外泌體在呼吸系統(tǒng)疾病的研究進(jìn)展*

章陳晨，周 微 綜述，劉凌琳，熊 瑋 審校

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)和特勤醫(yī)學(xué)科，重慶 400038)

外泌體是一種脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)囊泡，可由肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及樹突細(xì)胞等脫落釋放，在支氣管肺泡灌洗液、關(guān)節(jié)液、羊水、胸腔積液、腹水、外周血、尿液、唾液等體液中能夠檢測到[1-4]。研究表明外泌體可攜帶多種蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA及脂質(zhì)，參與血管新生、腫瘤細(xì)胞生長、免疫反應(yīng)、細(xì)胞遷移及細(xì)胞通信等過程[5]。呼吸系統(tǒng)疾病是臨床上常見的一類疾病，其發(fā)病率上升趨勢，嚴(yán)重影響人們生活質(zhì)量和身心健康，且其具體發(fā)病尚不十分明確[6-7]。近年來發(fā)現(xiàn)許多疾病中外泌體水平增高，目前對于外泌體在呼吸系統(tǒng)疾病中影響少有報(bào)道。本文旨在初步探討外泌體在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展，為臨床診斷和治療提供一定參考價(jià)值。

1 外泌體概述

外泌體含大量功能性的mRNA、miRNA及特異性的蛋白質(zhì)，系一種細(xì)胞積極分泌的結(jié)構(gòu)。外泌體的質(zhì)膜中含豐富的神經(jīng)酰胺、磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂及膽固醇，及含編碼或非編碼RNA、脂質(zhì)等生物活性物質(zhì)，且認(rèn)為其在細(xì)胞間物質(zhì)交換中具有重要意義[8-9]。

外泌體幾乎均有四跨膜蛋白、肌動蛋白結(jié)合蛋白及微管蛋白。不同細(xì)胞來源的外泌體蛋白有共同的蛋白質(zhì)組分，包括四跨膜蛋白超家族、整合素、多囊泡胞內(nèi)體產(chǎn)生相關(guān)蛋白及膜轉(zhuǎn)運(yùn)和融合相關(guān)蛋白，這些成分均反映了其生物起源[10-11]。外泌體可攜帶多種反應(yīng)細(xì)胞來源的細(xì)胞類型特異性蛋白，可經(jīng)受體依賴性調(diào)控機(jī)制直接刺激受體細(xì)胞，同時(shí)也可經(jīng)mRNA、miRNA、功能性蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)膜受體和細(xì)胞器調(diào)控受體細(xì)胞[12]。

微泡是一種廣泛存在于正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞外細(xì)胞器樣結(jié)構(gòu)，在信息轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞間物質(zhì)中具有重要作用，且能夠運(yùn)載多種特異性蛋白、微小DNA片段及微小RNA片段。微泡可能含多種亞型，其中主要包括外泌體、外泌體樣小泡、膜顆粒及分泌性微泡等。外泌體與靶細(xì)胞識別具有一定的特異性，如中性粒細(xì)胞來源的外泌體能夠識別樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及血小板；而血小板來源的外泌體不能識別中性粒細(xì)胞，而能夠識別巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。目前，認(rèn)為外泌體靶向細(xì)胞主要包括3種方式[13-14]：(1)能夠識別細(xì)胞表面的特異性受體；(2)能夠經(jīng)內(nèi)吞作用被靶細(xì)胞攝??；(3)能夠直接與靶細(xì)胞的胞膜融合，且可釋放mRNA和miRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。

