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    不同細胞來源的外泌體治療眼部疾病研究進展

    2022-06-29 12:19:41陳佳琳王康于金璐王于佳王強
    中國醫(yī)學創(chuàng)新 2022年14期
    關(guān)鍵詞:外泌體

    陳佳琳 王康 于金璐 王于佳 王強

    【摘要】 外泌體(exosome)是一種由miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物活性物質(zhì)組成的特殊類型的細胞外囊泡,具有免疫原性較低和儲存時保持生化活性的優(yōu)點,可通過產(chǎn)生多種生物學效應(yīng)對多種眼部疾病發(fā)揮治療作用。目前,外泌體治療眼部疾病的作用機制已經(jīng)成為研究熱點。本文對不同細胞來源的外泌體在眼部疾病治療中的研究進行歸納總結(jié),以期為更好地防治眼部疾病提供理論參考。

    【關(guān)鍵詞】 外泌體 眼部疾病 視網(wǎng)膜保護

    Research Progress of Exosomes from Different Cell Sources for Ocular Diseases/CHEN Jialin, WANG Kang, YU Jinlu, WANG Yujia, WANG Qiang. //Medical Innovation of China, 2022, 19(14): -188

    [Abstract] Exosome is a special type of extracellular vesicle composed of miRNA, protein, lipid and other bioactive substances, it has the advantages of low immunogenicity and maintaining biochemical activity during storage. It can play a therapeutic role in a variety of eye diseases by producing a variety of biological effects. At present, the mechanism of exocrine body in the treatment of eye diseases has become a research hotspot. This artical summarizes the research of exosome from different cell sources in the treatment of eye diseases, in order to provide theoretical reference for better prevention and treatment of eye diseases.

    [Key words] Exosome Ocular diseases Retinal protection

    First-author’s address: Yantai Affiliated Hospital of Binzhou Medical University, Yantai 264000, China

    doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2022.14.045

    外泌體(exosome,Exo)是一種特殊類型的細胞外囊泡,可來源于間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)、內(nèi)皮細胞、造血細胞和腫瘤細胞等,在透射電鏡和冷凍電子顯微鏡下分別表現(xiàn)為特征性杯狀或圓形分隔囊泡,直徑40~100 nm,蔗糖梯度密度為1.10~1.18 g/mL,可通過CD63、CD81及CD9對外泌體進行特異性標記[1-2]。外泌體具有miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物活性物質(zhì),通過這些活性物質(zhì),不同來源外泌體可以特異性地與靶細胞結(jié)合,從而發(fā)揮不同的生物學功能[3]。通過與細胞間的交流,外泌體能夠促進細胞遷移、增殖,減輕氧化應(yīng)激,將攜帶的特定生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到靶細胞或損傷部位來誘導心臟血管生成和促進損傷后的修復(fù),參與軟骨損傷的修復(fù)和再生,而且在肝臟修復(fù)和再生中也起著關(guān)鍵作用[4-7]。有研究證明,外泌體不僅可來自體內(nèi)干細胞,也可從特定的眼球細胞中獲取,并且其作為傳遞受體,通過玻璃體腔或結(jié)膜下注射,可透過血視網(wǎng)膜屏障[8],外泌體修復(fù)和再生的能力已經(jīng)在眼部疾病模型中得到了驗證[9]。因此,本文就不同細胞來源的外泌體在角膜病、自身免疫性葡萄膜炎、青光眼及視網(wǎng)膜疾病中的潛在治療作用進行討論。

    1 角膜病

    角膜病是導致失明的主要眼病之一,其可使透明角膜出現(xiàn)蒼白和混濁,從而導致視物模糊、視力下降,甚至失明。角膜創(chuàng)傷的常規(guī)治療主要包括潤滑、抗生素和角膜塑形鏡等支持性措施,對頑固性病例則以羊膜和眼瞼縫合為主要手段[10]。外泌體可以為眼表損傷治療提供新途徑。

