白色脂肪組織來(lái)源細(xì)胞外囊泡在代謝性心血管疾病發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

宋丹丹，宋延彬，張富洋，趙小娟

1延安大學(xué)研究生院；2延安大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科；3西京醫(yī)院心血管內(nèi)科

肥胖、胰島素抵抗及2型糖尿病等代謝性疾病是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、心力衰竭等心血管疾病的危險(xiǎn)因素。先前有研究發(fā)現(xiàn)，由脂肪組織中的脂肪細(xì)胞分泌的細(xì)胞外囊泡(EV)在影響全身糖脂代謝方面發(fā)揮重要作用。如特異性敲除小鼠脂肪組織miRNA加工酶Dicer會(huì)導(dǎo)致白色脂肪組織(WAT)降低，胰島素抵抗和循環(huán)脂質(zhì)改變會(huì)導(dǎo)致WAT降低，胰島素抵抗和循環(huán)脂質(zhì)水平改變[1]。越來(lái)越多的研究表明，WAT來(lái)源的EV通過(guò)miRNA來(lái)介導(dǎo)脂肪組織和其他組織之間的信號(hào)傳導(dǎo)和互相調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)胰島素敏感性、葡萄糖穩(wěn)態(tài)和脂肪形成。在以前的蛋白質(zhì)組學(xué)報(bào)告中，從培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞來(lái)源的EV中鑒定出的絕大多數(shù)蛋白質(zhì)可在人類(lèi)WAT來(lái)源的EV中檢測(cè)到[2-7]。有研究表明，脂肪是EV循環(huán)miRNA的主要貢獻(xiàn)者[8]。除了對(duì)糖脂代謝的影響，WAT來(lái)源的EV還可以通過(guò)抗心肌細(xì)胞凋亡、抗病理性重構(gòu)和抗動(dòng)脈粥樣硬化(AS)等機(jī)制影響心血管疾病的發(fā)病。因此，靶向WAT來(lái)源的EV有望成為干預(yù)代謝性心血管疾病的新策略?，F(xiàn)就WAT來(lái)源的EV在代謝相關(guān)性心血管疾病發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述。

1 WAT分泌的EV在A(yíng)S發(fā)病中的作用機(jī)制

AS是許多心血管疾病的病理基礎(chǔ)。EV主要通過(guò)影響內(nèi)皮功能、炎癥反應(yīng)、血管鈣化、胰島素抵抗和脂質(zhì)代謝等途徑參與AS的發(fā)生發(fā)展。

1.1 調(diào)控內(nèi)皮功能 EV主要包括微粒和外泌體，其中外泌體是調(diào)節(jié)體內(nèi)關(guān)鍵信號(hào)、炎癥和脂質(zhì)代謝平衡的重要途徑[9]。外泌體已被證實(shí)參與血管內(nèi)皮功能紊亂的病理過(guò)程。而外泌體攜帶的miRNA在A(yíng)S的病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。比如外泌體攜帶的miRNA通過(guò)影響內(nèi)皮型一氧化氮合酶的活性從而調(diào)控NO合成，進(jìn)而加重內(nèi)皮功能紊亂[11]；其還可通過(guò)激活氧化應(yīng)激反應(yīng)，增強(qiáng)白細(xì)胞黏附功能介導(dǎo)炎癥反應(yīng)等機(jī)制參與內(nèi)皮功能障礙的病理過(guò)程[10]。

1.2 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng) 動(dòng)脈粥樣硬化是一種以動(dòng)脈壁慢性炎癥為特征的疾病，巨噬細(xì)胞是炎癥發(fā)生的關(guān)鍵因素[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠脂肪細(xì)胞來(lái)源的外泌體攜帶的miR-155通過(guò)靶向細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(SOCS1)并調(diào)節(jié)JAK/STAT信號(hào)來(lái)介導(dǎo)M1巨噬細(xì)胞表型活化，從而導(dǎo)致炎癥的發(fā)生[13]。炎癥發(fā)生在A(yíng)S的早期和晚期。這種慢性炎癥是一個(gè)以脂質(zhì)堆積和免疫細(xì)胞募集為特征的漸進(jìn)過(guò)程?，F(xiàn)已證明，用腫瘤壞死因子α處理的3T3-L1脂肪細(xì)胞分泌的EV可上調(diào)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中黏附蛋白表達(dá)[14]，這能夠促進(jìn)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的附著，是AS斑塊形成的先決條件。來(lái)自?xún)?nèi)臟脂肪組織(VAT)的外泌體已被證明可通過(guò)激活M1巨噬細(xì)胞加重載脂蛋白E缺陷(ApoE-/-)小鼠的AS[15]，但也可能通過(guò)促進(jìn)白細(xì)胞與血管壁的黏附而加劇AS。其次動(dòng)脈內(nèi)膜脂質(zhì)堆積和炎癥之間的一個(gè)重要聯(lián)系是巨噬細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)載。有研究表明，VAT分泌的外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)miRNA抑制ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1(ABCA1)，使得膽固醇在巨噬細(xì)胞內(nèi)積聚，促進(jìn)泡沫細(xì)胞產(chǎn)生，導(dǎo)致脂質(zhì)斑塊形成[16]。綜上所述，脂質(zhì)和白細(xì)胞的浸潤(rùn)和積聚是AS病變發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。而脂肪細(xì)胞來(lái)源的外泌體更是促進(jìn)了這一病理過(guò)程的進(jìn)展，這提示抑制脂肪細(xì)胞分泌EV或阻斷EV分泌途徑可以緩解AS的血管炎癥，減少斑塊形成。這有望成為一種新的治療模式，以改進(jìn)和補(bǔ)充抗AS的方法。