外泌體表面有多種細(xì)胞因子和生長因子，且外泌體幾乎均含生理活性的脂質(zhì)成分神經(jīng)酰胺-1-磷酸和1-磷酸鞘氨醇。當(dāng)外泌體進(jìn)入靶細(xì)胞后，則會使得這些旁分泌因子能夠直接與細(xì)胞相互作用。如神經(jīng)酰胺-1-磷酸和1-磷酸鞘氨醇能夠刺激血管新生和細(xì)胞凋亡[15]。此外，外泌體能夠水平轉(zhuǎn)移miRNA至受體細(xì)胞，而其中miRNA作為一種信號分子直接達(dá)到遺傳信息并調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。如刺激巨噬細(xì)胞后會提高外泌體中miRNA-150的分泌，而其中的miRNA150能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞中miRNA-150靶基因而刺激內(nèi)皮細(xì)胞遷移。

2 外泌體的生物學(xué)作用

外泌體生物學(xué)作用主要包括促凝血作用、促炎癥作用、促血管生成、抗凝作用、免疫功能等多種生物學(xué)活性。

2.1 促凝血作用

在許多呈高凝狀態(tài)血液的疾病中均會發(fā)現(xiàn)外泌體數(shù)量增加。而嚴(yán)重出血紊亂中會發(fā)現(xiàn)外泌體減少，由此可見外泌體具有促凝作用的。外泌體表面的磷脂酰絲氨酸為凝血酶原復(fù)合物的具體提供催化表面[16-18]。

2.2 促炎癥作用

有研究報(bào)道顯示多發(fā)性硬化患者增加的外泌體能夠與單核細(xì)胞結(jié)合，從而使得結(jié)合后的單核細(xì)胞穿越內(nèi)皮細(xì)胞間隙的能力增強(qiáng)。同時(shí)還可釋放出炎性介質(zhì)，激活單核細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的旁分泌和自分泌[19]。此外，應(yīng)用過氧化氫刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體含氧化磷脂，其能夠與血小板激活因子受體結(jié)合，進(jìn)一步介導(dǎo)炎性反應(yīng)。

2.3 促血管生成

研究表明，成纖維細(xì)胞生長因子和血管內(nèi)皮生長因子能夠刺激微粒形成，而成纖維細(xì)胞生長因子能夠刺激內(nèi)皮細(xì)胞遷移至重構(gòu)的基膜，從而在其上形成條索狀結(jié)構(gòu)[20]，提示外泌體具有促血管生成作用。

2.4 抗凝作用

外泌體在某些條件下還表達(dá)抗凝蛋白，其可能在抗血栓形成和血栓形成的平衡調(diào)節(jié)中具有一定作用[21]。

2.5 免疫功能

大量研究表明外泌體對腫瘤生長的影響體現(xiàn)在腫瘤免疫逃逸、免疫功能抑制及抗腫瘤免疫方法[22-23]。攜帶腫瘤抗原的外泌體能夠?qū)⑵浔砻娴慕M織相容性復(fù)合體抗原肽復(fù)合物傳遞給樹突狀細(xì)胞，從而提高抗腫瘤免疫。此外，腫瘤細(xì)胞來源的外泌體能夠經(jīng)表達(dá)FasL誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞凋亡，從而致使腫瘤免疫逃逸；促進(jìn)骨髓來源的免疫抑制細(xì)胞、降低樹突狀細(xì)胞的分化、經(jīng)自然殺傷(NK)細(xì)胞激活型受體抑制NK細(xì)胞和T細(xì)胞的細(xì)胞毒性，從而影響宿主的免疫系統(tǒng)[24]。

3 外泌體在呼吸系統(tǒng)疾病中應(yīng)用

在呼吸細(xì)胞疾病診斷方面，外泌體含mRNA、miRNA及蛋白質(zhì)等信號分子，可反映分泌細(xì)胞的功能狀態(tài)和生理狀態(tài)，甚至包含細(xì)胞病態(tài)相關(guān)的分子信息，故而能夠提供豐富的潛在生物標(biāo)志物分子源。

