外泌體對巨噬細胞極化調(diào)控的相關(guān)研究進展

李斌斌 綜述 張良清 審校

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科，廣東 湛江 524000

無論是在正常生理狀態(tài)下或是病理狀態(tài)下，細胞都可釋放出一系列的細胞外囊泡，根據(jù)目前分類，可分為微囊泡(100～1 000 nm)和較小的外泌體(30～100 nm)[1]。其中外泌體的生物功能已經(jīng)得到廣泛的研究，它們包含多種生物分子，例如脂質(zhì)，蛋白質(zhì)和核酸[2]，大量文獻研究表明，外泌體在器官保護過程起到重要的作用，它能夠發(fā)揮促進血管生成，細胞遷移以及細胞存活的生物作用[3]。同時病理狀態(tài)如缺氧，炎癥刺激等來源的外泌體，亦能夠?qū)е录毎蛲霰壤脑黾?，炎細胞的浸潤，腫瘤細胞的侵蝕等不良效應(yīng)[4]。并且來源于各種環(huán)境以及各種細胞的外泌體所運載的貨物各不相同，憑借此生物特性，外泌體亦具有作為判斷疾病進展和病情轉(zhuǎn)歸生物標志物的潛在能力[5]?？偠灾?，外泌體通過旁分泌的作用對周圍細胞起到諸多影響，尚需要更多的研究探討外泌體的生物過程。

巨噬細胞是構(gòu)成機體防護功能的關(guān)鍵部分，發(fā)揮吞噬作用以清除入侵的微生物，從而組成先天性免疫的第一道防線，除此之外，它能夠通過抗原加工和呈遞作用從而調(diào)節(jié)機體對病原體的適應(yīng)性免疫反應(yīng)[6]。巨噬細胞作為一種具有異質(zhì)性、功能多樣的細胞，可根據(jù)所處的環(huán)境因素發(fā)生作用與表型的變化，分為經(jīng)典激活的促炎亞型M1型極化以及替代激活的抗炎亞型M2型極化[7]。其中M1型巨噬細胞通過釋放豐富的白細胞介素-1β (IL-1β)、白細胞介素-6(IL-6)、一氧化碳合酶等促炎因子，從而發(fā)揮促炎作用，清除病菌[8]。相反，M2型巨噬細胞其特征是CD206、Arg-1、IL-13的表達上升，在組織損傷后的炎癥反應(yīng)消退過程中起到調(diào)控效果[9]。本文將匯集有關(guān)外泌體介導(dǎo)巨噬細胞表型變化的相關(guān)信息，討論外泌體通過不同的途徑激活巨噬細胞，使其分化為M1型或M2型巨噬細胞。

