外泌體及其在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展

王云溪 陳寧

【摘要】 外泌體是由多種細(xì)胞釋放的納米級脂質(zhì)囊泡，能夠通過他們的載體介導(dǎo)細(xì)胞間信號和通訊。免疫細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)在心肌梗死、動脈粥樣硬化等多種心血管疾病的進(jìn)展中也起著重要而復(fù)雜的作用，越來越多的研究表明，從免疫細(xì)胞中提取的外泌體對這些病理狀態(tài)顯示出多效性作用，但上述機(jī)制尚未得到充分的證實(shí)與解釋。在這篇綜述中，筆者首先描述了外泌體的生物發(fā)生、成分和生物學(xué)特性，然后討論了免疫細(xì)胞來源的外泌體在心肌梗死、動脈粥樣硬化、高血壓內(nèi)皮功能障礙等心血管疾病中的作用，免疫細(xì)胞來源外泌體作為一種活躍的細(xì)胞間通訊體，在心血管疾病中具有廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】 外泌體 免疫細(xì)胞 心血管疾病

Research Progress on Exosomes and Its Role in the Occurrence and Development of Cardiovascular Diseases/WANG Yunxi， CHEN Ning. //Medical Innovation of China， 2020， 17（13）： -159

[Abstract] Exosomes are nanoscale lipid vesicles released by a variety of cells， which can mediate intercellular signal and communication through their carriers. Immune cell-mediated immune response also plays an important and complex role in the development of myocardial infarction， atherosclerosis and other cardiovascular diseases. More and more studies have shown that exosomes extracted from immune cells have multiple effects on these pathological states， but the above mechanism has not been fully confirmed and explained. In this review， the authors first describes the biogenesis， composition and biological characteristics of exosomes， and then discusses the role of immune cell derived exosomes in cardiovascular diseases such as myocardial infarction， atherosclerosis， hypertension and endothelial dysfunction. As an active intercellular communicator， immune cell-derived exosomes have wide application prospects in cardiovascular diseases.

[Key words] Exosomes Immune cells Cardiovascular disease

First-authors address： Graduate School， Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou Medical College， Baotou 014010， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2020.13.039

盡管在過去的十年中，許多發(fā)達(dá)國家的心血管疾?。–VD）死亡率有所下降，但在大多數(shù)發(fā)展中國家，心血管疾病仍然是導(dǎo)致死亡的主要原因[1]。盡管已經(jīng)建立了通過恢復(fù)正常心臟解剖結(jié)構(gòu)的方法來減輕急性心肌梗死時(shí)的心肌損傷，但仍需要新的治療方法將心肌損傷之后的心肌重構(gòu)最小化，以防止動脈粥樣硬化的慢性進(jìn)展[2]。外泌體是細(xì)胞經(jīng)過“內(nèi)吞-融合-外排”等一系列調(diào)控過程而形成的細(xì)胞外納米級小囊泡，外膜由質(zhì)膜起源的脂質(zhì)雙分子層組成，包含多種多樣的載體，如蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA，保護(hù)他們免受酶的降解[3]。根據(jù)外泌體的組成，外泌體被認(rèn)為在組織微環(huán)境間傳遞細(xì)胞間信息[4]，越來越多的研究表明，免疫細(xì)胞來源的外泌體可以促進(jìn)心臟的修復(fù)和再生，目前，外泌體在心血管疾病中的潛在作用正在探索中。在這里，筆者回顧外泌體在心血管病中的新作用，關(guān)注的外泌體來自于典型的免疫細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，主要討論心血管疾病包括動脈粥樣硬化、心肌病、高血壓內(nèi)皮功能障礙以及心肌梗死。這些知識可能在心血管疾病未來的治療研究中起到重要的作用。

