外泌體與COPD

盧文靜 盧麗琨 汪宇

COPD是一種可預(yù)防、可治療的疾病，特點(diǎn)是持續(xù)的呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受限，臨床主要表現(xiàn)為氣急、咳嗽、咳痰，嚴(yán)重者有呼吸衰竭的危險(xiǎn)。多種因素參與了COPD的進(jìn)展，炎癥是COPD的中心標(biāo)志；遺傳和環(huán)境因素通過建立或維持慢性炎癥，在COPD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用；此外，細(xì)菌或病毒感染是COPD發(fā)病的常見病因[1]。

外泌體是細(xì)胞外囊泡，可能會(huì)影響受體細(xì)胞中DNA、微小RNA(miRNA)的表達(dá)過程。外泌體被釋放到體外之后，其將生物活性物質(zhì)運(yùn)送到靶細(xì)胞，調(diào)節(jié)凝血、炎癥、細(xì)胞凋亡、血管生成和增殖的過程。外泌體可以通過多種途徑將信號(hào)傳遞至靶細(xì)胞，常見的傳遞介質(zhì)有信使RNA、miRNA和蛋白質(zhì)等。外泌體作為一種細(xì)胞間的通信工具，影響了COPD的生理及病理過程[2]。

1 外泌體概述

1.1 外泌體來源 外泌體是一種晚期胞內(nèi)體，即多泡體向內(nèi)萌芽而形成的雙脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的囊泡。多種細(xì)胞可以分泌外泌體，并能在多種體液中檢測出外泌體[3]。外泌體首先是由內(nèi)泌體向內(nèi)出芽，隨后形成細(xì)胞內(nèi)多囊泡體(MVBs)；隨后MVBs與質(zhì)膜融合釋放到細(xì)胞外空間，MVBs直接從質(zhì)膜脫落。研究顯示，不同組織分泌的外泌體含有不同種類蛋白，從而導(dǎo)致外泌體與靶細(xì)胞結(jié)合時(shí)表現(xiàn)出特異性。例如來源于樹突狀細(xì)胞的外泌體，可以分泌組織相容性復(fù)合體，該復(fù)合體具有抗原呈遞功能；結(jié)腸上皮細(xì)胞主要分泌特異性蛋白A33等[4]。

1.2 外泌體的生理特征 外泌體是一種細(xì)胞間信號(hào)傳遞介質(zhì)。目前研究顯示，外泌體主要通過3種途徑被受體細(xì)胞識(shí)別、攝?。旱谝环N途徑是外泌體表面具有特異性的膜蛋白，其可以與靶細(xì)胞受體相互作用，激活受體細(xì)胞，傳遞信號(hào)；第二種途徑是細(xì)胞外基質(zhì)中有切割外泌體表面膜蛋白的蛋白酶，外泌體表面膜蛋白可以被這種蛋白酶切割為小片段，其可以作為與靶細(xì)胞結(jié)合的配體，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)過程；第三種途徑是外泌體可以直接與靶細(xì)胞融合，在靶細(xì)胞中釋放出活性物質(zhì)，激活受體細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用[4]。

2 外泌體在COPD發(fā)病機(jī)制中的作用

COPD是一種炎癥性肺部疾病。COPD的適應(yīng)性免疫反應(yīng)與長期吸入香煙煙霧及其他有害的刺激性顆粒有密切關(guān)系，氣道內(nèi)長時(shí)間炎癥反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致氣道重塑、肺氣腫，甚至加重病情。外泌體受到外界有害物質(zhì)刺激后，其內(nèi)容物發(fā)生改變，并到達(dá)不同的部位，從而影響細(xì)胞生物學(xué)傳遞過程。

2.1 外泌體可促進(jìn)炎癥反應(yīng) COPD的炎癥特征主要是中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞數(shù)量增加。在外界刺激下，炎癥細(xì)胞顯著增加，加速COPD炎癥進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，肺上皮細(xì)胞可以分泌外泌體，在香煙煙霧提取物(cigarette smoke extract，CSE)的刺激下分泌富含半胱氨酸蛋白61(CCN1)的外泌體，CCN1參與細(xì)胞增殖、黏附、遷移、分化等病理生理過程[5]。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，CCN1可以促進(jìn)IL-8 分泌，IL-8 可以促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生、加速炎癥細(xì)胞進(jìn)入肺實(shí)質(zhì)，引起肺部炎癥反應(yīng)。