1.3 影響血管鈣化 血管鈣化是晚期A(yíng)S的典型病理表現(xiàn)。有研究證實(shí)EV參與了病理性血管鈣化，可通過(guò)促進(jìn)平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，調(diào)控鈣、磷等礦物質(zhì)沉積等機(jī)制導(dǎo)致血管鈣化的發(fā)生[17]。但是WAT來(lái)源的EV在血管鈣化中的作用機(jī)制報(bào)道較少，我們?nèi)孕柽M(jìn)一步了解其功能及其在血管鈣化發(fā)病過(guò)程中的作用。

1.4 影響胰島素抵抗 糖尿病和肥胖也是AS不容忽視的危險(xiǎn)因素。糖尿病引起的AS相關(guān)心血管疾病致死風(fēng)險(xiǎn)極高[18]。有報(bào)道稱(chēng)，從胰島素抵抗的3T3-L1脂肪細(xì)胞中分離出的外泌體可增強(qiáng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中血管生成，這與AS斑塊破裂有關(guān)[19]。同時(shí)，不論是內(nèi)源性還是外源性給予胰島素抵抗的脂肪細(xì)胞分泌的外泌體均會(huì)導(dǎo)致糖尿病ApoE-/-小鼠血管生成，從而加重斑塊負(fù)荷和斑塊脆性[20]，加重AS。所以，對(duì)于有胰島素抵抗的AS患者，抑制其病態(tài)脂肪細(xì)胞分泌EV可以降低斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)，減少致死事件的發(fā)生。

1.5 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝 肥胖是體內(nèi)脂肪尤其是甘油三酯積聚過(guò)多而導(dǎo)致的一種狀態(tài)。肥胖AT來(lái)源的EV的致AS特性是通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞泡沫化和極化來(lái)發(fā)揮作用的。巨噬細(xì)胞分為促炎表型和抗炎表型，即M1型和M2型。從高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠VAT中分離出的外泌體可通過(guò)下調(diào)ABCA1和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G1介導(dǎo)的膽固醇外流并上調(diào)NF-κB活性，促進(jìn)巨噬細(xì)胞泡沫化和M1巨噬細(xì)胞極化[21]。脂肪細(xì)胞來(lái)源的外泌體釋放的miR-34a可以轉(zhuǎn)運(yùn)到巨噬細(xì)胞，通過(guò)抑制Kruppel樣因子(KLF)4的表達(dá)而抑制M2巨噬細(xì)胞極化[22]。而KLF2可誘導(dǎo)外泌體富集miR-143/145轉(zhuǎn)移到平滑肌細(xì)胞中，降低靶基因表達(dá)，抑制AS進(jìn)程[23]。因此，KLF2誘導(dǎo)的EV介導(dǎo)的miRNA轉(zhuǎn)移可能成為抗AS新的策略。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，miR-155可以通過(guò)脂肪細(xì)胞來(lái)源的EV轉(zhuǎn)移至骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞，通過(guò)SOCS1抑制JAK/STAT1信號(hào)通路，調(diào)節(jié)M1巨噬細(xì)胞極化[13]。先前也有證據(jù)表明，富含miR-155的外泌體會(huì)抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖，破壞內(nèi)皮細(xì)胞完整性，增加血管內(nèi)皮的通透性，并加速AS進(jìn)展[24]。除了巨噬細(xì)胞的激活，脂肪細(xì)胞分泌的EV還可通過(guò)直接轉(zhuǎn)移脂滴來(lái)促進(jìn)巨噬細(xì)胞中的脂質(zhì)積累[25]，巨噬細(xì)胞可以吸收和儲(chǔ)存脂質(zhì)，成為AS的泡沫細(xì)胞。

