不同干細(xì)胞源性外泌體在急性心肌梗死中的研究進(jìn)展

梁艷勝 劉文卉 盛其萍 劉 平

（山東大學(xué)第二醫(yī)院，山東濟(jì)南250033）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)心血管疾病的發(fā)病率日益增加，已成為重大的公共衛(wèi)生問(wèn)題?！?018年中國(guó)心血管疾病報(bào)告：最新摘要》中指出，我國(guó)急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）的死亡率不論性別或城鄉(xiāng)差異都會(huì)隨年齡增加而增加，并且40歲以后增加最明顯[1]。雖然近幾年經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療和冠狀動(dòng)脈旁路移植得到迅速發(fā)展，使很多AMI患者得以幸存，但是大部分幸存者最終會(huì)發(fā)展為心力衰竭，遠(yuǎn)期預(yù)后仍較差。心臟移植是治療終末期心力衰竭的一種方式，但是所涉及的操作復(fù)雜、供體來(lái)源等問(wèn)題使其難以廣泛開(kāi)展。近年來(lái)隨著對(duì)外泌體研究的逐漸深入，不同干細(xì)胞源性外泌體在AMI中的促細(xì)胞增殖、血管新生等作用為無(wú)細(xì)胞治療提供了一種新的選擇。本文就不同干細(xì)胞來(lái)源外泌體在AMI中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 外泌體概述

外泌體是一類(lèi)大小約40-100nm具有脂質(zhì)雙分子層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外囊泡，內(nèi)含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、mRNA、miRNA、lncRNA、DNA 等多種生物學(xué)分子，可由B淋巴細(xì)胞、血小板、樹(shù)突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和干細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生，廣泛分布在唾液、血液、尿液、母乳、腦脊液、淋巴液等多種體液中[2-3]。

干細(xì)胞來(lái)源的外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)、lncRNA和miRNA等生物活性分子可以在干細(xì)胞和損傷細(xì)胞的細(xì)胞通訊中發(fā)揮作用。外泌體介導(dǎo)的組織特異性信息從損傷細(xì)胞到干細(xì)胞的轉(zhuǎn)移可能會(huì)使干細(xì)胞重新編程，從而獲得來(lái)源細(xì)胞的表型和功能特征。而干細(xì)胞釋放的外泌體也會(huì)賦予損傷細(xì)胞類(lèi)似干細(xì)胞的表型，激活細(xì)胞的自我再生[4]。

2 不同干細(xì)胞源性外泌體在AMI中的作用

2.1 間充質(zhì)干細(xì)胞源性外泌體

2.1.1 促進(jìn)新生血管形成 Ju等人[5]建立小鼠AMI模型，通過(guò)心肌內(nèi)注射將心臟間充質(zhì)干細(xì)胞(Cardiac mesenchymal stem cells，CMSCs）分泌的外泌體和磷酸緩沖鹽溶液（Phosphate buffer saline，PBS）注射至心肌梗死邊緣區(qū)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，接受CMSCs外泌體治療可以促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖和心臟血管生成。Ma等人[6]結(jié)扎大鼠左前降支建立大鼠AMI模型，通過(guò)尾靜脈注射人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（Human umbilical cord mesenchymal stem cells，HucMSCs）來(lái)源的外泌體和經(jīng)腺病毒將Akt轉(zhuǎn)染至HucMSCs后來(lái)源的外泌體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血小板衍生生長(zhǎng)因子D（Platelet derived growth factor-D，PDGF-D）在 Akt轉(zhuǎn)染的HucMSCs的外泌體中表達(dá)明顯上調(diào)，具有促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和血管形成的作用?？梢?jiàn)，不同的間充質(zhì)干細(xì)胞在AMI動(dòng)物模型中均發(fā)現(xiàn)了促進(jìn)血管生成的作用。Huang等人[7]還發(fā)現(xiàn)AMI后30min心肌內(nèi)注射外源性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（Bone mesenchymal stem cells，BMSCs）外泌體聯(lián)合AMI后第3天BMSCs移植可以縮小梗死面積，增加新生血管，對(duì)心功能的改善效果最好。這為干細(xì)胞源性外泌體治療AMI的時(shí)機(jī)提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