    一項研究表明人角膜間充質(zhì)干細胞分離的外泌體可被角膜上皮細胞吸收,促進角膜上皮細胞遷移和增殖,抑制角膜新生血管,并調(diào)節(jié)巨噬細胞向抗血管生成和抗炎免疫表型轉(zhuǎn)變,加速小鼠角膜上皮損傷愈合[10]。然而,在角膜上皮損傷愈合時,上皮細胞來源的外泌體會促進角膜成纖維細胞向肌成纖維細胞分化,導致角膜瘢痕形成[11]。因此,探索不同來源的外泌體的作用可能會為修復(fù)角膜上皮損傷并減少瘢痕形成提供新的治療方法。角膜內(nèi)皮層位于角膜最內(nèi)層,由無法再生的內(nèi)皮細胞組成,當角膜內(nèi)皮嚴重受損時,會出現(xiàn)內(nèi)皮細胞失代償,形成角膜水腫,影響內(nèi)皮細胞的透明性[12],但目前關(guān)于外泌體對角膜內(nèi)皮的治療仍有待研究。

    2 自身免疫性葡萄膜炎(autoimmune uveitis,AU)

    葡萄膜炎是累及葡萄膜、視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜血管及玻璃體的一組炎癥性眼病。其中,非感染性葡萄膜炎是T細胞尤其是Th1細胞和Th17細胞介導的自身免疫性炎癥反應(yīng)[13]。目前的臨床治療主要是使用皮質(zhì)類固醇和免疫抑制劑,這些藥物的長期應(yīng)用會導致嚴重的全身副作用,增加白內(nèi)障和青光眼的風險。在自身免疫性疾病的動物模型中,再生療法已獲得成功應(yīng)用,這表明其在臨床治療應(yīng)用方面擁有一定的發(fā)展前景[14]。

    在其他器官組織上已經(jīng)證明外泌體參與了炎癥性和自身免疫性疾病的發(fā)展和治療[15]。在實驗性自身免疫性葡萄膜炎(EAU)的研究中,Kang等[16]發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)性B細胞來源的包含白介素-35(IL-35)的外泌體,可通過拮抗Th17效應(yīng)來挽救EAU小鼠視錐和視桿信號功能,而對Th1細胞沒有顯著作用。然而,Bai等[14]證明臍帶間充質(zhì)干細胞來源的外泌體(umbilical cord mesenchymal stem cells-derived exosome,UMSCs-Exo)下調(diào)視網(wǎng)膜中Th17細胞的比例的同時也下調(diào)了Th1細胞的比例,并且通過抑制趨化因子CC基序配體2(CCL2)即單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)和趨化因子CC基序配體21(CCL21)對炎癥細胞的趨化作用而有效地改善大鼠EAU,保護視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),挽救視網(wǎng)膜功能。這證明了間充質(zhì)干細胞來源的外泌體(mesenchymal stem cells-derived exosome,MSCs-Exo)可用于治療人類自身免疫性葡萄膜炎的能力。

    3 青光眼與外傷性視神經(jīng)病變

    青光眼是一組以視神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)不可逆進行性損傷并伴有視神經(jīng)損傷及相應(yīng)視野喪失為特征的復(fù)雜眼病,病理性眼壓升高和視神經(jīng)供血不足是其主要危險因素。降低眼壓、增加小梁網(wǎng)房水流出,減少RGC丟失是青光眼治療的主要目標[17]。