1.6 其他作用 外泌體對(duì)AS還具有抑制作用。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活子1α(PGC-1α)是細(xì)胞能量代謝的主要調(diào)節(jié)因子，與包括AS在內(nèi)的多種心血管疾病有關(guān)。有報(bào)道稱(chēng)，外泌體攜帶的miR-19b-3p、miR-221-3p和miR-222-3p通過(guò)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，抑制PGC-1α的產(chǎn)生，限制AS的進(jìn)展[26]。還有研究發(fā)現(xiàn)，脂肪細(xì)胞外泌體攜帶脂聯(lián)素，具有抗AS的作用[27]。以上結(jié)果表明，一方面，抑制功能障礙的脂肪細(xì)胞分泌EV可能會(huì)減輕AS的血管炎癥、減少斑塊形成、減輕斑塊負(fù)荷和脆性、降低斑塊破裂風(fēng)險(xiǎn)、抑制巨噬細(xì)胞泡沫化和極化，阻止AS的進(jìn)一步發(fā)展；另一方面，外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)特定miRNA和脂肪因子還可以起到抑制AS的作用。因此，調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)可能有利于動(dòng)脈粥樣硬化的預(yù)防、減輕和消退。過(guò)表達(dá)和敲低兩種方法都可以用來(lái)研究miRNA作為抗AS治療藥物的作用。但是目前對(duì)于其抑制AS具體作用機(jī)制的研究較少，尚需進(jìn)一步明確。

2 WAT分泌的EV在心肌缺血再灌注(MI/R)損傷發(fā)病中的作用機(jī)制

在缺血心肌恢復(fù)血流量的過(guò)程中造成的心肌細(xì)胞進(jìn)一步死亡，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為MI/R損傷[28]。該過(guò)程涉及內(nèi)皮功能障礙、心肌細(xì)胞凋亡、炎癥損傷等，故通過(guò)改善內(nèi)皮功能、減少心肌細(xì)胞凋亡、減輕炎癥損傷有望減輕MI/R損傷。

2.1 影響糖脂代謝 糖脂代謝紊亂是公認(rèn)的心血管危險(xiǎn)因素。越來(lái)越多的證據(jù)表明，內(nèi)臟脂肪細(xì)胞功能障礙對(duì)代謝性心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展有重要影響。最近有報(bào)道稱(chēng)，糖尿病附睪脂肪移植能顯著增加非糖尿病小鼠的MI/R損傷，而給予EV生物發(fā)生抑制劑可顯著減輕糖尿病小鼠的MI/R損傷，這是由于功能障礙的脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的EV通過(guò)轉(zhuǎn)移miR-130b-3p抑制AMP活化蛋白激酶(AMPK)表達(dá)，加重糖尿病心臟MI/R損傷[29-30]。AMPK是代謝紊亂相關(guān)細(xì)胞死亡和器官損傷的主要調(diào)節(jié)因子[31]。先前也有證據(jù)表明，抑制AMPKα可導(dǎo)致糖尿病心肌病和糖尿病心臟病小鼠模型死亡[31]。此外，VAT與肥胖受試者的不良新陳代謝和炎癥關(guān)系更密切[32-33]。例如，高脂飲食可使小鼠VAT脂肪細(xì)胞外泌體miR-34a表達(dá)進(jìn)行性增加，miR-34a選擇性地富集在嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)VAT來(lái)源的外泌體中，EV將miR-34a轉(zhuǎn)運(yùn)到相鄰的巨噬細(xì)胞，并通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子KLF4來(lái)驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞偏向于促炎M1表型轉(zhuǎn)化。KLF4在維持M2巨噬細(xì)胞表型中起重要作用。而選擇性去除脂肪細(xì)胞miR-34a可以保護(hù)小鼠免受肥胖引起的脂肪炎癥[22]。與此同時(shí)，外泌體對(duì)MI/R損傷還可以起到干預(yù)作用。AT來(lái)源的外泌體可以改善內(nèi)皮功能，被認(rèn)為有助于保護(hù)心血管[34-35]。最近有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，血管周?chē)鶤T分泌的外泌體在內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。已有研究表明，芒果苷刺激血管周?chē)鶤T分泌的外泌體可改善內(nèi)皮功能障礙[36]。

2.2 影響氧化應(yīng)激和鈣超載MI/R損傷機(jī)制還涉及氧化應(yīng)激和鈣超載。MI/R會(huì)造成氧自由基和活性氧增多，加重細(xì)胞損傷。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體攜帶的miR-144和miR-451可靶向作用于Rac-1基因，降低氧自由基水平，從而減輕MI/R損傷[37]。細(xì)胞內(nèi)游離鈣(Ca2+)的變化是再灌注誘導(dǎo)心肌細(xì)胞死亡的常見(jiàn)信號(hào)機(jī)制。各種原因引起胞內(nèi)Ca2+含量增多都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷，從而導(dǎo)致MI/R損傷。鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是Ca2+信號(hào)的重要調(diào)節(jié)因子，介導(dǎo)心肌肥大、細(xì)胞凋亡、心律失常和心臟病等多種功能的信號(hào)通路。miR-214通過(guò)抑制編碼鈉/鈣交換因子1 mRNA及下調(diào)Ca2+信號(hào)下游效應(yīng)因子如CaMKⅡ、Bcl-2樣蛋白11和親環(huán)蛋白D，減少鈣超載，從而減少心肌細(xì)胞凋亡[38]。同樣的，miR-145通過(guò)抑制CaMKⅡ的表達(dá)，降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+，從而減輕心肌細(xì)胞損傷[39]。可見(jiàn)EV不僅可以加重MI/R損傷，還可以起到保護(hù)作用。

