外泌體在肝臟疾病中的研究概況

白紀紅　李凡

【摘要】 外泌體是直徑為30～100 nm，由各種類型細胞釋放到生物學(xué)體液中的胞外囊泡。外泌體首要的生物學(xué)功能是在細胞間通訊，它內(nèi)含細胞相關(guān)的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、RNA分子和循環(huán)DNA等重要分子，從供體細胞轉(zhuǎn)移到受體細胞而發(fā)揮細胞間聯(lián)絡(luò)作用。在肝臟中，外泌體由肝細胞、非實質(zhì)肝細胞和免疫細胞分泌，研究顯示外泌體參與代謝性障礙引起的肝臟疾病、酒精性肝病、病毒性肝炎及肝細胞癌等的發(fā)病機制，是肝病診斷和預(yù)后判斷的潛在新型分子生物標(biāo)志物，也是肝病新的潛在治療手段。本文對外泌體在肝臟疾病中的作用及其對肝臟疾病潛在的診治價值等做一簡要概括。

【關(guān)鍵詞】 外泌體； 肝臟疾?。?生物標(biāo)志物

A Review of Study on Exosomes in Liver Diseases/BAI Ji-hong，LI Fan.//Medical Innovation of China，2017，14（26）：145-148

【Abstract】 Exosomes are about 30-100 nm in diameter and released from a various types of cells into biological fluids.The primary biological function of the exosomes is the intercellular communication，which contain cell-related proteins，lipid，RNA molecules and circulating DNA and other important molecules，and plays a role in cell-mediated interaction from donor cells to the recipient cells.In the liver，exosomes are secreted by hepatocytes，non parenchymal hepatocytes and immune cells.Studies had shown that exosomes were involved in the pathogenesis of the liver disease caused by metabolic disorders，alcoholic liver disease，viral hepatitis and hepatocellular carcinoma and so on.They were the potential new biomolecules of the diagnosis and prognosis in liver disease，but also new potential treatment of liver disease.This article does a brief summary on the role of exosomes in liver disease and their potential value for the diagnosis and treatment in liver disease.

【Key words】 Exosomes； Liver disease； Biomarkers

First-authors address：The Affiliated Hospital of Guilin Medical University，Guilin 541001，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.26.038

肝臟疾病是一種嚴重危害人類健康、生命安全的常見病和多發(fā)性疾病，已成為我國面臨的較為嚴重的公共衛(wèi)生問題之一。代謝性障礙引起的肝臟疾病如非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD），現(xiàn)在被認為是一種嚴重和流行的疾病，有助于炎癥和纖維化。目前，肝組織活檢仍然是NASH診斷的黃金標(biāo)準(zhǔn)[1]?；顧z是一種高度侵入性的程序，并受到抽樣誤差的變異性。乙型肝炎病毒（HBV）和丙型肝炎病毒（HCV）是感染肝臟并在肝細胞中復(fù)制的兩種類型病毒[2]。而HBV、HCV感染，酒精濫用及非酒精性肝病是發(fā)達國家肝硬化的主要原因。肝細胞癌（HCC）是最常見的原發(fā)性肝癌，大約80%的HCC病例與慢性HBV或HCV感染和肝硬化有關(guān)[3]。但目前，仍缺乏用于該腫瘤早期診斷的適當(dāng)標(biāo)記物。切除術(shù)、肝移植、介入放射治療和不可切除HCC的化療栓塞仍是HCC治療的主要選擇。然而越來越多的文獻表明，外泌體介導(dǎo)的細胞間通訊可以改變腫瘤生長，細胞遷移，抗病毒感染和肝細胞再生，因此外泌體可能對以上肝臟疾病具有巨大的潛在診斷或治療作用。