1 外泌體

1.1 外泌體的產(chǎn)生和分泌 真核細(xì)胞釋放各種細(xì)胞外囊泡（EV），其含量和生物物理性質(zhì)各不相同。其中外泌體是由內(nèi)體向內(nèi)出芽形成的納米囊泡，既包含來自于內(nèi)體的分子，如主要組織相容性復(fù)合體（MHC）Ⅱ類，也包含來自細(xì)胞表面的分子，包括不同的受體類型[5]。其精確大小存在爭議，從

30～100 nm或大約小于150 nm。外泌體的產(chǎn)生和分泌過程包括三個不同的步驟。在外泌體生物發(fā)生的第一步，內(nèi)吞囊泡是通過網(wǎng)格蛋白依賴或獨(dú)立的內(nèi)吞作用產(chǎn)生的。這些內(nèi)吞小泡融合形成早期的核內(nèi)體，在Rab蛋白的作用下形成晚期核內(nèi)體，核內(nèi)體的成熟過程導(dǎo)致了內(nèi)腔小泡（ILVs）形成多泡體（MVBs）。下一階段，MVBs向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)并與質(zhì)膜融合，同樣在Rab蛋白的幫助下與載物結(jié)合，促進(jìn)外泌體釋放到細(xì)胞外空間[6]。然而，外泌體是如何在生理?xiàng)l件下產(chǎn)生的，目前仍不清楚，在生理和病理狀態(tài)下的生物發(fā)生差異仍有待研究。

1.2 外泌體的成分 外泌體是由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)雙分子層和核酸組成的膜性納米囊泡。外泌體內(nèi)分子異常復(fù)雜，并根據(jù)細(xì)胞類型和病理生理狀態(tài)而變化。外泌體表面蛋白部分來源于內(nèi)吞過程中的質(zhì)膜，由于質(zhì)膜連續(xù)兩次內(nèi)陷，外泌體表面蛋白的類型與質(zhì)膜表面蛋白的類型是一致的。已經(jīng)有許多研究對外泌體結(jié)構(gòu)蛋白進(jìn)行了描述，達(dá)成廣泛共識的是，他們的表面蛋白對于在質(zhì)膜或細(xì)胞外基質(zhì)與細(xì)胞攝取之間建立聯(lián)系，在外泌體遷移和免疫識別至關(guān)重要[7]。脂質(zhì)是外泌體組成的重要組成部分，參與外泌體的形成，并在外泌體成熟的早期和晚期發(fā)揮重要作用，在整個成熟過程中改變其組成。外泌體的脂質(zhì)成分構(gòu)成更多取決于來源細(xì)胞的類型，往往富含膽固醇、鞘磷脂和磷脂酰絲氨酸。外泌體含有的核酸包含細(xì)胞核和線粒體DNA的片段，功能性mRNA以及miRNA。近年來，miRNA的研究呈指數(shù)級增長，Valadi等[8]率先報(bào)道m(xù)iRNA存在于外泌體中，外泌體miRNA可以轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞中，對受體細(xì)胞發(fā)揮功能作用。

1.3 外泌體的轉(zhuǎn)運(yùn) 外泌體被認(rèn)為是水平的、旁分泌的基因轉(zhuǎn)移手段，在不同來源的細(xì)胞間傳遞miRNA。轉(zhuǎn)移過程通過調(diào)控沉默復(fù)合體相關(guān)蛋白和miRNA遞送誘導(dǎo)基因沉默，并激活靶細(xì)胞內(nèi)的炎癥反應(yīng)[9]。有報(bào)道稱，在血清和唾液中檢測到的大多數(shù)miRNA都集中在外泌體中，且每個外泌體中只存在一個特定的miRNA，這表明外泌體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移依賴于大量的外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。外泌體上的表面受體可以作為識別信號，通過細(xì)胞膜介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)與靶細(xì)胞進(jìn)行通信。由于外泌體攜帶的信息到達(dá)遙遠(yuǎn)位置的目標(biāo)細(xì)胞，就像“瓶子里的消息”一樣，外泌體對目標(biāo)細(xì)胞的活性很可能不僅取決于他們所載物質(zhì)的成分，還取決于目標(biāo)細(xì)胞的代謝狀態(tài)[11]。外泌體發(fā)揮的功能主要與不同組織細(xì)胞間的相互作用有關(guān)，這必然涉及免疫系統(tǒng)細(xì)胞。