2.1.2 抑制細(xì)胞凋亡 Zhang等人[8]將低氧預(yù)適應(yīng)的BMSCs外泌體注射到大鼠心肌內(nèi)，觀察到AMI大鼠的miR-24水平顯著上調(diào)，凋亡蛋白表達(dá)下調(diào)，心肌梗死面積縮小，心功能得到改善。將H9c2細(xì)胞與低氧預(yù)適應(yīng)的BMSCs外泌體孵育后，也可以觀察到miR-24表達(dá)上調(diào)，凋亡率降低。這表明在體內(nèi)和體外低氧預(yù)適應(yīng)BMSCs外泌體均可通過(guò)上調(diào)miR-24抑制心肌細(xì)胞凋亡。Zhu等人[9]用低氧或常氧條件下BMSCs來(lái)源的外泌體干預(yù)AMI小鼠，觀察28天后發(fā)現(xiàn)與常氧條件相比，在低氧條件下干預(yù)的外泌體中富集miR-125b-5p，也可以改善心肌細(xì)胞凋亡?？梢?jiàn)，低氧處理后的BMSCs外泌體可以使miR-24和miR-125b-5p表達(dá)增強(qiáng)，抑制AMI時(shí)的心肌細(xì)胞凋亡。此外，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（Adipose tissue-derived stromal cells，ADSCs）來(lái)源的外泌體在抑制心肌細(xì)胞凋亡中的作用：Pan等人[10]構(gòu)建大鼠AMI模型和缺氧誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞模型，用miR-146a修飾的ADSCs來(lái)源的外泌體干預(yù)，證實(shí)了來(lái)自miR-146a修飾的ADSCs的外泌體通過(guò)下調(diào)早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1（Early growth response factor 1，EGRF1），逆轉(zhuǎn)AMI或缺氧誘導(dǎo)的Toll樣受體4（Toll-likereceptor4，TLR4）/核 因 子 κB（Nuclear factor-κB，NF-κB）信號(hào)的激活，可以抑制細(xì)胞凋亡，減輕AMI誘導(dǎo)的心肌損傷。

2.1.3 抑制炎癥反應(yīng) Luo等人[11]建立大鼠AMI模型和體外缺氧誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞損傷模型：在體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由miR-126高表達(dá)的ADSCs衍生的外泌體可通過(guò)減少炎癥因子和纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)減輕缺氧誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞損傷。在體內(nèi)研究證實(shí)miR-126富集的ADSCs來(lái)源的外泌體可顯著減少心肌梗死損傷面積以及心肌纖維化和炎性細(xì)胞因子的表達(dá)?？梢?jiàn)，miR-126增強(qiáng)的ADSCs來(lái)源的外泌體在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中都表現(xiàn)出現(xiàn)可以減輕炎癥和纖維化的作用。Liu等人[12]在體外缺氧H9c2細(xì)胞模型中發(fā)現(xiàn)包裹miR-93-5p的外泌體可以通過(guò)靶向調(diào)節(jié)TLR4，也能抑制缺氧誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。Shi等人[13]構(gòu)建AMI動(dòng)物模型，于術(shù)中心肌內(nèi)注射HucMSCs來(lái)源的外泌體，還發(fā)現(xiàn)外泌體在心肌梗死后的炎癥期能夠增加梗死區(qū)肌成纖維細(xì)胞的密度，促進(jìn)炎癥環(huán)境中成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化，減弱炎癥反應(yīng)，從而保護(hù)心肌細(xì)胞。

2.1.4 其他保護(hù)作用 Wang等人[14]發(fā)現(xiàn)HucMSCs來(lái)源的外泌體可以通過(guò)抑制miR-125b-5p來(lái)促進(jìn)心肌修復(fù)。Huang等人[15]還發(fā)現(xiàn)HucMSCs來(lái)源的外泌體也能通過(guò)miR-19a靶向調(diào)節(jié)SOX6，激活A(yù)KT和抑制JNK3/caspase-3來(lái)保護(hù)心肌細(xì)胞免受AMI損傷。

2.2 心臟祖/干細(xì)胞源性外泌體

上文已詳述間充質(zhì)干細(xì)胞在AMI中重要作用，有研究表明心臟祖細(xì)胞（Cardiac progenitor cells，CPCs）分泌的外泌體可能比BMSCs分泌的外泌體具有更強(qiáng)的心肌保護(hù)作用。Barile等人[16]在研究中發(fā)現(xiàn)CPCs外泌體通過(guò)妊娠相關(guān)性血漿蛋白-A（Pregnancy associated plasma protein-A，PAPP-A）調(diào)節(jié)胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白-4（Insulin-like growth factor binding protein-4，IGFBP-4）釋放胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（Insulin-like growth factor-1，IGF-1），可以發(fā)揮比BMSCs分泌的外泌體更強(qiáng)的減少心肌細(xì)胞凋亡和AMI后瘢痕大小，改善心功能的作用。此外，心臟干細(xì)胞（Cardiac stem cells，CSCs）或CPCs也可以通過(guò)其他途徑在AMI中發(fā)揮保護(hù)作用：Youn等人[17]給予AMI小鼠miR-322修飾的CPCs來(lái)源的外泌體進(jìn)行治療，證實(shí)這些外泌體可以增加活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和毛細(xì)血管的形成，在AMI中發(fā)揮保護(hù)作用。Cambier等人[18]發(fā)現(xiàn)心臟球源性細(xì)胞（Cardiosphere-derived cells，CDCs）外泌體中富含豐富的Y RNA片段，在缺血/再灌注后的冠狀動(dòng)脈內(nèi)注射含有Y RNA片段的外泌體可縮小梗死面積。Vandergriff等人[19]還發(fā)現(xiàn)如果將CSCs來(lái)源外泌體與心臟歸巢肽（Cardiac homing peptide，CHP）結(jié)合，可以靶向作用于AMI的心臟，使外泌體攝取增加，提高細(xì)胞存活率，增加細(xì)胞增殖和血管生成，減少心肌纖維化和瘢痕的面積。這也為AMI后的干細(xì)胞靶向治療提供了指導(dǎo)。

