不同來源的外泌體對(duì)特發(fā)性肺纖維化的免疫調(diào)節(jié)作用

吳佳敏 張煒 張興 陳麒

特發(fā)性肺纖維化（IPF）是一種慢性進(jìn)行性的間質(zhì)性肺病，其主要特點(diǎn)是肺部纖維化、呼吸困難加重、肺功能下降以及病死率高。目前認(rèn)為IPF 的發(fā)病機(jī)制主要與上皮細(xì)胞的反復(fù)損傷、異常組織損傷修復(fù)導(dǎo)致纖維化和膠原蛋白的積累等相關(guān)，研究表明炎癥細(xì)胞與成纖維細(xì)胞間的相互作用可促進(jìn)IPF 的發(fā)生與發(fā)展。此外，作為信息交流載體的外泌體在IPF 過程中的作用越來越受到研究者的關(guān)注，其可通過炎癥反應(yīng)或免疫調(diào)節(jié)傳遞抑制或促進(jìn)纖維化的物質(zhì)來參與IPF 的發(fā)展。為了解外泌體在調(diào)節(jié)IPF 的形成與發(fā)展中的作用機(jī)制，本文就不同細(xì)胞來源的外泌體在IPF 中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、外泌體的形成和功能

目前細(xì)胞外囊泡根據(jù)其生成方式主要分為3大類：外泌體、微囊泡和凋亡小體。其中外泌體是由細(xì)胞膜向內(nèi)生成內(nèi)吞的囊泡，隨后形成囊泡腔，并在囊泡腔中形成體積更小的腔內(nèi)囊泡，這些囊泡或是在細(xì)胞中降解、或是通過胞吐的方式釋放于細(xì)胞外（圖1）。外泌體的膜結(jié)構(gòu)中包含一系列特殊的表面蛋白，如膜轉(zhuǎn)運(yùn)/融合蛋白、熱休克蛋白和四跨膜蛋白等。免疫功能是外泌體所執(zhí)行功能中的一個(gè)重要方面，在不同的病理因素刺激下，細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體中所攜帶的物質(zhì)和執(zhí)行的功能皆會(huì)發(fā)生變化，呈現(xiàn)出一定的特異性，就目前的研究而言，這一形成過程的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步挖掘。

圖1 細(xì)胞外囊泡的產(chǎn)生和釋放

二、IPF 的炎癥免疫反應(yīng)

成纖維細(xì)胞參與IPF 過程的理論已被廣泛接受，由于抗炎藥物及免疫抑制劑在IPF 治療過程中療效欠佳，有研究者認(rèn)為炎癥免疫機(jī)制可能并非是導(dǎo)致IPF 的直接機(jī)制。但也有研究者發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞通過與成纖維細(xì)胞相互作用從而影響IPF 的形成與發(fā)展。IPF 患者肺部2 型輔助性T 淋巴細(xì)胞（Th2）產(chǎn)生的細(xì)胞因子（如IL-4、IL-5 和IL-13） 增多，其中IL-4 和IL-13 可促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞Fra-2 的表達(dá)。Fra-2 是人類IPF 的致病因素之一。另外，炎癥因子可刺激成纖維細(xì)胞的增殖及膠原蛋白的合成，從而加速IPF 的進(jìn)程。免疫細(xì)胞與肺成纖維細(xì)胞的作用呈雙向性，被激活的纖維細(xì)胞可分泌促炎因子（IL-11、IL-6和TGF-β）和趨化因子刺激免疫細(xì)胞介導(dǎo)免疫反應(yīng)。炎癥細(xì)胞與成纖維細(xì)胞的相互作用過程中，外泌體作為信號(hào)載體，也參與了細(xì)胞間的信息交流，從而調(diào)節(jié)IPF 的形成與發(fā)展。

三、不同細(xì)胞來源的外泌體對(duì)IPF 的作用

近年來，外泌體在纖維化疾病中的作用越來越受到學(xué)者們的重視，通常不同細(xì)胞分泌的外泌體攜帶各種信息，包括炎癥因子、微RNA（miR）和基質(zhì)蛋白等，參與IPF 的各個(gè)過程。