外泌體是一種小囊膜顆粒，含豐富的生物活性物質(zhì)和膜表面受體，具有調(diào)節(jié)免疫、促凝、促炎等生物學(xué)功能，參與了呼吸系統(tǒng)疾病如慢性氣道炎癥、慢性阻塞性肺疾病、急性呼吸窘迫綜合征等發(fā)生、發(fā)展。呼吸系統(tǒng)疾病通常是包括多種炎癥表型的一類異質(zhì)性疾病，外泌體作為一種細(xì)胞間的信號載體，于細(xì)胞外液中廣泛存在，如關(guān)節(jié)液、血液，不僅攜帶來源細(xì)胞的生物信息，且受細(xì)胞外環(huán)境的調(diào)控。外泌體在生理情況下產(chǎn)生與消亡處于動態(tài)平衡中，一旦打破這種平衡，則會致使循環(huán)中外泌體大量生成，增多的外泌體則能夠通過受體介導(dǎo)胞飲、巨胞飲、膜融合等方式與靶細(xì)胞相互作用，從而刺激靶細(xì)胞產(chǎn)生更多的炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子等，進(jìn)一步引發(fā)各種生物學(xué)反應(yīng)，破壞機(jī)體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，最終促進(jìn)疾病的發(fā)生。近年來大量臨床研究報(bào)道顯示外泌體具有促炎、調(diào)節(jié)免疫、促凝作用等，而作為唯一有兩套血液供應(yīng)的肺，外泌體對它的影響可能是巨大的[25]。但目前對于外泌體在呼吸系統(tǒng)疾病中的變化和作用上不十分明確，認(rèn)為在呼吸系統(tǒng)疾病患者的支氣管肺泡灌洗液中內(nèi)皮細(xì)胞外泌體和血小板外泌體的數(shù)目均減少，尤其在慢性阻塞性肺疾病中尤為明顯。

內(nèi)皮細(xì)胞外泌體主要是一種由內(nèi)皮細(xì)胞凋亡或受到刺激，從而以出芽方式產(chǎn)生的可移動的生物“感受器”，能夠通過與靶細(xì)胞的表明接觸傳遞旁分泌或自分泌信號，調(diào)節(jié)血管生理功能。內(nèi)皮細(xì)胞外泌體促凝作用能夠使血管壁狹窄、增厚，且在冠狀動脈粥樣硬化形成中具有重要意義。此外，有研究報(bào)道顯示內(nèi)皮細(xì)胞外泌體在慢性阻塞性肺疾病中參與炎性反應(yīng)，由于內(nèi)皮細(xì)胞外泌體各種亞型在慢性阻塞性肺疾病的主動脈和肺血管內(nèi)的分布有所不同，故而在體內(nèi)的釋放亦不同，由此可見其各亞型的變化可能有助于炎癥的判定和定位。血小板外泌體主要是由血小板凋亡或受到刺激后產(chǎn)生的，其數(shù)目增加是血小板受刺激的可靠標(biāo)志。血小板外泌體能夠經(jīng)刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)趨化因子巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1α(MIP-1α)、單核細(xì)胞趨化因子-1(MCP)及白細(xì)胞介素-8，從而參與炎性反應(yīng)。其促凝作用主要是由于膜表面激活的X因子、帶負(fù)電荷的外表面及其能夠刺進(jìn)組織抑制的表達(dá)和磷脂酰絲氨酸標(biāo)點(diǎn)。因此，認(rèn)為在呼吸系統(tǒng)疾病中血循環(huán)中增多的兩種外泌體作為促凝和促炎介質(zhì)加重肺血管的病變。

4 展 望

外泌體可作為細(xì)胞間信息交換，且使傳遞信號分子以激活遠(yuǎn)隔器官的一種重要載體。且認(rèn)為外泌體的這些生物學(xué)功能與其攜帶的大分子遺傳物質(zhì)關(guān)系緊密。其中miRNA在呼吸系統(tǒng)治療中效果較為明顯，故而也逐漸成為呼吸內(nèi)科治療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。盡管，現(xiàn)階段外泌體在呼吸系統(tǒng)領(lǐng)域的研究還處于起步階段，但經(jīng)過不斷深入研究，其對呼吸系統(tǒng)疾病的作用將得到深入了解。