2 免疫細(xì)胞來源外泌體在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

免疫細(xì)胞介導(dǎo)的免疫作用在心肌梗死、動脈粥樣硬化、高血壓內(nèi)皮功能障礙等多種心血管疾病的進(jìn)展中起著重要而復(fù)雜的作用，從免疫細(xì)胞中提取的外泌體，在這些病理狀態(tài)中顯示出多效性的作用，然而其潛在的機(jī)制并不完全明朗，免疫細(xì)胞來源外泌體在心血管疾病中的潛在作用正在探索中。

2.1 免疫細(xì)胞來源外泌體在心肌梗死發(fā)生發(fā)展中的作用 樹突狀細(xì)胞（DC）分泌的外泌體，通過直接接觸或其他抗原遞呈細(xì)胞（APC）等多種機(jī)制刺激T細(xì)胞反應(yīng)，在心肌梗死（AMI）等心血管疾病中發(fā)揮著重要作用。有研究報(bào)道，白喉毒素受體轉(zhuǎn)基因小鼠的調(diào)節(jié)性DC消融和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）耗竭，可能是心肌梗死后左心室功能惡化和重構(gòu)、心臟炎癥加重的原因[12]。相反，心肌梗死后治療性調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的激活逆轉(zhuǎn)了結(jié)果，改善了愈后，強(qiáng)調(diào)Treg可能是心肌梗死中DC和DC來源外泌體的下游調(diào)控靶點(diǎn)。另有報(bào)道稱，心肌梗死溶酶原性致敏DC可誘導(dǎo)心肌梗死組織特異性的Treg群，改善心肌梗死后左室重構(gòu)，證實(shí)利用DC來源外泌體誘導(dǎo)Treg參與心肌梗死后重構(gòu)的可行性[13]。

與DC不同，含有miR-155的巨噬細(xì)胞來源的外泌體對心肌梗死后的心臟修復(fù)不利。有研究表明，巨噬細(xì)胞外泌體將miR-155轉(zhuǎn)移到心臟成纖維細(xì)胞，抑制成纖維細(xì)胞增殖，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)。miR-155介導(dǎo)的作用已經(jīng)通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建miR-155缺陷小鼠得到闡明，這些小鼠的心臟破裂發(fā)生率顯著降低，心功能得到改善[14]。

心肌梗死后早期，由中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞組成的白細(xì)胞迅速浸潤梗死灶。根據(jù)急性心肌損傷后中性粒細(xì)胞的促炎特性，推測中性粒細(xì)胞來源的外泌體在啟動先天免疫應(yīng)答損傷相關(guān)分子模式中發(fā)揮重要作用。與未受刺激的中性粒細(xì)胞外泌體相比，脂多糖（LPS）刺激后的中性粒細(xì)胞外泌體攜帶與免疫反應(yīng)和細(xì)胞通訊正調(diào)控相關(guān)的蛋白，顯示氣道平滑?。ˋSM）細(xì)胞增殖特性的改變[15]。這意味著，中性粒細(xì)胞來源的外泌體在心肌梗死后尤其是心肌梗死后的心肌重構(gòu)中發(fā)揮重要作用。

2.2 免疫細(xì)胞來源外泌體在動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中的作用 成熟DC來源外泌體的致動脈粥樣硬化特征可能與DC的亞群有關(guān)，不同DC亞型的外泌體可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。其中一些亞型在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中起保護(hù)作用，如CD103+DC。其他亞群，如CD11b+DC抑制Treg反應(yīng)并驅(qū)動動脈粥樣硬化[16]。這些作用大多與促進(jìn)Treg活性和抑制促炎效應(yīng)T細(xì)胞活性密切相關(guān)。

