中加入胚胎干細(xì)胞外泌體，并采用堿性磷酸酶染色和茜素紅染色證實(shí)其具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞和成脂細(xì)胞的能力，其機(jī)制可能與胚胎干細(xì)胞外泌體可升高八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4(OCT4)和NANOG同源框基因(NANOG)mRNA在成纖維細(xì)胞中的表達(dá)有關(guān)。Ann等[13]對正常及骨性關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)軟骨微囊泡進(jìn)行蛋白組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在正常關(guān)節(jié)軟骨微囊泡中有超過1 700種蛋白質(zhì)，其中近170種蛋白質(zhì)符合常用標(biāo)志范疇，包括肌動蛋白、磷脂結(jié)合蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)成分、酶、細(xì)胞支架成分等，但是在關(guān)節(jié)炎軟骨微囊泡中沒有發(fā)現(xiàn)上述特異性蛋白。Jos等[14]認(rèn)為，外泌體在關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨修復(fù)方面具有非常廣闊的前景。

2 外泌體對神經(jīng)細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用

神經(jīng)細(xì)胞功能的完整性依賴于精細(xì)調(diào)節(jié)的細(xì)胞-細(xì)胞間相互作用及支持，外泌體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)交流的重要方式，不僅能夠運(yùn)輸特異性生物活性分子、傳導(dǎo)和維持神經(jīng)信號，對于病理性蛋白異構(gòu)體和核酸的異常遷移也具有調(diào)節(jié)作用。Faure等[15]分離孕16 d的胎鼠大腦皮層進(jìn)行體外培養(yǎng)，首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元可分泌外泌體，并發(fā)現(xiàn)高濃度K+刺激可促進(jìn)神經(jīng)元外泌體分泌，提示外泌體的分泌受細(xì)胞去極化調(diào)控。此外，外泌體可促進(jìn)中風(fēng)后神經(jīng)細(xì)胞再生，并抑制缺血性免疫反應(yīng)。Xin等[16]研究認(rèn)為，外泌體可以為中風(fēng)患者臨近神經(jīng)細(xì)胞傳送功能蛋白和基因物質(zhì)，并且具有促進(jìn)組織再生的能力，其機(jī)制可能與外泌體傳遞miRNA有關(guān)。Yang等[17]在斑馬魚腦腫瘤模型中借助腦內(nèi)皮細(xì)胞外泌體攜帶抗腫瘤藥物，證實(shí)外泌體可順利通過血腦屏障并發(fā)揮抗腫瘤作用。上述研究均表明外泌體在神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)中具有重要作用，隨著對外泌體研究的深入，我們對中樞神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育、功能和細(xì)胞間通訊的認(rèn)識更加深刻，同時為臨床診斷和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供思路。

3 外泌體對腫瘤細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用

臨床上關(guān)于外泌體具有抗腫瘤免疫作用的研究很多，但是也有研究證實(shí)了外泌體在介導(dǎo)腫瘤免疫逃避中的作用。Hood等[18]研究證實(shí)，黑色素瘤細(xì)胞來源的外泌體可作為信使先行到達(dá)預(yù)轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)，調(diào)控局部微環(huán)境，并促進(jìn)腫瘤向該位置的靶向轉(zhuǎn)移。Lou等[19]采用miR-122轉(zhuǎn)染脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞并提取被轉(zhuǎn)染干細(xì)胞分泌的外泌體，結(jié)果顯示外泌體能有效將miR-122包裹其中，并調(diào)節(jié)miR-122在脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞和肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)達(dá)，提高癌細(xì)胞對化療的敏感性。Ji等[20]研究發(fā)現(xiàn)，人MSC-exosomes可以激發(fā)胃癌細(xì)胞中鈣離子依賴蛋白激酶或鈣調(diào)蛋白激酶(CaM-Ks)和Ras/Raf/MEK/ERK信號級聯(lián)通路(Raf/MEK/ERK)的活性，并引起瀑布反應(yīng)，阻斷CaM-Ks/Raf/MEK/ERK途徑能抑制MSC-exosomes在化學(xué)藥物抵抗中的作用。MSC-exosomes修飾胃癌細(xì)胞在藥物抵抗發(fā)生中具有重要意義，其與癌細(xì)胞之間的互相聯(lián)系亦可能與胃癌化療療效有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體能夠?qū)⒘硪恢匾职┗騊TEN輸送到靶細(xì)胞中，并促進(jìn)其發(fā)揮磷酸酶活性，通過阻斷促進(jìn)細(xì)胞存活的Notch-1信號通路而抑制腫瘤細(xì)胞增殖[21]。一項(xiàng)關(guān)于熱休克小鼠抗腫瘤免疫過程的研究發(fā)現(xiàn)，B淋巴瘤細(xì)胞分泌的外泌體富含HSP70和 HSP90，使得小鼠的抗腫瘤免疫能力得到強(qiáng)化，提示MSC-exosomes可能在抗腫瘤免疫治療過程中具有重要意義[22]。

