細胞外泌體及其內(nèi)容物在缺血性腦卒中中的研究新進展

呂欣霖 綜述潘群文，馬曉瑭，鐘望濤 審校

廣東醫(yī)科大學附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東 湛江 524000

腦卒中是目前全世界第二大死因和第一致殘原因，它與心臟病、惡性腫瘤構成人類三大致死疾病[1]。目前雖然在臨床上已采用二級預防的醫(yī)療指導方針，但是腦卒中疾病的進展和后遺癥的嚴重程度仍然較高。因此改進在臨床上關于缺血性腦卒中的治療方法成為當務之急。

外泌體是細胞在凋亡或活化時釋放的一種納米級(30～150 nm)的微小膜囊泡，其攜帶有來源細胞的遺傳物質(核糖核酸、蛋白質、脂質)，并通過傳遞這些遺傳物質調(diào)控受體細胞功能，是新發(fā)現(xiàn)的重要的細胞間信息交流途徑[2]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，外泌體可由大多數(shù)腦組織細胞分泌，通過傳遞攜帶的母細胞的遺傳物質介導了細胞-細胞間信息交流及功能協(xié)作，參與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展過程[3]。近些年，研究發(fā)現(xiàn)細胞外泌體及其攜帶的內(nèi)容物可調(diào)控血管和神經(jīng)功能，在腦血管疾病尤其是缺血性腦卒中疾病的治療中起到重要作用[4]。本文將闡述細胞外泌體在缺血性腦卒中治療中的進展，為腦血管疾病尤其是缺血性腦卒中提供新的預防以及治療思路。

1 細胞外泌體的生物學特性

細胞外泌體是細胞起源的囊泡體的異質群，其具有高生物相容性、納米級直徑以及穩(wěn)定性等生物學特性，可應用于疾病治療、藥物輸送和抵御各種疾病的潛力[5]。外泌體具有復雜的內(nèi)容物，包括蛋白質、脂質以及核酸[6]。細胞外泌體中含有脂質、蛋白質、核酸成分[7]。目前，對于這些內(nèi)容物是如何在細胞中被分選進入外泌體中的相關機制，尚處于初始探索階段。有研究指出，蛋白質主要是通過泛素化即翻譯后修飾，不需要的或者錯誤的蛋白質通過泛素化途徑經(jīng)溶酶體降解。脂質主要是通過內(nèi)吞作用的機制即通過蛋白質向脂筏的轉移介導質膜的侵入。而核酸則是通過轉移到靶細胞上被翻譯成蛋白質再通過蛋白質的分選機制進行[8]。

2 外泌體與微環(huán)境

外泌體是細胞間微環(huán)境的一個組成部分，代表了細胞間通訊的重要模式。外泌體是細胞衍生的納米級囊泡，通過內(nèi)容物的轉移在細胞間通信中起著重要作用。在血管壁中，細胞外泌體已被證明在動脈粥樣硬化期間在血管細胞之間轉移，來自致動脈粥樣硬化巨噬細胞的外泌體衍生的microRNA(miRNA)，可以通過減少細胞遷移和促進巨噬細胞停留在血管壁中來加速動脈粥樣硬化的發(fā)展，從而導致斑塊的形成[9]。

在免疫系統(tǒng)中，免疫細胞通過分泌外泌體，并且還從外泌體接收細胞指令，從而指導進一步的免疫反應。先天免疫誘導的炎癥反應涉及卒中相關損傷的所有階段，包括缺血后的早期腦梗死組織修復和再生。Toll樣受體(toll-like receptor)是參與先天免疫的主要受體。Toll樣受體特異性拮抗劑通過減少炎癥介質的過量產(chǎn)生來抑制神經(jīng)炎[10]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，外泌體是已知的免疫調(diào)節(jié)劑，作為旁分泌因子，中性粒細胞和巨噬細胞衍生的外泌體分別對樹突狀細胞產(chǎn)生免疫抑制和免疫刺激作用[11]。這些研究表明，細胞外泌體可能通過調(diào)控細胞免疫反應，參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程。有研究報道稱，細胞外泌體在血管內(nèi)皮細胞功能調(diào)控及損傷修復中發(fā)揮重要作用，參與血管損傷相關疾病的生理病理進程。如：外泌體能夠通過激活Erk1/2信號傳導來刺激內(nèi)皮細胞的血管生成活動[12]。有研究結果表明，來自氧-葡萄糖剝奪(oxygen-glucose deprivation，OGD)激活的小膠質細胞的外泌體介導損傷了OGD誘導的腦微血管內(nèi)皮細胞的完整性以及血管活性[13]。