髓系來源的抑制細(xì)胞（MDSCs）是免疫抑制細(xì)胞的一個子集，有研究表明，MDSCs隨著動脈粥樣硬化的發(fā)展而發(fā)展，并通過減少動脈粥樣硬化斑塊顯示出抑制炎癥反應(yīng)的作用，這在小鼠動脈粥樣硬化模型中得到了證實(shí)。其中，口服熱休克蛋白60（HSP60）可導(dǎo)致載脂蛋白E缺陷小鼠斑塊的減少和單核細(xì)胞MDSCs（M-MDSCs）的增加，而皮下注射HSP60可產(chǎn)生不同的作用，使粒細(xì)胞MDSCs（G-MDSCs）增加[17]。因此，M-MDSCs釋放的外泌體可能與G-MDSCs釋放的外泌體在功能和對動脈粥樣硬化的影響方面可能存在差異，但尚需進(jìn)一步研究闡明。此外，已有研究表明，阿霉素治療的乳腺腫瘤荷瘤小鼠可誘導(dǎo)MDSCs分化，MDSCs釋放含有miR-126-5p的外泌體，限制動脈粥樣硬化病變的形成，說明MDSCs來源的外泌體中的miR-126-5p可能具有同樣的抗動脈粥樣硬化能力[18]。

2.3 免疫細(xì)胞來源外泌體在高血壓內(nèi)皮功能障礙發(fā)生發(fā)展中的作用 已有研究表明，巨噬細(xì)胞來源的外泌體在一定程度上，可以在高血壓條件下引起內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的炎癥反應(yīng)。有研究小組利用巨噬細(xì)胞細(xì)胞株THP-1，從血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）灌注的大鼠血清和AngⅡ刺激的THP-1細(xì)胞中分離出外泌體，并比較了他們對內(nèi)皮細(xì)胞炎癥因子表達(dá)的影響[19]。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)均顯示細(xì)胞內(nèi)黏附分子-1（ICAM-1）和纖溶酶原激活物抑制劑1型（PAI-1）在ECs中表達(dá)增強(qiáng)，而ICAM-1的抑制劑miR-17表達(dá)降低。同樣，不同抗原誘導(dǎo)的單核細(xì)胞來源外泌體都明顯改變了內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)。例如，與沒受刺激的單核細(xì)胞來源外泌體相比，LPS刺激單核細(xì)胞分泌的外泌體可以顯著提高ICAM-1、CCL-2和IL-6表達(dá)[20]?？偠灾?，巨噬細(xì)胞的外泌體可能導(dǎo)致EC功能障礙和損傷，在高血壓背景下對靶器官損傷構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

活化T細(xì)胞來源的外泌體已被證明與內(nèi)皮損傷相關(guān)?？笴D3/CD28失活的T細(xì)胞釋放含有miR-142-3p的外泌體，這些外泌體可以轉(zhuǎn)移到人血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致內(nèi)皮通透性增加。除了miRNA外，血小板反應(yīng)蛋白-1受體CD47還被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于來自T細(xì)胞的外泌體上，調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞對血管內(nèi)皮生長因子的反應(yīng)和血管的形成[21]。

2.4 免疫細(xì)胞來源外泌體在心肌病發(fā)生發(fā)展中的作用 巨噬細(xì)胞來源的外泌體通常會增強(qiáng)心肌炎癥對心臟的損傷。有實(shí)驗(yàn)表明，在膿毒癥誘導(dǎo)的心臟炎癥中，使用GW4869抑制巨噬細(xì)胞促炎細(xì)胞因子的外泌體釋放，降低了膿毒癥引發(fā)的炎癥反應(yīng)，減輕了心功能障礙，延長了小鼠的生存時(shí)間，強(qiáng)調(diào)了巨噬細(xì)胞來源外泌體在炎癥心臟中的重要作用[22]。