    越來越多的研究集中于外泌體對RGC損傷后修復(fù)的作用機制,而減少RGC損傷是青光眼治療的新方法。Mead等[18]通過動物實驗發(fā)現(xiàn),向青光眼大鼠模型玻璃體腔注射骨髓間充質(zhì)干細胞外泌體(bone mesenchymal stem cells-derived exosome,BMSCs-Exo)后,RGC神經(jīng)功能得到明顯改善。在遺傳性DBA/2J小鼠青光眼模型中亦有同樣報道[19]。除此之外,另有研究表明,向視神經(jīng)擠壓模型大鼠玻璃體腔注射的BMSCs-Exo能夠整合到視網(wǎng)膜神經(jīng)元胞體和軸突中,通過依賴miRNA激活A(yù)kt通路,從而促進軸突再生[20]。然而,Pan等[21]研究發(fā)現(xiàn),注射UMSCs-Exo后雖能顯著改善視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層Brn3a+RGC的存活率,同時能提高膠質(zhì)細胞膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)的活化,卻無法促進軸突的再生,并認為這可能與不同來源外泌體miRNA的差異化組成相關(guān)。兩種MSC來源的外泌體均提供了對RGC及軸突的神經(jīng)保護作用,從而保護視網(wǎng)膜功能。在外泌體對小梁細胞的抗炎作用上,文獻[22-23]提出氧化應(yīng)激后的無色素睫狀體上皮細胞來源的外泌體與其靶細胞小梁細胞共同孵育,通過將PP2A磷酸酶轉(zhuǎn)移到小梁細胞抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK3β),從而降低Wnt信號通路活性,并且出現(xiàn)Nrf2誘導和下游反應(yīng),表現(xiàn)為抗氧化基因增加和蛋白表達改變,過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增加,最終達到保護小梁細胞的目的,但若持續(xù)在氧化應(yīng)激狀態(tài),外泌體無法對其提供足夠的保護。因此,外泌體有可能作為一種新的治療策略在保護視網(wǎng)膜RGC功能及小梁細胞的抗氧化應(yīng)激方面治療青光眼。

    4 視網(wǎng)膜疾病

    4.1 糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR) DR是糖尿病最常見的并發(fā)癥,是全球范圍內(nèi)導致視力喪失的主要原因。視網(wǎng)膜缺血/缺氧通過激活缺氧誘導因子1(HIF-1)導致血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)表達上調(diào),而高VEGF水平促進DR患者視網(wǎng)膜新生血管生成[24]。目前糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療策略側(cè)重對微血管并發(fā)癥的處理,如玻璃體內(nèi)注射抗VEGF藥物治療、激光光凝和玻璃體手術(shù)等[25]。然而,抗VEGF治療雖然可能抑制DR患者視網(wǎng)膜新生血管,但仍有其他原因?qū)е轮委熜Ч焕硐?,因此探索外泌體等新的治療方法保護視力尤為重要。

    DR患者視網(wǎng)膜中炎性細胞因子的增加與視網(wǎng)膜病變密切相關(guān)[26]。在外泌體修復(fù)和促進再生的過程中,miRNAs可能激活或抑制下游途徑的許多重要介質(zhì),在治療DR模型時已顯現(xiàn)出不可或缺的作用[27]。Zhang等[26]和Li等[28]研究發(fā)現(xiàn),玻璃體腔注射的間充質(zhì)干細胞來源的外泌體(MSCs-Exo)中過表達miR-126和miR-486-3p通過下調(diào)高遷移率組蛋白B1(high mobility group box-1,HMGB1)、NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎性小體水平和抑制核因子-κB(NF-κB)信號通路減少白介素-1β(IL-1β)、白介素-18(IL-18)和半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶-1(caspase-1)等炎癥因子的產(chǎn)生,從而減輕高血糖誘導的視網(wǎng)膜炎癥。此外,消退素(RvD1)的外源性給藥也通過使NF-κB信號通路失活抑制NLRP3激活減輕視網(wǎng)膜炎癥反應(yīng)[29]。Maisto等[30]進一步證實RvD1通過調(diào)節(jié)NF-κB信號的表達,激活FPR2受體,增加抗血管生成的miR-20a-3p和miR-106a表達,降低了視網(wǎng)膜細胞釋放的外泌體促血管生成的潛力。還有研究表明,視網(wǎng)膜色素上皮細胞衍生的外泌體可能通過TGF/Smad途徑轉(zhuǎn)移miR-202-5p,作為細胞間干擾抑制內(nèi)皮細胞向間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化的重要介質(zhì),阻止增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變患者視網(wǎng)膜纖維化的發(fā)展[31]。外泌體除了自身表達miRNA還可作為載體攜帶miRNA作用于病變部位。例如,Liu等[32]研究表明,糖尿病相關(guān)病變上調(diào)了周細胞中cPWWP2A的表達導致視網(wǎng)膜血管功能障礙,而外泌體可以攜帶內(nèi)源性miR-579抑制cPWWP2A的miRNA相關(guān)功能,并通過cPWWP2A和miR-579的不同表達水平間接介導糖尿病患者視網(wǎng)膜血管的功能。因此,筆者認為外泌體內(nèi)源性或外源性miRNA在DR及其并發(fā)癥的治療中都發(fā)揮了重要作用。