1 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

眾所周知，腫瘤微環(huán)境作為腫瘤細胞生存發(fā)展的空間，巨噬細胞在其中發(fā)揮著不可估量的影響作用，已有文獻表明，腫瘤微環(huán)境中包含大量巨噬細胞，這類巨噬細胞被稱為腫瘤相關(guān)巨噬細胞，它們表現(xiàn)為M2表型，能夠分泌促血管生成因子以及多種細胞因子介質(zhì)促進腫瘤細胞的生長、侵襲、腫瘤相關(guān)血管生成[10]。來源于腫瘤細胞的外泌體承擔了癌細胞與免疫細胞之間關(guān)鍵的通訊媒介的職能。最近，許多研究證明腫瘤來源的外泌體通過激活巨噬細胞M2極化促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。HSU等[11]發(fā)現(xiàn)，缺氧刺激下來自肺癌細胞的外泌體中富含miR-103a，PTEN作為miR-103a的靶基因與其相互結(jié)合，最終導(dǎo)致了PTEN的表達下降，PTEN的表達下調(diào)造成PI3K/AKT和STAT3信號通路的激活，通路的激活使巨噬細胞發(fā)生表型的改變，大量分泌的IL-10，CCL2與VEGF-A降低了抗腫瘤免疫反應(yīng)，促進腫瘤細胞的遷移和血管的生成。除此之外，LI等[12]通過實驗證明，肝癌細胞衍生的外泌體中含有高水平的lncTUC339，這些外泌體可被巨噬細胞大量內(nèi)化，通過對巨噬細胞的過表達以及敲低實驗發(fā)現(xiàn)，lncTUC339的表達能夠減少IL-1β、腫瘤壞死因子(TNF-α)以及CD86的表達，并且CXCL10、iNOS和CD206的表達上升，由此反映，肝癌細胞的外泌體能夠有效激活巨噬細胞向M2表型的極化。但是，腫瘤微環(huán)境是由不同細胞類型錯綜復(fù)雜相互作用形成的，巨噬細胞的極化主要依賴于微環(huán)境的信號或刺激，尚有文獻支持另一種觀點，癌細胞來源的外泌體能夠促進巨噬細胞M1型的極化。XIAO等[13]表明口腔鱗狀細胞癌分泌的外泌體能夠激活巨噬細胞的p38，AKT和SAPK/JNK通路，促進巨噬細胞發(fā)生M1型的極化變化，隨后通過蛋白質(zhì)譜分析外泌體內(nèi)容物發(fā)現(xiàn)，THBS1蛋白在外泌體的大量富集導(dǎo)致了巨噬細胞極化改變的發(fā)生，并且發(fā)生表型改變的巨噬細胞有效的促進癌細胞的遷徙。另外，SHAO等[14]通過小鼠體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)來源于結(jié)直腸癌細胞的外泌體能夠靶向肝組織，這些外泌體富含miR-21，當把這些外泌體和RAW264.7與Thp-1巨噬細胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，這些巨噬細胞分泌IL-6與TNF-α因子的能力得到增強，相反，抗炎因子IL-1與IL-10因子的釋放水平下降，有利于形成轉(zhuǎn)移部位的炎癥環(huán)境，從而闡明了大腸癌向肝轉(zhuǎn)移的分子機制。綜上所述，探討癌細胞外泌體對巨噬細胞的極化變化的分子機制研究，有利于闡明腫瘤發(fā)展的生物過程，并為癌癥治療和疾病診斷提供了巨大的希望。

2 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展

小膠質(zhì)細胞作為腦巨噬細胞，在調(diào)節(jié)大腦發(fā)育、維持神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)與損傷修復(fù)中起到關(guān)鍵作用，其生物功能受到中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的嚴格調(diào)控[15]。JIANG等[16]于2018年收集急性缺血性腦病與健康患者外周血通過比較發(fā)現(xiàn)，急性缺血性腦病患者血清中miR-30d-5p表達明顯降低，但是炎癥因子的表達水平上升。通過構(gòu)建過表達miR-30d-5p的脂肪干細胞進一步實驗驗證，來源于這些干細胞的外泌體有效抑制了糖氧剝奪模型下小膠質(zhì)細胞IL-6，TNF-a和iNOS的表達水平，相反抗炎因子IL-4與IL-10的表達卻上升，其中涉及的機制為miR-30d-5p能夠靶向自噬相關(guān)蛋白Beclin-1，通過阻止小膠質(zhì)細胞的自噬流通路促進其M2極化，并通過小鼠體內(nèi)模型驗證注射富含miR-30d-5p外泌體有效減輕MCAO誘導(dǎo)的大腦損傷，提示了外泌體可作為一種治療工具有效促進巨噬細胞的極化表型的改變從而影響疾病發(fā)生發(fā)展。此外，LI等[17]同樣發(fā)現(xiàn)，骨髓間充質(zhì)干細胞分泌的外泌體治療能夠降低自身免疫性腦脊髓炎模型小鼠的神經(jīng)行為評分，并且減少炎癥細胞的浸潤，無論是體內(nèi)實驗或是體外實驗，這些外泌體用于治療皆能促進小膠質(zhì)細胞IL-10、TGF-β的釋放，提示了M2極化的表現(xiàn)。同樣，YANG等[18]利用大量包含miR-124的外泌體注射創(chuàng)傷性腦病模型小鼠，發(fā)現(xiàn)miR-124能夠抑制TLR4通路促進小膠質(zhì)細胞發(fā)生M2型表型的變化，從而強化海馬神經(jīng)再生能力改善創(chuàng)傷性腦病的預(yù)后。外泌體是否能夠作為有效的治療工具已得到許多研究人員的廣泛關(guān)注，但是外泌體與周圍細胞之間發(fā)生如何的相互作用尚未得到有效的探究，通過上述文獻證明，外泌體與巨噬細胞之間的信號交互是疾病治療的一個潛在方向。

