外泌體在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用研究進(jìn)展

唐雨婷， 喬佳琦， 許文榮， 錢(qián)暉

(鎮(zhèn)江市外泌體基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化應(yīng)用高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇省檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

糖尿病是由于胰島素分泌缺陷或作用障礙所致的，以高血糖為特征的一類(lèi)代謝性疾病，可由多種細(xì)胞和分子途徑異常引發(fā)(包括突變、絲氨酸磷酸化、基因異常表達(dá)等)[1]。我國(guó)2019年糖尿病患者達(dá)1.16億，預(yù)計(jì)到2045年將上升到 1.5億[2]。機(jī)體長(zhǎng)期處于高血糖環(huán)境，可引發(fā)多種組織，特別是眼、腎、心臟、血管、神經(jīng)的慢性損害以及功能障礙。隨著病程延長(zhǎng)，其代謝紊亂可導(dǎo)致大血管、微血管的慢性進(jìn)行性病變。探尋糖尿病及其并發(fā)癥新的診療方法具有重要的研究意義和轉(zhuǎn)化價(jià)值。近來(lái)研究表明，細(xì)胞釋放的細(xì)胞外囊泡，尤其是外泌體(exosomes)，廣泛參與分化發(fā)育、能量代謝、免疫調(diào)節(jié)等各種生物學(xué)過(guò)程[3-5]，在代謝性疾病的發(fā)生、發(fā)展、診療中具有重要作用，本文就外泌體在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用研究做一綜述。

1 外泌體概述

外泌體是由多種類(lèi)型細(xì)胞內(nèi)吞泡膜發(fā)生內(nèi)陷而形成的含有多個(gè)小體的多囊泡體，與細(xì)胞膜融合后釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中，直徑大小30～150 nm。幾乎所有類(lèi)型細(xì)胞都可分泌外泌體，其廣泛存在于血液、尿液、腦脊液、腹腔積液等體液中，且不同體液中外泌體可反映不同系統(tǒng)疾病病變，如尿液外泌體可反映泌尿系統(tǒng)、腦脊液外泌體可反映神經(jīng)系統(tǒng)狀況[6]。外泌體富含mRNAs、microRNAs、lncRNAs和蛋白質(zhì)等，可以介導(dǎo)細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞存活、免疫調(diào)節(jié)與組織再生[7]。外泌體還能夠通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)機(jī)體的各個(gè)組織與器官，釋放內(nèi)容物影響細(xì)胞的生理病理狀態(tài)，與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[8]。

在糖尿病研究方面，外泌體有助于識(shí)別糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)患者，并為臨床提供有關(guān)其發(fā)病機(jī)制的信息；可通過(guò)攜帶釋放胰島素原/胰島素等自身抗原觸發(fā)自身免疫，激活加速人和大鼠胰島β細(xì)胞的破壞凋亡以及調(diào)控胰島β細(xì)胞凋亡增加，引發(fā)胰島β細(xì)胞的減少，參與糖尿病進(jìn)展過(guò)程；并通過(guò)炎性因子(如IL-6、TNF-α)、脂肪因子(如脂肪細(xì)胞蛋白2)介導(dǎo)肥胖相關(guān)的胰島素抵抗參與糖尿病疾病的發(fā)生等等[9-10]?？傊陙?lái)外泌體在糖尿病及其并發(fā)癥診斷與治療方面的應(yīng)用前景獲得了廣泛關(guān)注。

2 外泌體與糖尿病

2.1 外泌體在糖尿病診斷中的應(yīng)用研究

血糖是診斷糖尿病的主要標(biāo)準(zhǔn)，雖檢測(cè)方法簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效，但無(wú)法提供患者發(fā)病機(jī)制或疾病進(jìn)展的相關(guān)信息。在糖尿病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，循環(huán)外泌體形態(tài)及數(shù)量隨個(gè)體的生理或病理?xiàng)l件而變化，提示其作為新型標(biāo)志物的可能[11]。