2.3 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞源性外泌體

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）具有強(qiáng)大的自我更新能力和多向分化潛能，在AMI中也具有重要作用。Wang等人[20]通過(guò)分離純化iPSCs源性外泌體，證實(shí)iPSCs來(lái)源的外泌體可向體外培養(yǎng)的H9c2心肌細(xì)胞遞送具有心肌保護(hù)作用的miR-21和miR-210；在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)再灌注前向小鼠缺血心肌內(nèi)注射iPSCs來(lái)源的外泌體可以保護(hù)心肌免受缺血/再灌注損傷。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了iPSCs來(lái)源的外泌體在促進(jìn)血管生成中的作用：Dougherty等人[21]通過(guò)提取人iPSCs來(lái)源的心肌細(xì)胞的外泌體，發(fā)現(xiàn)這些外泌體可以促進(jìn)牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞增殖和管狀形成，也可以誘導(dǎo)人iPSCs來(lái)源的內(nèi)皮細(xì)胞增加促血管生成生長(zhǎng)因子的表達(dá)。Ding等人[22]也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)，提取iPSCs來(lái)源的外泌體后，用高糖加或不加人iPSCs來(lái)源的外泌體處理培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞48小時(shí)。與對(duì)照組相比，高糖培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞存活率和管狀形成顯著降低。人iPSCs來(lái)源的外泌體能恢復(fù)高糖培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞存活率和毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的形成。這對(duì)于合并有糖尿病的心血管病患者的治療提供了指導(dǎo)方向。Santoso等學(xué)者[23]還發(fā)現(xiàn)從iPSCs及其分化的心肌細(xì)胞（Into cardiac myocytes，ICMs）培養(yǎng)上清液中沉淀的外泌體，在體外缺氧和外泌體的作用下能夠抑制ICMs凋亡；接受ICMs外泌體治療的AMI小鼠，細(xì)胞凋亡和纖維化也顯著減少，心臟情況得到改善。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)和體外，ICMs外泌體組中自噬體的產(chǎn)生和自噬通量上調(diào)。由此可見(jiàn)，ICMs外泌體也能通過(guò)調(diào)節(jié)缺氧心肌細(xì)胞的自噬來(lái)改善心肌梗死后的心功能。

2.4 胚胎干細(xì)胞源性外泌體

胚胎干細(xì)胞（Embryonic stem cells，ESCs）的生物學(xué)功能類(lèi)似于iPSCs，也具有自我更新和多向分化的特性。ESCs源性外泌體在AMI中也表現(xiàn)出有益作用：Khan等人[24]將小鼠ESCs衍生的外泌體注入AMI小鼠心臟，發(fā)現(xiàn)ESCs外泌體具有促進(jìn)新生血管形成，增加心肌細(xì)胞存活，減少心肌纖維化，改善心功能的作用。ESCs外泌體在體內(nèi)移植8周后，還能夠增加CPCs的存活、增殖以及新的心肌細(xì)胞的形成。進(jìn)一步研究證實(shí)這些生物學(xué)作用的產(chǎn)生可能與ESCs外泌體將miR-294遞送到CPCs有關(guān)。

2.5 造血干細(xì)胞源性外泌體

造血干細(xì)胞（Hematopoietic stem cell，HSCs）是血液系統(tǒng)中的成體干細(xì)胞，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)HSCs來(lái)源的外泌體可能通過(guò)調(diào)節(jié)促血管生成及抗凋亡蛋白的表達(dá)促使血管新生[25]。Mackie等人[26]還在研究中發(fā)現(xiàn)，將音猬因子（Sonic hedgehog factor，SHH）修飾的CD34+HSCs注射到小鼠AMI后的邊緣區(qū)，能夠增加心肌梗死邊緣區(qū)毛細(xì)血管密度，減少心肌梗死面積，減輕AMI所致的心室重塑和心功能下降。

3 展 望

我們闡述了不同干細(xì)胞來(lái)源外泌體在AMI中的作用，與傳統(tǒng)的干細(xì)胞移植比較，外泌體治療創(chuàng)傷更小、特異性更強(qiáng)。隨著研究的深入，在未來(lái)干細(xì)胞源性外泌體很可能應(yīng)用于AMI的治療。但目前仍面臨外泌體提取及純化過(guò)程復(fù)雜以及外泌體如何靶向傳遞具有生物學(xué)作用的活性因子等問(wèn)題，這可能是干細(xì)胞源性外泌體未來(lái)的研究方向。