3 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展

SUN等[19]構(gòu)建小鼠擴張型心肌病模型，通過尾靜脈注射骨髓間充干細胞來源的外泌體發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，外泌體注射組改善了小鼠心肌功能，減弱了心肌擴張并且減輕了心肌細胞的死亡，進一步研究發(fā)現(xiàn)，外泌體激活JAK2-STAT6的分子機制介導(dǎo)了巨噬細胞發(fā)生表型變化，促進Arg1、CD206的表達，提示外泌體對巨噬細胞表型的調(diào)控作用是保護心肌功能的重要機制。此外，心肌缺血再灌注損傷是當今人們關(guān)注的焦點，炎癥細胞的激活與其息息相關(guān)，ZHAO等[20]通過心臟注射外泌體有效縮小缺血再灌注模型小鼠的心肌梗死范圍，通過分析心肌巨噬細胞，外泌體注射組包含更多的M2亞型巨噬細胞和更少的M1亞型巨噬細胞，其分子機制為外泌體中豐富的miR-182通過TLR4/NF-κB/PI3K/Akt信號通路導(dǎo)致巨噬細胞的極化改變。同樣，DENG等[21]通過小鼠體內(nèi)與體外實驗發(fā)現(xiàn)，外泌體能夠通過激活S1P/SK1/S1PR分子信號誘導(dǎo)巨噬細胞的發(fā)生M2亞型變化，減少心肌梗死損傷。動脈粥樣硬化是心血管系統(tǒng)常見疾病，LI等[22]發(fā)現(xiàn)干細胞外泌體能夠通過miR-let7/HMGA2/NF-κB途徑促進心肌巨噬細胞向M2亞型改變減輕動脈粥樣硬化；但是，XIE等[23]發(fā)現(xiàn)脂肪組織來源外泌體卻能夠激活巨噬細胞M1極化促進動脈粥樣硬化的形成，提示不同來源外泌體對巨噬細胞亞型的調(diào)控對疾病進展轉(zhuǎn)歸起到關(guān)鍵作用。

4 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展

肥胖作為一種慢性代謝性疾病，在其進展演變過程之中，脂肪組織細胞擴張會導(dǎo)致炎癥細胞的趨化與活化，與此同時，巨噬細胞是駐留在脂肪組織中最主要的免疫細胞，這些巨噬細胞的生物功能對于胰島素抵抗與代謝失調(diào)的程度有著十分密切的關(guān)聯(lián)，因此如何干預(yù)這些巨噬細胞能夠為解決肥胖問題提供新的治療依據(jù)。PAN等[24]通過實驗證實，給予小鼠高脂飲食能夠有效上調(diào)脂肪組織中miR-34a的表達水平，并且檢測浸潤的巨噬細胞發(fā)現(xiàn)多已發(fā)生M1亞型的改變，隨后進一步探究發(fā)現(xiàn)，這些脂肪組織是經(jīng)過旁分泌的途徑將包含大量miR-34a的外泌體運送于巨噬細胞，klf4作為維持巨噬細胞M2亞型的重要蛋白是其靶基因，由此可見外泌體的傳遞能夠有效影響巨噬細胞的表型變化，對肥胖的病理生理改變起調(diào)控作用；同時，SONG等[25]發(fā)現(xiàn)了外泌體同樣相似的作用過程，來自于脂肪組織的外泌體傳遞Shh于巨噬細胞，從而激活細胞內(nèi)Ptch/PI3K信號通路，促使其發(fā)生M1型極化，當把接受外泌體作用的巨噬細胞與脂肪組織細胞一起進行培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)脂肪細胞中IRS-1與HSL表達明顯受到抑制，表明脂肪組織細胞發(fā)生胰島素抵抗的變化。綜上所述，在肥胖疾病的發(fā)展過程中，通過阻斷外泌體的傳遞作用，減少巨噬細胞的活化可作為疾病治療的有效手段。