上述研究結(jié)果加深了對(duì)代謝相關(guān)心血管疾病，特別是對(duì)肥胖/糖尿病引起的MI/R機(jī)制的理解。一方面，預(yù)防或阻斷異常脂肪細(xì)胞來(lái)源的外泌體的產(chǎn)生可能對(duì)肥胖/糖尿病引起的MI/R有治療作用；另一方面，利用攜帶特定miRNA的外泌體靶向治療對(duì)于減輕MI/R損傷也有重大意義。最重要的是，需要確定更多具有一致的促M(fèi)I/R或抗MI/R作用的miRNA作為可靠和安全的抗MI/R治療靶點(diǎn)。

3 WAT分泌的EV在心力衰竭發(fā)病中的作用機(jī)制

心力衰竭是大多數(shù)心血管疾病的終末階段，缺乏特定的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。盡管目前采用了各種治療方法干預(yù)，但心力衰竭患者的病死率和再住院率仍然很高。因此，探索心力衰竭診治相關(guān)的潛在分子標(biāo)志物非常重要。心力衰竭涉及的病理過(guò)程包括心肌細(xì)胞肥大、心臟纖維化、心肌血管生成受損等。由于EV miRNA的獨(dú)特性，研究它們對(duì)心力衰竭發(fā)病的影響及機(jī)制是有意義的。多種miRNA參與調(diào)節(jié)心力衰竭的過(guò)程。YANG等[40]發(fā)現(xiàn)，低氧可誘導(dǎo)miR-30a表達(dá)上調(diào)并向外泌體富集，抑制miR-30a可增加心肌細(xì)胞自噬相關(guān)因子beclin-1、Atg12和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表達(dá)，從而增強(qiáng)缺氧后心肌細(xì)胞的自噬反應(yīng)。越來(lái)越多的證據(jù)表明，EV miRNA可能有望成為心力衰竭診斷和治療的分子標(biāo)志物。MATSUMOTO等[22,41]提出，miR-34a可以用于診斷心力衰竭，而miR-34a選擇性地富集在嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)VAT的外泌體中。FANG等[42]將脂肪細(xì)胞和心肌細(xì)胞共培養(yǎng)，在PPARγ刺激下，脂肪細(xì)胞衍生的EV將miR-200a遞送到心肌細(xì)胞，導(dǎo)致TSC1表達(dá)減少，從而激活mTOR信號(hào)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大。TSC1先前已被證實(shí)可通過(guò)mTOR通路調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞大小和心臟重構(gòu)，而來(lái)自PPARγ功能抑制的脂肪細(xì)胞來(lái)源的EV可以減輕心肌肥厚。這提示抑制脂肪細(xì)胞PPARγ功能可以獲得具有保護(hù)心肌作用的EV。雖然有研究報(bào)道，WAT來(lái)源EV所攜帶的一些miRNA可以作為心衰的特異性生物標(biāo)志物，與其他更成熟的生物標(biāo)志物相結(jié)合，可能具有更好的診斷和預(yù)后價(jià)值。還需要進(jìn)行具體和系統(tǒng)的大規(guī)模臨床研究，以確定這些攜帶的miRNA作為診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的真正潛力。此外，關(guān)于WAT來(lái)源的EV參與心衰病理生理過(guò)程的報(bào)道仍然較少，還需要更深入的研究。

綜上所述，WAT來(lái)源的EV作為局部或遠(yuǎn)端信號(hào)介質(zhì)，在調(diào)節(jié)代謝性心血管疾病中發(fā)揮重要作用。WAT來(lái)源的EV的產(chǎn)生異常和功能障礙與多種代謝性心血管疾病的發(fā)病有關(guān)。miRNA是介導(dǎo)WAT來(lái)源EV作用的關(guān)鍵分子，WAT來(lái)源EV所攜帶的miRNA有望成為干預(yù)代謝性心血管疾病的靶點(diǎn)，也有潛力作為診斷代謝性心血管疾病的標(biāo)志物。然而，WAT來(lái)源EV產(chǎn)生異常和功能障礙的機(jī)制及其攜帶miRNA影響代謝性心血管疾病的機(jī)制仍不明確，有待進(jìn)一步研究。