3 外泌體內(nèi)容物在缺血性腦卒中中的功能及作用

3.1 外泌體中的miRNA在缺血性腦卒中中的作用間充質干細胞來源的外泌體(exosomes derived from mesenchymal stromal cells，MSC-EXs)通過傳遞攜帶的miR-132-3p保護缺氧/復氧受損腦微血管內(nèi)皮細胞功能，從而促進MSC-EX對腦缺血性損傷的保護作用[14]。富含miR-126的MSC-EXs可能具有恢復缺氧/再氧合(hypoxia-reoxygenation，H/R)損傷的內(nèi)皮細胞(endothelial cell，EC)增殖、遷移和血管生成的能力，防止EC細胞凋亡，從而在缺血性損傷的早期維持血管穩(wěn)態(tài)和功能，促進缺血性疾病晚期的血管生成和血管重塑，對缺血/再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)誘導的損傷發(fā)揮治療作用[15]。血漿內(nèi)皮微囊泡(endothelial microvesicels，EMV)和EMVs-miR-155的水平在缺血性腦卒中的急性期和亞急性期顯著升高，在慢性期保持不變，與梗死量和NIHSS評分呈正相關，且血漿EMV和EMVs-miR-155是缺血性腦卒中的有希望的生物標志物[16]。以上這些都是實驗室近些年關于外泌體中的miRNA在缺血性腦卒中治療中的研究成果。細胞外泌體中的RNA本質上是分泌它們的細胞的內(nèi)容和狀態(tài)的快照，因此對于生物標志物的發(fā)現(xiàn)非常有用，它可以作為缺血性腦卒中發(fā)病時神經(jīng)保護和功能恢復的新治療策略[17]。同時，細胞外泌體水平對缺血性腦卒中的治療有指導以及預測意義，有研究證明，循環(huán)外泌體中miRNA-223的水平在急性缺血性卒中發(fā)作后升高，且外泌體miRNA-223表達與NIHSS評分呈正相關，結局較差的腦卒中患者傾向于具有較大的外泌體miRNA-223表達。因此，外泌體中miRNA-223增加與急性缺血性腦卒中相關[18]。關于外泌體中miRNA在血管和神經(jīng)功能調(diào)控中的作用[5，19]見表1。

表1 外泌體中miRNA在血管和神經(jīng)功能調(diào)控中的作用

3.2 細胞外泌體中的lncRNA在缺血性腦卒中中的作用IncRNA是長度超過200個核苷酸的轉錄序列，是生物功能的重要參與者，外泌體中的IncRNA可避免遭受核解酶降解而穩(wěn)定存在[20]。有研究表明，lncRNA的靶基因參與動脈粥樣硬化相關途徑，包括炎癥、細胞黏附和細胞遷移，參與并加速動脈粥樣硬化的進程。因此推測lncRNA可能通過靶向基因來調(diào)節(jié)大動脈粥樣硬化(large artery atherosclerosis，LAA)型腦卒中的進展。這個發(fā)現(xiàn)可能為探索LAA型腦卒中的機制和治療的候選靶點提供新的視角[21]。

3.3 細胞外泌體中的circRNA在缺血性腦卒中中的作用細胞外泌體中的環(huán)狀RNA(circRNA)因其具有結構穩(wěn)定性、長半衰期以及難以被降解等特性被認為是一種理想的生物標志物，可用于監(jiān)測各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但是關于在缺血性腦卒中中的作用的相關研究還相對較少[22]。有研究表明細胞外泌體介導的環(huán)狀RNA SCMH1遞送促進嚙齒動物和非人靈長類缺血性腦卒中模型的功能恢復，從而實現(xiàn)對腦血管的保護作用[23]。