1 外泌體概述

外泌體是由各種類型的細胞釋放到生物體液中（30～100 nm）膜結(jié)合的胞外囊泡并攜帶有各種生物大分子，包括蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA。外泌體可以由多種細胞釋放，如B細胞、T細胞、肝細胞[4]、干細胞[5]、紅細胞[6]、肥大細胞、上皮細胞等均有釋放外泌體的能力。外泌體被各種細胞釋放到細胞微環(huán)境中，這使得它們可以在生物體液如血液，尿液和腹水中檢測[7-9]。不同的細胞類型可以通過在細胞上轉(zhuǎn)移生物學(xué)和功能活性蛋白質(zhì)以及RNA來介導(dǎo)細胞間通訊。外泌體蛋白和miRNA可以調(diào)節(jié)生理細胞活性，修飾靶細胞中的微環(huán)境。外泌體中最常被鑒定的蛋白質(zhì)為膜轉(zhuǎn)運蛋白和融合蛋白（如GTPases、annexins和flotillin），熱休克蛋白（如HSP70、HSP90），四跨膜蛋白超家族成員 tetraspanins（如CD9、CD63、CD81和CD82），還有多泡體生物合成相關(guān)蛋白，（如Alix和TSG101）。一些外泌體所特有的四跨膜蛋白超家族成員Tetraspanins 被認為是外泌體的標(biāo)記蛋白，如CD63和CD81。此外，Alix、flotillin、TSG101和Rab5b 等蛋白也可作為外泌體的標(biāo)記蛋白，用于外泌體的鑒定[10]。endprint

外泌體具有高度的異質(zhì)性和唯一性，包裝在外泌體中的各種各樣的RNA可以產(chǎn)生生理狀態(tài)和疾病狀況信息的分子特征，外泌體在不同肝臟疾病的發(fā)病機理中發(fā)揮作用，且正受到密切關(guān)注。

2 肝臟疾病中外泌體的改變

2.1 藥物誘導(dǎo)肝損傷（DILI） 最近研究已經(jīng)分析了DILI的大鼠尿中的外泌體蛋白水平，并報道了與對照大鼠尿中的外泌體相比，DILI大鼠尿中的外泌體含有減少的外泌體蛋白，包括CD26和CD81以及標(biāo)記蛋白[11]。另一項研究表明，從DILI大鼠的血清中分離的外泌體含有更高表達水平的外泌體蛋白，其包括HSP70和HSP90[12]。

2.2 酒精性肝炎（AH）和非酒精性脂肪肝?。∟AFLD） 研究發(fā)現(xiàn)酒精喂養(yǎng)的小鼠血液中外泌體分泌顯著增加，并且miRNA在酒精喂養(yǎng)小鼠的外泌體中也顯示增加。酒精誘導(dǎo)的單核細胞分泌含有增加水平的miR-27a的外泌體，導(dǎo)致細胞因子分泌增加，使得其他單核細胞的活化和極化[13]。酒精誘導(dǎo)肝細胞胞外囊泡的釋放，這與活化的胱天蛋白酶-3相關(guān)。另外，酒精誘導(dǎo)的胞外囊泡含有CD40配體，其促進巨噬細胞活化，發(fā)生酒精性肝病的炎癥[14]。另有研究顯示在慢性酒精喂養(yǎng)的嚙齒動物模型中，發(fā)現(xiàn)血清miR-122升高與肝損傷相關(guān)[15]。

在肝細胞中脂毒性脂質(zhì)積累期間形成和釋放囊泡，是NAFLD中肝損傷和疾病進展的關(guān)鍵機制[16]。NAFLD或非酒精性脂肪性肝炎（NASH）患者巨噬細胞和自然殺傷T細胞分泌微泡水平增加。另一項研究表明，在NAFLD的小鼠模型中，囊泡內(nèi)各種蛋白質(zhì)的表達增強，在疾病條件下的細胞分泌的外泌體升高，然而這可能引發(fā)各種病理生理變化。

研究證實了在NAFLD期間細胞外囊泡的增加對非侵入性監(jiān)測疾病進展的潛在作用。從膽堿缺乏L-氨基酸（CDAA）喂養(yǎng)小鼠分離的4、8或20周的細胞外囊泡，在8周時間點含量更高，這與NAFLD的組織病理學(xué)特征密切相關(guān)[17]。特別是，飲食誘導(dǎo)NAFLD期間釋放的細胞外囊泡水平與肝纖維化，細胞死亡和病理血管發(fā)生密切相關(guān)。此外，CDAA飲食中小鼠的細胞外囊泡富集了miR-122和miR-192，是肝細胞中兩個豐富的miRNA。在NAFLD進展期間，這些miRNA隨時間的推移在囊泡中增加，而在肝臟中下降。這些研究表明miRNA在肝臟病理學(xué)中的重要作用，但是相同的miRNA根據(jù)肝臟疾病差異而表達不同。