    4.2 年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD) AMD是一種與年齡相關(guān)的致盲性退行性眼底病變,其中濕性AMD表現(xiàn)為脈絡(luò)膜新生血管形成(CNV),VEGF是促進CNV形成的主要生長因子[33]。玻璃體腔注射抗VEGF藥物被認為是臨床治療AMD最新且最為有效的方法,但仍有部分患者在接受治療后沒有明顯效果,甚至出現(xiàn)更嚴重的視覺損傷。因此,外泌體對抗新生血管生成的作用亟待研究。

    外泌體對AMD,尤其是CNV的神經(jīng)保護作用已被探索。何廣輝等[34]研究發(fā)現(xiàn)UMSCs-Exo能夠有效降低藍光損傷后人視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞血管內(nèi)皮生長因子A(VEGF-A)的表達,改善細胞形態(tài)學改變,其效應(yīng)與外泌體作用濃度、時間呈正相關(guān)。在AMD的發(fā)生、發(fā)展過程中,炎癥細胞逐漸浸潤,Wooff等[35]認為光感受器細胞分泌的外泌體及其攜帶的miR-124-3p介導免疫調(diào)節(jié)維持視網(wǎng)膜動態(tài)平衡,然而隨著光感受器細胞逐漸退化凋亡,外泌體無法再調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)從而導致視網(wǎng)膜細胞的進行性死亡。綜上所述,外泌體及其攜帶的miRNA及其他生物活性物質(zhì)為AMD的治療提供了新的研究方向。

    4.3 視網(wǎng)膜損傷 缺血、感染或物理損傷引起的視網(wǎng)膜損傷會導致感光細胞退化或死亡及嚴重的視力喪失。MSCs-Exo通過抗炎、神經(jīng)保護和抗凋亡作用對視網(wǎng)膜損傷有治療作用[36]。外泌體對視網(wǎng)膜缺血的保護作用可能有多種作用機制。Moisseiev等[37]研究發(fā)現(xiàn),在視網(wǎng)膜缺血條件下,MSCs-Exo包含許多來自cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白途徑和支持生存的熱休克蛋白(HSP)途徑的促生存相關(guān)蛋白,能有效降低氧源性視網(wǎng)膜病變(OIR)小鼠視網(wǎng)膜缺血的嚴重程度。此外,Mathew等[38]同樣發(fā)現(xiàn),玻璃體腔注射MSCs-Exo被視網(wǎng)膜R28細胞通過細胞表面硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPG)受體,以劑量依賴和溫度依賴的方式內(nèi)吞,顯著降低了炎性介質(zhì)如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白介素-6(IL-6)水平,caspase-3的裂解水平也低于空白對照組,MSCs-Exo促進視網(wǎng)膜缺血后的功能恢復(fù),減少神經(jīng)炎癥和細胞凋亡,同時玻璃體腔注射外泌體后會持續(xù)聚集在RGC層中,提供神經(jīng)營養(yǎng)蛋白,最終達到RGC的神經(jīng)保護作用。因此,MSCs-Exo作為仿生藥物具有治療神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)損傷的潛力。

    5 前景展望

    外泌體對受損組織或細胞具有促進修復(fù)和再生的作用。外泌體在體內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定且半衰期長,作為細胞外囊泡,可以穿越生物屏障到達靶細胞,以不同的方式被受體細胞攝取,作為生物標志物或藥物運輸載體發(fā)揮作用,亦可與傳統(tǒng)的病毒載體結(jié)合使用,形成一種功能更強的基因治療工具。外泌體作為干細胞療法的一種無細胞替代品具有廣闊的發(fā)展前景。然而,外泌體治療仍有困難需要克服,外泌體分離、提純方法耗時且沒有統(tǒng)一標準,無法大批量生產(chǎn)等問題導致其目前無法在臨床應(yīng)用。隨著研究思路與研究方法的不斷發(fā)展,外泌體有望在未來為眼部疾病的診斷與治療提供新策略。

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    (收稿日期:2021-10-13) (本文編輯:張明瀾)

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