1. 肺成纖維細(xì)胞來源的外泌體對(duì)IPF 的作用

IPF 表現(xiàn)為成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的擴(kuò)展以及正常肺結(jié)構(gòu)和功能的喪失。成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維及ECM 積累是造成IPF 的直接因素，而肺成纖維細(xì)胞衍生的外泌體可影響肺部其他細(xì)胞，從而促進(jìn)IPF。目前研究顯示，激活Wnt 蛋白介導(dǎo)的信號(hào)通路（如Wnt/β-catenin）也可促進(jìn)IPF。人肺成纖維細(xì)胞來源的外泌體富含Wnt5A，其可誘導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞增殖。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）作為關(guān)鍵的纖維化細(xì)胞因子，可刺激肺成纖維細(xì)胞中Wnt 分泌所需的穿梭蛋白G 蛋白偶聯(lián)受體177（GPR177）生成增加，進(jìn)一步誘導(dǎo)Wnt5A 分泌增多。肌成纖維細(xì)胞可產(chǎn)生載有TGF-β 和Wnt/β-catenin 信號(hào)分子的外泌體將纖維化信號(hào)傳至成纖維細(xì)胞，誘導(dǎo)其向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。此外，外泌體還可通過激活Wnt/β-catenin 信號(hào)通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活化從而促進(jìn)IPF 發(fā)生發(fā)展。

2. 巨噬細(xì)胞來源的外泌體對(duì)IPF 的作用

巨噬細(xì)胞是人體內(nèi)固有免疫細(xì)胞之一，巨噬細(xì)胞在IPF 過程中的作用受到了廣泛關(guān)注。一方面，巨噬細(xì)胞可分泌多種促進(jìn)纖維化的細(xì)胞因子（如TGF-β 和IL-13）。另一方面，其與成纖維細(xì)胞的相互作用，被認(rèn)為是IPF 的“調(diào)節(jié)者”。在急性肺損傷（ALI）過程中，巨噬細(xì)胞是肺泡灌洗液中外泌體的重要來源，而外泌體中攜帶多種促炎因子，其可激活嗜中性粒細(xì)胞分泌攜帶IL-10的外泌體，而IL-10 反過來刺激巨噬細(xì)胞極化，這可能是導(dǎo)致ALI 后纖維化的原因。攜帶miR 是巨噬細(xì)胞來源外泌體的另一種重要的作用形式。如富含miR-155 的外泌體在巨噬細(xì)胞活化后明顯增加，而這些外泌體可轉(zhuǎn)移至成纖維細(xì)胞中，并促進(jìn)成纖維細(xì)胞表達(dá)炎癥因子（如IL-1β、IL-6 和TNF-α等）。巨噬細(xì)胞除了產(chǎn)生炎癥因子誘導(dǎo)其他細(xì)胞增殖釋放基質(zhì)成分外，還可通過外泌體攜帶并分泌ECM。有學(xué)者用博來霉素建立IPF 模型，其中巨噬細(xì)胞對(duì)于Fra-2 和Ⅵ型膠原蛋白（Col Ⅵ）基因的表達(dá)上調(diào)，且巨噬細(xì)胞來源的外泌體中檢測(cè)到Col Ⅵ的3 條肽鏈（α1、α2 和α3）。無獨(dú)有偶，Tsitoura 等通過免疫熒光法同樣發(fā)現(xiàn)膠原蛋白1a 主要在肺泡巨噬細(xì)胞中過度表達(dá)。由此可見，巨噬細(xì)胞來源的外泌體可攜帶趨化因子和炎癥因子來募集成纖維細(xì)胞及其他炎性細(xì)胞，直接刺激成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，甚至將膠原蛋白運(yùn)輸至細(xì)胞外。