2.3 病毒型肝炎 外泌體和細胞間通訊參與病毒感染期間的免疫調(diào)節(jié)和抗病毒反應(yīng)。病毒感染的細胞分泌外泌體，其含有病毒衍生的miRNA，導(dǎo)致受體細胞中靶基因的抑制。不同類型的病毒，如人類免疫缺陷病毒，HBV和HCV，通過外泌體將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白質(zhì)和功能性miRNA轉(zhuǎn)移到未感染的細胞[18-19]。研究比較20例HBV患者報道，HCC患者血清外泌體中，miR-18a、miR-221、miR-222和miR-224增加，而miR-101、miR-106b、miR-122和miR-195減少，miR-21沒有顯著區(qū)別。對于HCV，將HCV感染患者與健康個體進行比較的研究表明，HCV患者分泌的CD4+和CD8+T細胞微泡水平升高[20]。

2.4 肝細胞癌（HCC） 腫瘤來源外泌體是癌癥特定信號的重要載體，并影響腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。在HCC中，細胞通常釋放高水平的外泌體，而外泌體含量確實影響損傷后肝細胞增殖。熱休克蛋白質(zhì)（HSP）-衍生自HCC腫瘤細胞的外泌體增加自然殺傷（NK）細胞的抗腫瘤作用，從而增強HCC免疫治療。研究報道通過外泌體水平轉(zhuǎn)移激活PI3K/AKT和MAPK信號通路的分子，賦予非侵襲性肝細胞遷移能力[21]。

HCC來源的外泌體介導(dǎo)miRNA轉(zhuǎn)移是HCC生長和進展的環(huán)境調(diào)節(jié)的重要機制。HCC外泌體將其miRNA內(nèi)容物轉(zhuǎn)移到受體細胞中，抑制TAK1表達及TAK1相關(guān)的下游信號傳導(dǎo)，因此導(dǎo)致HCC發(fā)展和轉(zhuǎn)移。miR-122是肝特異性抗增殖性miRNA，與腫瘤周圍的正常肝細胞相比，腫瘤抑制因子miR-122的表達在HCC細胞下調(diào)[22]，且健康肝細胞外泌體miR-122的轉(zhuǎn)移抑制腫瘤進展。miR-122的丟失或下調(diào)不僅與HCC發(fā)展和進展相關(guān)，同時與HCC的不良預(yù)后和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。因此得知，細胞外囊泡參與腫瘤的進展，轉(zhuǎn)移和治療，并且作為藥物傳遞系統(tǒng)治療HCC將具有巨大潛力。

3 肝臟疾病中的新型生物標(biāo)志物

外泌體攜帶反映不同細胞功能和條件的多種特定類型的蛋白質(zhì)/RNA/miRNA。研究發(fā)現(xiàn)越來越多的外泌體蛋白/RNA/miRNAs是急性和慢性肝病，以及多種疾病的潛在生物標(biāo)志物。miR-122是肝臟疾病中最常識別和研究的miRNA，它是肝臟中的主要miRNA。外泌體miRNA成為在肝硬化患者中診斷HCC的生物標(biāo)志物。Sohn等[23]報道，慢性乙型肝炎（CHB）、肝硬化和HCC患者血清分離的外泌體，與HCC或肝硬化患者相比，在HCC患者中發(fā)現(xiàn)miRNA水平升高，如miR-18a、miR-221、miR-222和miR-224。同時，與CHB患者相比，HCC患者中miR-101、miR-106b、miR-122和miR-195的血清水平較低。

miR-21是在幾種肝病研究中鑒定的另一種外泌體生物標(biāo)志物，研究表明miR-21可能具有與miR-122相反的功能。在HCC中，與健康個體相比，miR-122在陽性患者血清或循環(huán)外泌體中的表達較低，但另一方面，miR-21在HCC患者中較高[24]。另有研究比較30例HCC患者和30例慢性乙型肝炎病毒（HBV）感染患者，HCC患者的血清外泌體含有更高水平的miR-21[25]。這些研究表明一些miRNA能尋求一種新的生物標(biāo)志物，同時有助于了解機制而治療肝臟疾病。