天然免疫系統(tǒng)在COPD中起著主要的作用。參與COPD適應(yīng)性免疫反應(yīng)的主要細(xì)胞是CD8細(xì)胞毒性T細(xì)胞，這種類型細(xì)胞在氣道中可以持續(xù)存在很長一段時(shí)間。在重度COPD病人中，IL-8與淋巴聚集物相關(guān)，可以促進(jìn)Th1應(yīng)答，B細(xì)胞反應(yīng)可能是由于疾病引起抗原暴露的結(jié)果。最近，先天性淋巴細(xì)胞(ILC)在疾病中的作用受到關(guān)注。ILC1與淋巴樣細(xì)胞浸潤有關(guān)。有研究表明,在COPD加重過程中，ILC2可以轉(zhuǎn)化為ILC1，因此促進(jìn)了氣道炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

miRNA是外泌體的主要內(nèi)容物之一。Dang等[6]發(fā)現(xiàn)，miRNA中的一些基因主要作用于節(jié)點(diǎn)樣受體(NLRs)和toll受體(TLRs)，巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中通常含有TLRs，參與病原體入侵的第一道防線。NLRs存在于樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和非免疫細(xì)胞等多種細(xì)胞中，這兩種受體協(xié)同調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

流行病學(xué)研究表明，空氣污染物對(duì)基因表達(dá)譜的修飾產(chǎn)生不利的影響，這可能與miRNA的調(diào)節(jié)有關(guān)[7]。長期暴露于空氣顆粒物污染的環(huán)境中，可以改變miRNA-222、miRNA-21及緊張素同源基因(PTEN)。PTEN是COPD的易感基因，通過AKI信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)展和細(xì)胞存活。miRNA-222與炎癥相關(guān)[8]。Cordazzo等[9]發(fā)現(xiàn)，CSE可以動(dòng)員細(xì)胞內(nèi)鈣離子，從而激活單核細(xì)胞，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 外泌體可促進(jìn)氧化應(yīng)激(ROS)反應(yīng) 活性氧和氮(ROS/RNS)具有參與細(xì)胞穩(wěn)態(tài)信號(hào)傳導(dǎo)的能力。他們?cè)诩?xì)胞內(nèi)的積累可以導(dǎo)致氧化失衡、體內(nèi)平衡改變以及細(xì)胞死亡。ROS來自暴露于有刺激性煙霧的氣道或炎癥白細(xì)胞和上皮細(xì)胞中氧化劑的釋放，超過抗氧化防御機(jī)制的最高水平[10]。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是一種調(diào)控血管系統(tǒng)的生長因子，常在慢性炎癥中過度表達(dá)。ROS可以下調(diào)VEGF,此外，ROS可以增強(qiáng)miRNA的表達(dá)，進(jìn)而通過蛋白激酶B(AKT)磷酸化抑制AKT的激活，降低缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)的表達(dá)。HIF-1的低表達(dá)可能抑制VEGF的表達(dá)，抑制AKT的磷酸化，使肺內(nèi)的肺泡細(xì)胞等結(jié)構(gòu)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致COPD發(fā)生[10]。

目前研究顯示，除miRNA參與COPD的研究外，長鏈非編碼RNA(lncRNA)也可能在COPD的病理過程中發(fā)揮著調(diào)節(jié)基因表達(dá)，并介導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞的ROS保護(hù)的作用。研究發(fā)現(xiàn)，用CSE刺激人支氣管上皮細(xì)胞后， lncRNA-1水平升高，因此，推測lncRNA-1可能與氣道炎癥抑制性調(diào)節(jié)有關(guān)，lncRNA-1可能作為氣道炎癥早期反應(yīng)的生物學(xué)標(biāo)志物[7，11]。

2.3 外泌體促進(jìn)COPD急性加重 COPD急性加重期表現(xiàn)為呼吸困難、痰量增多且多為膿性，長期反復(fù)加重可能導(dǎo)致呼吸衰竭，死亡風(fēng)險(xiǎn)增加。Wnt信號(hào)通路被認(rèn)為是介導(dǎo)COPD發(fā)展的重要靶點(diǎn)。研究顯示，COPD急性加重期的病人，miRNA-15a、miRNA-16表達(dá)明顯增多，而兩者可以抑制Wnt信號(hào)通路的表達(dá)，從而影響肺的發(fā)育，引起肺部損傷。一項(xiàng)研究表明，在COPD急性加重期病人血清中miRNA-125b水平明顯高于COPD病人或健康者，而在穩(wěn)定期未見明顯差異；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，與穩(wěn)定期病人相比，COPD急性加重期病人血清TNF-α/IL-6、IL-1β和白三烯B4(LTB4)水平明顯升高，提示miRNA-125b可能是一種促炎因子[12]。另一項(xiàng)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定狀態(tài)的嗜酸性粒細(xì)胞增多與更嚴(yán)重的疾病和加重頻率增加相關(guān)。