在含有Fas配體的T淋巴細(xì)胞外泌體中，在激活誘導(dǎo)多泡體與質(zhì)膜融合后，會分泌出“致死外泌體”[23]，這些外泌體通過消除活化的T細(xì)胞來幫助預(yù)防潛在的自身免疫性損傷。這表明，這些攜帶Fas配體的外泌體可能對心肌細(xì)胞死亡碎片的清除具有保護(hù)作用，并限制心肌損傷后相關(guān)炎癥的發(fā)生。

3 免疫細(xì)胞來源外泌體在心血管疾病中的應(yīng)用展望

免疫細(xì)胞對各種心血管疾病的心臟免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的增加至關(guān)重要，免疫細(xì)胞分泌的外泌體功能的發(fā)現(xiàn)，使不同的免疫細(xì)胞在心臟疾病進(jìn)展中的作用研究更加復(fù)雜。臨床前研究證實(shí)，免疫細(xì)胞來源外泌體通過減輕心肌缺血-再灌注損傷，促進(jìn)血管生成和抑制心室重構(gòu)，對缺血性心臟病具有保護(hù)作用[24]。來自免疫細(xì)胞的外泌體可能具有免疫調(diào)節(jié)能力，在調(diào)節(jié)心血管疾病引起的免疫反應(yīng)方面具有診斷、治療及判斷預(yù)后的潛力[25]。然而，由于單純的外泌體具有多種生物學(xué)效應(yīng)難以操作，因此越來越多的研究人員試圖通過結(jié)合低分子量藥物或修飾來源細(xì)胞來重構(gòu)外泌體，這提高了外泌體的釋放效率，也有助于將其靶向傳送到病變部位[26]。

在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中，免疫細(xì)胞分泌的外泌體介導(dǎo)的細(xì)胞間信號傳導(dǎo)是一個多方面的過程，其復(fù)雜的作用機(jī)制正在被慢慢地破譯。目前只發(fā)現(xiàn)了一小部分外泌體在免疫調(diào)節(jié)方面的作用，但一些研究已經(jīng)證明了免疫細(xì)胞來源外泌體的對心臟的保護(hù)作用。雖然來自免疫細(xì)胞的外泌體對心血管的潛在影響才剛剛開始探索，隨著再生外泌體的研究，將推動尋找新的方法來研究心血管信號傳導(dǎo)和心臟保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] Timmis A，Townsend N，Gale C，et al.European Society of Cardiology： Cardiovascular Disease Statistics 2017[J].Eur Heart J，2018，39（7）：508-579.

[2] Waldenstr?m A，Ronquist G.Role of exosomes in myocardial remodeling[J].Circ Res，2014，114（2）：315-324.

[3] Yellon D M，Davidson S M.Exosomes： nanoparticles involved in cardioprotection？[J].Circ Res，2014，114（2）：325-332.

[4] Hood J L.The association of exosomes with lymph nodes[J].Semin Cell Dev Biol，2017，67：29-38.

[5] Willms E，Johansson H J，M?ger I，et al.Cells release subpopulations of exosomes with distinct molecular and biological properties[J].Sci Rep，2016，6：22519.

[6] Bobrie A，Colombo M，Raposo G，et al.Exosome secretion： molecular mechanisms and roles in immune responses[J].Traffic，2011，12（12）：1659-1668.

[7] Buzás E I，Tóth E ?，Sódar B W，et al.Molecular interactions at the surface of extracellular vesicles[J].Seminars in Immunopathology，2018，40：453-464.

[8] Valadi H，Ekstr?m K，Bossios A，et al.Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells[J].Nat Cell Biol，2007，9（6）：654-659.

[9] Hulsmans M，Holvoet P.MicroRNA-containing microvesicles regulating inflammation in association with atherosclerotic disease[J].Cardiovasc Res，2013，100（1）：7-18.