研究證實肝臟提取物和從血清中分離的外泌體之間的蛋白質(zhì)表達不同。這些結(jié)果表明，肝臟疾病的生物標(biāo)志物只能在從特定體液分離的外泌體中鑒定，并且可能不在肝組織或血清中鑒定。endprint

4 外泌體在肝臟疾病中的治療

外泌體及其組成部分參與肝細胞再生和遷移的機制，因此它們可以成為肝臟疾病和損傷的潛在治療工具。外泌體介導(dǎo)抗腫瘤治療的作用，由脂肪來源的間充質(zhì)干細胞分泌的外泌體，在大鼠中顯著抑制HCC發(fā)展而治療HCC。抗腫瘤反應(yīng)主要由自然殺傷（NK）細胞介導(dǎo)，并且通過脂肪來源間充質(zhì)干細胞的外泌體增強[26]。

此外，肝纖維化伴隨多種慢性損傷（如病毒性肝炎，酒精，藥物，代謝疾病和肝細胞的自身免疫攻擊），其特征是肝組織中過量的細胞外基質(zhì)沉積。人臍帶間充質(zhì)干細胞移植到急性損傷和纖維化肝臟可以恢復(fù)肝功能和改善肝纖維化。研究發(fā)現(xiàn)移植人臍帶間充質(zhì)干細胞的外泌體能減少表面纖維性膠囊并使其質(zhì)地柔軟，減輕四氯化碳（CCl4）誘導(dǎo)的肝纖維化，肝臟炎癥和膠原沉積[27]。

5 展望

廣泛研究揭示了外泌體在肝臟疾病中的作用，與肝臟的生理和病理生理學(xué)密切相關(guān)。外泌體的功能主要取決于接受外泌體信號和內(nèi)含物的細胞。一些外泌體是特異性的，并且可以用作肝病的生物標(biāo)志物，在診斷中具有重要價值。 一些外泌體是潛在的治療靶標(biāo)，然而對此相關(guān)研究仍然很少，研究有待需要進一步闡明外泌體和肝臟疾病之間的關(guān)系。靶向不同類型的外泌體可以幫助臨床醫(yī)生更好地控制肝臟疾病，目前進一步的研究將是需要獲得外泌體在細胞間的形成，及其功能，以更好地利用他們的能力。此外，外泌體靶向細胞的機制也還不明確，因此外泌體所介導(dǎo)細胞間的信號途徑仍是今后研究需要探明的重點。

參考文獻

[1] Pais R，Charlotte F，F(xiàn)edchuk L，et al.A systematic review of follow-up biopsies reveals disease progression in patients with non-alcoholic fatty liver[J].J Hepatol，2013，59（3）：550-556.

[2] Arzumanyan A，Reis H M，F(xiàn)eitelson M A.Pathogenic mechanisms in HBV- and HCV-associated hepatocellular carcinoma[J].Nat Rev Cancer，2013，13（2）：123-135.

[3] El-Serag H B.Epidemiology of viral hepatitis and hepatocellular carcinoma[J].Gastroenterology，2012，142（6）：1264-1273.

[4] Ibrahim S H，Hirsova P，Tomita K，et al.Mixed lineage kinase 3 mediates release of C-X-C motif ligand 10-bearing chemotactic extracellular vesicles from lipotoxic hepatocytes[J].Hepatology，2016，63（3）：731-744.

[5] Han C，Sun X，Liu L，et al.Exosomes and Their Therapeutic Potentials of Stem Cells[J].Stem Cells Int，2016，2016：7 653 489.

[6] Regev-Rudzki N，Wilson D W，Carvalho T G，et al.Cell-cell communication between malaria-infected red blood cells via exosome-like vesicles[J].Cell，2013，153（5）：1120-1133.

[7] Li J，Sherman-Baust C A，Tsai-Turton M，et al.Claudin-containing exosomes in the peripheral circulation of women with ovarian cancer[J].BMC Cancer，2009，9：244.

[8] Zhou H，Cheruvanky A，Hu X，et al.Urinary exosomal transcription factors， a new class of biomarkers for renal disease[J].Kidney Int，2008，74（5）：613-621.

[9] Skog J，Würdinger T，van Rijn S，et al.Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers[J].Nat Cell Biol，2008，10（12）：1470-1476.