5 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展

急、慢性腎損傷的共同特征為腎小管間質(zhì)性炎癥，腎小管上皮細胞與間質(zhì)細胞之間的交互在疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮相互促進作用，上皮細胞響應(yīng)各種損傷因素能夠促進炎癥細胞向損傷區(qū)域浸潤從而進一步加重腎臟損傷，但是上皮細胞釋放的炎癥相關(guān)信號是如何傳播至炎癥細胞的機制尚未清楚，因此探討其中的分子機制有利于尋找嶄新的腎臟疾病治療手段。LV等[26]利用LPS建立急性腎損傷小鼠模型分析血清中外泌體發(fā)現(xiàn)miR-19b-3p表達明顯上升，這些外泌體能夠刺激RAW264.7中iNOS、TNF-α、IL-1β表達的上升，通過生物信息學(xué)分析，SOCS-1作為miR-19b-3p的靶向基因受其影響發(fā)生翻譯水平的下降，從而激活NF-κB分子通路，導(dǎo)致巨噬細胞發(fā)生M1亞型的改變。

6 外泌體對巨噬細胞極化的調(diào)控參與肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展

肝臟是一個獨特的解剖學(xué)與免疫學(xué)部位，脂質(zhì)毒性與巨噬細胞介導(dǎo)的炎癥在肝臟疾病的發(fā)病機制上起到關(guān)鍵作用。ZHAO等[27]通過實驗發(fā)現(xiàn)膽固醇負荷能夠誘導(dǎo)溶酶體的降解并抑制了多泡體的降解，這一生物過程能夠使外泌體的釋放數(shù)量增加，通過對外泌體內(nèi)容物的分析以及與巨噬細胞共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，這些外泌體通過傳遞miR-122-5p促進巨噬細胞IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放增加。LI等[28]在膽管結(jié)扎膽汁淤積小鼠模型中發(fā)現(xiàn)外泌體包含lncRNA-H19增強kupffer細胞激活M1極化，并表達分泌CCL-2和IL-6，發(fā)生極化改變的kupffer細胞可促進骨髓源性巨噬細胞的募集和分化。由此可見，干預(yù)外泌體對巨噬細胞的激活作用可作為治療肝臟系統(tǒng)疾病的重要靶點。

7 展望

隨著對外泌體在生理與病理作用的廣泛研究，它的生物特性與參與的生物過程為疾病的診斷與治療提供了巨大的希望，外泌體參與了細胞間的通訊，調(diào)節(jié)正常與異常的生物過程，目前關(guān)于外泌體如何調(diào)控巨噬細胞從而參與炎癥反應(yīng)的機制尚未得到完全闡明。一方面，外泌體能夠促進巨噬細胞發(fā)生M1亞型的改變，加重疾病損傷，為臨床治療提出新難點，在另一方面，通過外泌體亦能夠激活巨噬細胞M2型極化，提供了抗炎，減少病理過程進展。因此，外泌體在巨噬細胞極化過程中可作為一把雙刃劍，深入了解其在不同病理生理過程，不同疾病中的調(diào)控作用，可為解決臨床疾病治療難點提供嶄新的視角。