此外，COPD病人對(duì)甲型流感病毒(IAV)感染的易感性升高可導(dǎo)致急性加重，并且由于IAV具有強(qiáng)烈的耐藥性，對(duì)疫苗的應(yīng)答較差。目前，miRNA被證實(shí)可直接降低COPD病人體內(nèi)外IAV感染情況下基因的表達(dá)和線粒體抗病毒信號(hào)(MAVS)的表達(dá)，導(dǎo)致炎癥加重和抗病毒受損，提示miRNA有可能作為病毒感染的呼吸系統(tǒng)疾病的抗病毒治療靶點(diǎn)[11]。

3 外泌體在COPD診斷中的價(jià)值

多數(shù)細(xì)胞都可以分泌含有特殊蛋白及核酸的外泌體，外泌體又可以反映其來源的生理狀態(tài)及微環(huán)境。外泌體廣泛分布于體液中，具有不同于其他細(xì)胞的磷脂雙分子層。正是這種特殊磷脂雙分子層可以保護(hù)外泌體中的內(nèi)容物不易被酶降解，從而可以穩(wěn)定地存在于細(xì)胞外環(huán)境中。因此，研究認(rèn)為外泌體的內(nèi)容物如蛋白質(zhì)、核酸等有望成為COPD診斷的生物標(biāo)志物[13]。

謝羽飛等[14]研究了miRNA在COPD病人血清中外泌體的臨床意義，結(jié)果顯示,COPD病人血清外泌體miRNA的水平明顯高于正常組，認(rèn)為外泌體可成為診斷COPD、評(píng)估病人疾病進(jìn)展情況的重要生物標(biāo)志物。Xie等[15]的研究顯示,與健康者相比,無癥狀重度吸煙者和COPD病人血清miRNA-21水平顯著升高，而 miR-181a 水平則顯著降低，認(rèn)為血清miRNA-21與miR-181a 可能是COPD疾病發(fā)展過程中的相關(guān)因素。Akbas等[16]研究發(fā)現(xiàn),在COPD病人中，血清miR-20a 、miR-28-3p 、miR-34c-5p 和 miR-100 的表達(dá)明顯下調(diào)，但 miR-7 表達(dá)卻呈現(xiàn)出上調(diào)的趨勢(shì)，因此認(rèn)為外泌體可以作為無癥狀吸煙者COPD的生物標(biāo)志物。

在COPD病人中，內(nèi)皮細(xì)胞來源的外泌體(EMPs)顯著增加，EMPs的增加與肺氣腫的腫脹程度及COPD疾病進(jìn)展階段有關(guān)。在外界有害環(huán)境的刺激下，外泌體釋放增多，其內(nèi)的活性物質(zhì)可能會(huì)促進(jìn)炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)COPD疾病進(jìn)展。研究認(rèn)為，EMPs可能是間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)分泌的外泌體，能發(fā)揮免疫抑制調(diào)節(jié)作用，其主要是通過上調(diào)抑制因子IL-10/轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)而發(fā)揮免疫抑制作用。除此之外，EMPs還具有促進(jìn)組織再生、抑制炎癥反應(yīng)等作用。

4 總結(jié)

外泌體與受體細(xì)胞間的通信是維持生物系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，是肺部疾病生物學(xué)重要機(jī)制之一。越來越多的證據(jù)表明，外泌體中的RNA可以調(diào)節(jié)宿主基因的表達(dá)。外泌體可促進(jìn)COPD炎癥反應(yīng)、ROS，并有可能加重疾病進(jìn)展，其主要是以細(xì)胞旁分泌的途徑進(jìn)入細(xì)胞間隙，參與細(xì)胞間通信、信號(hào)傳遞及促進(jìn)炎癥因子釋放等。外泌體在呼吸道相關(guān)性疾病如哮喘、COPD等疾病中的作用受到關(guān)注，這可能會(huì)給COPD的臨床診斷及治療提供新思路。