[10] Masyuk A I，Masyuk T V，Larusso N F.Exosomes in the pathogenesis， diagnostics and therapeutics of liver diseases[J].

J Hepatol，2013，59（3）：621-625.

[11] Conde-Vancells J，Rodriguez-Suarez E，Gonzalez E，et al.

Candidate biomarkers in exosome-like vesicles purified from rat and mouse urine samples[J].Proteomics Clin Appl，2010，4（4）：416-425.endprint

[12] Rodríguez-Suárez E，Gonzalez E，Hughes C，et al.Quantitative proteomic analysis of hepatocyte-secreted extracellular vesicles reveals candidate markers for liver toxicity[J].J Proteomics，2014，103：227-240.

[13] Saha B，Bruneau J C，Kodys K，et al.Alcohol-induced miR-27a regulates differentiation and M2 macrophage polarization of normal human monocytes[J].J Immunol，2015，194（7）：3079-3087.

[14] Verma V K，Li H，Wang R，et al.Alcohol stimulates macrophage activation through caspase-dependent hepatocyte derived release of CD40L containing extracellular vesicles[J].

J Hepatol，2016，64（3）：651-660.

[15] Bala S，Petrasek J，Mundkur S，et al.Circulating microRNAs in exosomes indicate hepatocyte injury and inflammation in alcoholic，drug-induced，and inflammatory liver diseases[J].Hepatology，2012，56（5）：1946-1957.

[16] Povero D，Eguchi A，Niesman I R，et al.Lipid-induced toxicity stimulates hepatocytes to release angiogenic microparticles that require Vanin-1 for uptake by endothelial cells[J].Sci Signal，2013，6（296）：ra88.

[17] Povero D，Eguchi A，Li H，et al.Circulating extracellular vesicles with specific proteome and liver microRNAs are potential biomarkers for liver injury in experimental fatty liver disease[J].PLoS One，2014，9（12）：e 113 651.

[18] Chai N，Chang H E，Nicolas E，et al.Properties of subviral particles of hepatitis B virus[J].J Virol，2008，82（16）：7812-7817.

[19] Gastaminza P，Dryden K A，Boyd B，et al.Ultrastructural and biophysical characterization of hepatitis C virus particles produced in cell culture[J].J Virol，2010，84（21）：

10 999-11 009.

[20] Kornek M，Lynch M，Mehta S H，et al.Circulating microparticles as disease-specific biomarkers of severity of inflammation in patients with hepatitis C or nonalcoholic steatohepatitis[J].Gastroenterology，2012，143（2）：448-458.

[21] He M，Qin H，Poon T C，et al.Hepatocellular carcinoma-derived exosomes promote motility of immortalized hepatocyte through transfer of oncogenic proteins and RNAs[J].Carcinogenesis，2015，36（9）：1008-1018.

[22] Tsai W C，Hsu S D，Hsu C S，et al.MicroRNA-122 plays a critical role in liver homeostasis and hepatocarcinogenesis[J].

J Clin Invest，2012，122（8）：2884-2897.

[23] Sohn W，Kim J，Kang S H，et al.Serum exosomal microRNAs as novel biomarkers for hepatocellular carcinoma[J].Exp Mol Med，2015，47：e184.

[24] Liu W H，Ren L N，Wang X，et al.Combination of exosomes and circulating microRNAs may serve as a promising tumor marker complementary to alpha-fetoprotein for early-stage hepatocellular carcinoma diagnosis in rats[J].J Cancer Res Clin Oncol，2015，141（10）：1767-1778.

[25] Wang H，Hou L，Li A，et al.Expression of serum exosomal microRNA-21 in human hepatocellular carcinoma[J].Biomed Res Int，2014，2014：864 894.

[26] Ko S F，Yip H K，Zhen Y Y，et al.Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cell Exosomes Suppress Hepatocellular Carcinoma Growth in a Rat Model：Apparent Diffusion Coefficient，Natural Killer T-Cell Responses，and Histopathological Features[J].Stem Cells Int，2015，2015：853 506.

[27] Li T，Yan Y，Wang B，et al.Exosomes derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells alleviate liver fibrosis[J].Stem Cells Dev，2013，22（6）：845-854.

（收稿日期：2017-05-31） （本文編輯：程旭然）endprint