研究顯示，外泌體可作為載體將miRNAs或其他RNAs通過(guò)受體與配體結(jié)合方式轉(zhuǎn)運(yùn)到鄰近細(xì)胞，并作為生物標(biāo)志物指示其產(chǎn)生組織或器官的生理或病理改變。1型糖尿病患者中谷氨酸脫羧酶-65抗體、胰島素抗原-512和胰島素抗體為其主要自身抗體，由胰島β細(xì)胞分泌的含有自身抗體陽(yáng)性miRNAs或蛋白質(zhì)的外泌體可作為1型糖尿病診斷的潛在標(biāo)志物[12-13]。此外，糖尿病患者體液中循環(huán)外泌體顯示出較高促凝活性[14]，與正常健康組比較，無(wú)論是微血管并發(fā)癥還是無(wú)并發(fā)癥，所有1型糖尿病患者血小板微粒水平均顯著升高，可作為診斷依據(jù)之一[14-15]。在糖尿病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，外泌體含量或內(nèi)容物會(huì)發(fā)生異常改變，為外泌體作為新型標(biāo)志物提供了可能。

2.2 外泌體在糖尿病治療中的應(yīng)用研究

外泌體可在細(xì)胞間傳遞生物活性分子，對(duì)靶細(xì)胞產(chǎn)生明顯的生物學(xué)效應(yīng)，理論上為開(kāi)發(fā)新的治療應(yīng)用提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。外泌體作為治療載體有以下優(yōu)點(diǎn)：患者自身血液中分離出的外泌體具備免疫相容性；外泌體因其自身機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，可穿過(guò)血腦屏障，有更高的組織相容性；外泌體具備與其來(lái)源細(xì)胞相似的功能，如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞釋放的外泌體具有與其類(lèi)似的免疫調(diào)節(jié)作用，可誘導(dǎo)組織再生[16]。

在高脂肪飲食和鏈脲佐菌素注射下誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠模型中，尾靜脈注射人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體可以改善糖耐量，提高胰島素敏感性，表現(xiàn)為空腹血糖明顯下降和大鼠體重顯著降低[17]。研究顯示，鼠外泌體源miR-106b-5p和miR-222-3p可參與骨髓移植誘導(dǎo)的β細(xì)胞再生，且靜脈注射相應(yīng)的miRNA模擬物可促進(jìn)損傷后β細(xì)胞的增殖，改善胰島素缺乏性糖尿病患者的高血糖;骨髓移植可增加血清外泌體中miR-106b-5p和miR-222-3p的水平；miR-106b-5p和miR-222-3p抑制骨髓移植誘導(dǎo)的β細(xì)胞再生，外源性給藥miR-106b和miR-222促進(jìn)創(chuàng)傷后β細(xì)胞再生，從而改善糖尿病大鼠的血糖水平[18]。

3 外泌體與糖尿病并發(fā)癥

3.1 外泌體在糖尿病并發(fā)癥診斷中的應(yīng)用研究

糖尿病患者體內(nèi)長(zhǎng)期高血糖水平和微炎癥環(huán)境，使大血管、微血管受損，可危及心、腦、腎、眼、足等器官及周?chē)窠?jīng)，引發(fā)糖尿病并發(fā)癥，如糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變以及糖尿病心血管疾病等。在糖尿病并發(fā)癥中，隨著病情的發(fā)展，循環(huán)外泌體也出現(xiàn)了一系列變化：糖尿病腎病的尿外泌體WT1(Wilms tumor 1)miRNA明顯增加，可作為糖尿病腎病患者的診斷標(biāo)志物，且體外實(shí)驗(yàn)表明高糖處理的足細(xì)胞中WT1表達(dá)降低，即高糖刺激顯著影響足細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)平衡，導(dǎo)致WT1的細(xì)胞質(zhì)易位，并釋放含有WT1蛋白和mRNA的外泌體[19]；外泌體攜帶的hsa_circ_0005015表達(dá)在糖尿病視網(wǎng)膜中顯著上調(diào)，即糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的視網(wǎng)膜前纖維血管膜的circ_0005015表達(dá)明顯高于非糖尿病患者特發(fā)性視網(wǎng)膜前膜，且糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血漿中的circ_0005015表達(dá)升高對(duì)比白內(nèi)障患者和健康對(duì)照者具有一定特異性，有望成為糖尿病視網(wǎng)膜病變的潛在生物標(biāo)志物[20]。