3.4 細胞外泌體中的蛋白質在缺血性腦卒中中的作用有研究結果表明，在缺血性腦卒中發(fā)作前4年，細胞外泌體富集組分中的四種蛋白質(A2MG、C1QΒ、C1R和HRG)顯著上調(diào)，這表明它們具有預測未來缺血性腦卒中事件的生物標志物的潛力。A2MG和HRG的上調(diào)可能源于與激活的補體系統(tǒng)的同步。因此，A2MG和HRG可能只是未來缺血性腦卒中的指標，對疾病發(fā)展的發(fā)病機制幾乎沒有直接或因果影響[24]。

3.5 細胞外泌體中的脂質在缺血性腦卒中中的作用脂質是外泌體膜的重要組成部分，與其母細胞相比，特定的脂質在外泌體中富集。因此，使用外泌體脂質作為缺血性腦卒中的生物標志物有一定的意義[25]。這是一個新的研究方向，目前對于其作用機制的相關研究較少，有待于進一步深入研究。

4 細胞外泌體在缺血性腦卒中疾病治療中的研究現(xiàn)狀及前景

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，腦組織組成細胞通過釋放的外泌體進行信息交流，從而在維持腦血管微環(huán)境穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)血管損傷修復中發(fā)揮重要作用。研究證實，與MSC相比，MSC釋放的外泌體在降低阻塞性血管效應和繼發(fā)性微血管血栓形成的風險方面更有效，同時具有更高的穿越血腦屏障(blood-brain barrier，ΒΒΒ)的能力[26]。神經(jīng)干細胞來源的細胞外泌體可減少大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)后1 d的顱內(nèi)出血和大腦半球腫脹[27]。脂肪干細胞來源的外泌體(exosomes derived from adipose stem cells，ADSC-EXOS)通過增加雙皮質素和Von Willebrand因子水平來增強神經(jīng)損傷修復和血管生成，并抑制缺血誘導的小膠質細胞活化和炎癥反應，從而改善功能恢復[28]。骨髓間充質干細胞來源的外泌體(exosomes derived from bone marrow mesenchymal stem cells，ΒMSC-EXOS)含有神經(jīng)發(fā)生和血管生成所必需的各種miRNA，促進了皮質損傷后猴子手部精細運動功能的恢復，使其在3～5周內(nèi)恢復到損傷前的水平[29]。有研究表明，間充質干細胞分泌的細胞外泌體有益于血管修復，并促進缺血事件后的血管再生[30]。這些研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中各組成細胞釋放的外泌體是腦血管疾病治療的重要靶點。有研究表明，胚胎干細胞來源的細胞外泌體可顯著減少白細胞浸潤、炎性細胞因子表達、神經(jīng)元死亡和梗死體積，并緩解缺血性腦卒中后的長期神經(jīng)功能缺損和組織丟失[31]。來自間充質基質細胞的外泌體在大腦中動脈閉塞(MCAO)后24 h給予大鼠，通過外泌體miRNA介導的腦重塑過程顯著促進功能恢復；然而，這些外泌體并沒有減少腦梗死，其對于急性缺血性腦卒中的治療效果仍有待研究[32]。

5 小結

細胞外泌體及其攜帶的內(nèi)容物參與缺血性腦卒中發(fā)生發(fā)展過程，是缺血性腦卒中治療的潛在重要靶點。在腦缺血損傷條件下，腦組織中組成細胞釋放外泌體及其攜帶的內(nèi)容物水平發(fā)生改變，一方面通過抵抗炎癥和氧化應激，促進神經(jīng)血管再生保護缺血損傷，另一方面通過促進炎癥反應和氧化應激、神經(jīng)血管損傷加劇腦缺血損傷，腦缺血損傷治療的重要靶點。同時，在缺血性腦卒中患者中，外周循環(huán)細胞外泌體及其攜帶的內(nèi)容物水平相應改變，抗炎標識缺血性腦卒中不同病理生理進程，包括炎癥反應、ΒΒΒ崩解和腦水腫、壞死和凋亡細胞死亡、氧化應激和血栓形成[33]，是重要的缺血性腦卒中發(fā)生發(fā)展診斷標志物來源。