3. 間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）來源的外泌體對(duì)IPF的作用

目前IPF 的治療手段有限且預(yù)后差，因此學(xué)者在尋找更有效的治療方式時(shí)將目光轉(zhuǎn)向MSC 移植。MSC 是一類具有自我更新和多向分化潛能的多能干細(xì)胞，具有減少膠原蛋白等的沉積，改善IPF 的程度，降低肺部炎癥指標(biāo)等作用，并被應(yīng)用于IPF 的治療?，F(xiàn)有研究表明，在IPF 過程中，MSC 可通過抑制Smad-3 /TGF-β 介導(dǎo)的信號(hào)通路，下調(diào)炎癥因子（TNF-α、IL-6）的表達(dá)來發(fā)揮抗炎作用。MSC 的具體作用機(jī)制被認(rèn)為主要是細(xì)胞外囊泡（包括外泌體）的旁分泌。目前研究表明，MSC 可以分泌具有免疫活性的外泌體，并通過外泌體調(diào)節(jié)肺巨噬細(xì)胞表型，促炎性經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞受到抑制，而與之相互拮抗的替代性活化巨噬細(xì)胞得到激活，進(jìn)而起到抑制肺部炎癥和免疫反應(yīng)的作用。Mansouri 等研究也發(fā)現(xiàn)在博來霉素誘導(dǎo)的IPF 模型中，MSC 來源的外泌體（MEx）可使促炎性經(jīng)典單核細(xì)胞比例減少，而非經(jīng)典單核細(xì)胞比例增加，改善肺部形態(tài)，減少膠原蛋白沉積并恢復(fù)肺部結(jié)構(gòu)，甚至MEx 可直接干預(yù)骨髓來源的單核細(xì)胞向非經(jīng)典單核細(xì)胞轉(zhuǎn)變。目前多項(xiàng)體內(nèi)、體外研究的數(shù)據(jù)均表明MSC可通過抑制促炎途徑和上調(diào)抗炎途徑來預(yù)防和治療IPF，MSC 在IPF 患者的治療中也表現(xiàn)出正面作用。因此，MSC 有望成為IPF 患者安全有效的治療方式之一。

4. 其他來源的外泌體對(duì)IPF 的作用

肌成纖維細(xì)胞一直是IPF 研究的關(guān)鍵點(diǎn)，周細(xì)胞是肌成纖維細(xì)胞的主要來源之一。周細(xì)胞是存在于體內(nèi)血管化組織中的多能細(xì)胞，參與免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)。在炎性細(xì)胞因子的刺激下，周細(xì)胞可分泌大量趨化因子和細(xì)胞因子并將免疫細(xì)胞吸引至炎癥部位，還可促進(jìn)免疫細(xì)胞的跨內(nèi)皮遷移。在肺纖維的臨床或?qū)嶒?yàn)研究中，肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞來源的外泌體中，miR-107 均下調(diào)，并與周細(xì)胞誘導(dǎo)的纖維化相關(guān)。另有學(xué)者在IPF 模型小鼠的支氣管-肺泡灌洗液中分離出含有l(wèi)et-7d 的外泌體，可直接靶向和抑制TGF-β 受體1，發(fā)揮其調(diào)節(jié)肺周細(xì)胞纖維化相關(guān)信號(hào)通路和基因表達(dá)的作用。

四、小 結(jié)

體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞均可產(chǎn)生外泌體，且可從各種體液中分離獲得。外泌體被廣泛認(rèn)為是各種生理病理情況下細(xì)胞間信息傳遞的重要載體。在IPF過程中，根據(jù)不同細(xì)胞來源，外泌體可攜帶促進(jìn)或者抑制肺纖維形成的物質(zhì)，發(fā)揮截然相反的作用，這一功能尤其表現(xiàn)在免疫細(xì)胞之間或者其他細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間。但是目前對(duì)于外泌體的研究并不局限于此，最新研究表明吸入肺干細(xì)胞來源的外泌體可促進(jìn)IPF 小鼠的肺修復(fù)。隨著對(duì)IPF 研究的深入，外泌體或?qū)⒊蔀榕R床治療IPF 的重要途徑。