[10] Chevillet J R，Kang Q，Ruf I K，et al.Quantitative and stoichiometric analysis of the microRNA content of exosomes[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2014，111（41）：14888-14893.

[11] Ohno S，Drummen G P，Kuroda M.Focus on Extracellular Vesicles： Development of Extracellular Vesicle-Based Therapeutic Systems[J].Int J Mol Sci，2016，17（2）：172.

[12] Weirather J，Hofmann U D，Beyersdorf N，et al.Foxp3+ CD4+ T cells improve healing after myocardial infarction by modulating monocyte/macrophage differentiation[J].Circ Res，2014，115（1）：55-67.

[13] Choo E H，Lee J H，Park E H，et al.Infarcted Myocardium-Primed Dendritic Cells Improve Remodeling and Cardiac Function After Myocardial Infarction by Modulating the Regulatory T Cell and Macrophage Polarization[J].Circulation，2017，135（15）：1444-1457.

[14] Wang C，Zhang C，Liu L，et al.Macrophage-Derived mir-155-Containing Exosomes Suppress Fibroblast Proliferation and Promote Fibroblast Inflammation during Cardiac Injury[J].Mol Ther，2017，25（1）：192-204.

[15] Vargas A，Roux-Dalvai F，Droit A，et al.Neutrophil-Derived Exosomes： A New Mechanism Contributing to Airway Smooth Muscle Remodeling[J].Am J Respir Cell Mol Biol，2016，55（3）：450-461.

[16] Zernecke A.Dendritic cells in atherosclerosis： evidence in mice and humans[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2015，35（4）：763-770.

[17] Hu Y，Chen Z，Jiang L，et al.Effects of oral and subcutaneous administration of HSP60 on myeloid-derived suppressor cells and atherosclerosis in ApoE-/- mice[J].Biochem Biophys Res Commun，2018，498（4）：701-706.

[18] Schober A，Nazari-Jahantigh M，Wei Y，et al.MicroRNA-126-5p promotes endothelial proliferation and limits atherosclerosis by suppressing Dlk1[J].Nat Med，2014，20（4）：368-376.

[19] Osada-Oka M，Shiota M，Izumi Y，et al.Macrophage-derived exosomes induce inflammatory factors in endothelial cells under hypertensive conditions[J].Hypertens Res，2017，40（4）：353-360.

[20] Tang N，Sun B，Gupta A，et al.Monocyte exosomes induce adhesion molecules and cytokines via activation of NF-κB in endothelial cells[J].FASEB J，2016，30（9）：3097-3106.

[21] Kaur S，Singh S P，Elkahloun A G，et al.CD47-dependent immunomodulatory and angiogenic activities of extracellular vesicles produced by T cells[J].Matrix Biol，2014，37：49-59.

[22] Essandoh K，Yang L，Wang X，et al.Blockade of exosome generation with GW4869 dampens the sepsis-induced inflammation and cardiac dysfunction[J].Biochim Biophys Acta，2015，1852（11）：2362-2371.

[23] Mazzeo C，Calvo V，Alonso R，et al.Protein kinase D1/2 is involved in the maturation of multivesicular bodies and secretion of exosomes in T and B lymphocytes[J].Cell Death Differ，2016，23（1）：99-109.

[24] Chen G H，Xu J，Yang Y J.Exosomes： promising sacks for treating ischemic heart disease？[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2017，313（3）：H508-H523.

[25] Batrakova E V，Kim M S.Development and regulation of exosome-based therapy products[J].Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol，2016，8（5）：744-757.

[26] Haney M J，Zhao Y，Harrison E B，et al.Specific transfection of inflamed brain by macrophages： a new therapeutic strategy for neurodegenerative diseases[J].PLoS One，2013，8（4）：e61852.

（收稿日期：2019-12-09） （本文編輯：姬思雨）