4 外泌體對血管內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)控修復(fù)作用

外泌體與心血管疾病發(fā)病機(jī)制關(guān)系密切，從缺血預(yù)調(diào)或各種干細(xì)胞中收集的外泌體均能發(fā)揮心肌保護(hù)作用，具有潛在治療心血管疾病的功能。Teng等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MSC-exosomes可以明顯加強(qiáng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的管狀框架。體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，MSC-exosomes能通過抑制細(xì)胞增殖而降低T細(xì)胞功能，縮小心肌梗死面積，提高心臟收縮與舒張功能；證實(shí)MSC可以通過釋放外泌體來調(diào)控血管再生、發(fā)揮抗炎作用，從而改善心肌梗死的微環(huán)境[23]。Matsumoto等[24]研究發(fā)現(xiàn)，外泌體中p53-反應(yīng)性miRNA(如miR-192、miR-194和miR-34a)表達(dá)明顯升高的急性心肌梗死恢復(fù)期患者心肌梗死后1年內(nèi)心衰發(fā)生率更高，提示檢測外泌體中所含p53-反應(yīng)miRNA有助于預(yù)測急性心肌梗死后心衰的發(fā)生。Lee等[25]在缺氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，外泌體可減輕小鼠肺組織炎性反應(yīng)及血管重塑，降低右心衰竭發(fā)生率。Yu等[26]研究顯示，由MSC分泌的外泌體具有對心肌保護(hù)功能，并有助于受體細(xì)胞靶蛋白表達(dá)；其機(jī)制可能與外泌體表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子GATA-4有關(guān)。GATA-4在損害組織中遷移并通過釋放多種miRNA激活細(xì)胞生存信號通路，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)保護(hù)作用。此外，休克患者的外泌體可增加體外培養(yǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的活性氧化產(chǎn)物生成，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡率升高，提示外泌體在感染性休克中可介導(dǎo)血管損傷[27～29]。因此，對外泌體的進(jìn)一步研究將有助于更系統(tǒng)和準(zhǔn)確地了解其與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制、心臟疾病的轉(zhuǎn)歸過程，對心臟疾病的診治、預(yù)防具有重要意義。

綜上所述，外泌體富含重要的蛋白和基因，具有調(diào)控和誘導(dǎo)修復(fù)受損組織細(xì)胞的功能。不同MSC通過不同的方法刺激可以分泌不同的外泌體，而不同的外泌體具有不同的種屬、活化狀態(tài)及信號特征，對靶細(xì)胞的調(diào)控及誘導(dǎo)修復(fù)作用也不同，如何調(diào)控外泌體的分泌及其對靶組織細(xì)胞的相關(guān)作用將是今后的主要研究方向。外泌體所含活性物質(zhì)較多，對靶組織細(xì)胞的作用機(jī)制較復(fù)雜，以往關(guān)于其機(jī)制的研究多集中在單一因素，多種機(jī)制的相互作用并不明確，仍需深入研究。此外，關(guān)于外泌體的研究主要體現(xiàn)在制備具有特定靶向作用的抗腫瘤疫苗，但其抗腫瘤作用具體是增強(qiáng)免疫還是引起耐受，是促進(jìn)細(xì)胞增殖還是誘發(fā)細(xì)胞凋亡，其內(nèi)在機(jī)制仍需深入探討。

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國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51573137)。

張超(E-mail： zhangchao2004.love@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.44.034

R34

A

1002-266X(2017)44-0104-03

2017-06-26)