3.2 外泌體在糖尿病并發(fā)癥治療中的應(yīng)用研究

3.2.1 外泌體在糖尿病視網(wǎng)膜病變治療中的應(yīng)用 研究發(fā)現(xiàn)[21]，視網(wǎng)膜組織中外泌體攜帶miR-222的表達(dá)水平與血清葡萄糖濃度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)，并與血清胰島素呈顯著正相關(guān)，miR-222在糖尿病對(duì)照組的視網(wǎng)膜組織中表達(dá)顯著降低。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病家兔模型中，靜脈、結(jié)膜下和眼內(nèi)注入骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體，可以促進(jìn)兔糖尿病視網(wǎng)膜變性的修復(fù)(其中靜脈注射效果最差)，即骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò)其向視網(wǎng)膜細(xì)胞傳遞miR-222的作用，在視網(wǎng)膜組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用[21]。

3.2.2 外泌體在糖尿病腎病治療中的應(yīng)用 糖尿病長(zhǎng)期高血糖浸潤(rùn)和微炎癥環(huán)境可導(dǎo)致腎臟實(shí)質(zhì)性損傷，骨髓間質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體治療后可顯著降低血糖、血清肌酐、尿素氮和尿蛋白排泄量水平，改善腎臟結(jié)構(gòu)與功能[22]。此外，在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中，尾靜脈注射人尿干細(xì)胞來(lái)源的外泌體，可通過(guò)抑制caspase-3蛋白酶的過(guò)表達(dá)，促進(jìn)血管再生和細(xì)胞存活，減少足細(xì)胞凋亡，表明尿干細(xì)胞外泌體可能具有預(yù)防糖尿病腎臟損害的能力；人尿來(lái)源干細(xì)胞外泌體用于糖尿病大鼠，可顯著抑制尿白蛋白-肌酐比值，對(duì)腎臟起到一定的保護(hù)作用[23]。

Balb/c鼠經(jīng)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病后，腎臟重量、血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平異常升高，反復(fù)尾靜脈注射鼠源臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可顯著改善異常血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平，也可改善其腎小球肥大、基底膜增厚和纖維化[24]。

3.2.3 外泌體在糖尿病心血管并發(fā)癥中的應(yīng)用 糖尿病大鼠心肌細(xì)胞中的心臟保護(hù)信號(hào)可以通過(guò)非糖尿病動(dòng)物的胞體被激活[25]。分離非糖尿病大鼠和糖尿病大鼠心肌細(xì)胞，缺氧復(fù)氧后，非糖尿病大鼠的細(xì)胞死亡數(shù)少于糖尿病大鼠，表明非糖尿病大鼠心肌細(xì)胞中外泌體對(duì)細(xì)胞有一定保護(hù)作用；此外，研究還發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者血液中分離出的外泌體不足以保護(hù)原代心肌細(xì)胞免受缺氧和復(fù)氧損傷，而非糖尿病患者血液中的外泌體可將細(xì)胞死亡率降低近20%。由此表明，從血漿或適當(dāng)?shù)募?xì)胞來(lái)源中獲得的外泌體，可能會(huì)成為一種糖尿病治療的新型心臟保護(hù)劑[26]。

4 外泌體在糖尿病及其并發(fā)癥診療中的應(yīng)用前景

外泌體在體液中的穩(wěn)定循環(huán)及其與反應(yīng)病程具有一致性的特點(diǎn)，為外泌體作為糖尿病及其并發(fā)癥的生物標(biāo)志物提供了基礎(chǔ)[16]。此外，與細(xì)胞療法相比，外泌體療法穩(wěn)定性更高，儲(chǔ)存和管理更容易，移植安全隱患小；免疫排斥反應(yīng)可能性低[27]，為開(kāi)發(fā)新的治療應(yīng)用提供了條件[28-29]。但外泌體作為診斷分子、治療劑或治療載體依舊存在問(wèn)題，如外泌體缺乏組織特異性標(biāo)志，以及目前尚無(wú)對(duì)外泌體分離與鑒定的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，外泌體在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步探索與驗(yàn)證[16]。對(duì)外泌體的深入研究可以幫助我們深入了解代謝性疾病的發(fā)生機(jī)制，為糖尿病及其并發(fā)癥防治提供新的思路與方向。