陳雪嵐 孫本樂 王 霞

濱州醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，山東煙臺 264003

外泌體（exosomes，Exos）又稱細(xì)胞外囊泡，幾乎所有類型的細(xì)胞都可分泌，其內(nèi)含豐富的生物調(diào)控物質(zhì)[1]，能夠通過內(nèi)吞作用及受體相互作用進(jìn)行細(xì)胞間信號傳導(dǎo)，可以反映來源細(xì)胞的狀態(tài)，亦可以參與生理或病理過程[2]。Exos能夠在機(jī)體代謝出現(xiàn)問題時啟動信號通路，參與疾病的發(fā)生發(fā)展。糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）作為一種全身代謝性疾病，當(dāng)患者血糖持續(xù)升高未得到有效控制時能夠產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，嚴(yán)重者可出現(xiàn)感染或出現(xiàn)心腦血管并發(fā)癥、腎臟病變、視網(wǎng)膜病變、周圍神經(jīng)病變等并發(fā)癥。Exos可通過細(xì)胞間信號的傳導(dǎo)調(diào)控胰腺β細(xì)胞的活性，影響胰島素（insulin，INS）的分泌；通過對免疫細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的調(diào)控，促進(jìn)炎癥反應(yīng)；通過細(xì)胞間信號通訊調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移等影響新生血管的形成。此外，Exos還可通過免疫調(diào)節(jié)、運輸載體裝載藥物抵達(dá)靶器官，促進(jìn)難愈性創(chuàng)面愈合和緩解組織損傷[3]。本文就Exos的特性進(jìn)行闡述，重點介紹其參與調(diào)控DM病理機(jī)制的研究進(jìn)展。

1 Exos的定義及成分

Exos是細(xì)胞主動分泌的納米級球形脂質(zhì)雙分子層細(xì)胞外囊泡，可以被幾乎所有類型的細(xì)胞（如樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等）釋放到幾乎所有的體液（如尿液、唾液、血液、腦脊液等）中，為細(xì)胞胞吞后再由細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)內(nèi)陷后形成多泡體，與質(zhì)膜相互融合，使管腔內(nèi)囊泡由細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外環(huán)境進(jìn)行釋放而成[4]。Exos一般直徑為40～100 nm，含豐富的DNA和RNA、蛋白質(zhì)和多肽、脂類、活性細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子受體、小分子代謝物等生物調(diào)控物質(zhì)，如促進(jìn)細(xì)胞信號傳導(dǎo)的四跨膜蛋白超家族和整聯(lián)蛋白，也包含運輸?shù)哪み\輸?shù)鞍缀腿诤系鞍祝ㄈ瑛B苷三磷酸酶）、一些共刺激分子和黏附分子、保護(hù)機(jī)體的熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）等[5]，另外還有一些來源于抗原提呈細(xì)胞的特異性成分（如MHC-Ⅰ和Ⅱ分子）。Exos可以通過某些受體、內(nèi)吞作用或膜融合實現(xiàn)細(xì)胞間信號的交流與物質(zhì)的交換，激活信號通路，作用于生理或病理過程中來影響細(xì)胞發(fā)生相對應(yīng)的生物反應(yīng)，且其組成和數(shù)量皆可因不同刺激改變而誘導(dǎo)靶細(xì)胞發(fā)生不同反應(yīng)，因此Exos可以反映來源細(xì)胞的狀態(tài)，亦可以參與生理或病理過程。研究表明，Exos包含的核酸成分，如microRNA的銜接配對可以使受體細(xì)胞發(fā)生變化，調(diào)控mRNA穩(wěn)定性，參與免疫反應(yīng)、血管生成[6]；mRNA在翻譯成相對應(yīng)的蛋白質(zhì)后能發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)開始信號傳遞來誘導(dǎo)生物反應(yīng)。

還有研究發(fā)現(xiàn)，Exos因其分布廣泛、能在細(xì)胞間通訊的特性，可作為載體來裝載藥物到達(dá)靶器官應(yīng)用于疾病的治療[7]。不同來源的Exos具有不同的功能，如間充質(zhì)細(xì)胞Exos在組織再生中能夠進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)；干細(xì)胞來源的Exos具有消炎作用，可以促進(jìn)糖尿病難愈性創(chuàng)面愈合；尿源干細(xì)胞Exos可以緩解腎功能損害等。

2 Exos參與調(diào)控DM胰島素分泌

糖尿病是以高血糖為特征的代謝類疾病，主要分為1型和2型。1型糖尿?。╰ype 1 diabetes mellitus，T1DM）為自身免疫缺陷引起，因分泌INS的β細(xì)胞受損導(dǎo)致INS缺乏；2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）則是機(jī)體因多種因素產(chǎn)生了INS抵抗或INS分泌不足。雖然二者病因不同，但隨著疾病的發(fā)生發(fā)展皆能引發(fā)免疫反應(yīng)與代謝反應(yīng)。因此，胰腺β細(xì)胞的功能與INS水平的功能與DM的診斷與治療密切相關(guān)。Exos可通過細(xì)胞間信號的傳導(dǎo)調(diào)控胰腺β細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，DM狀態(tài)下胰腺β細(xì)胞衍生的Exos microRNAs的釋放受高血糖影響，以此調(diào)節(jié)胰腺β細(xì)胞的活性。Exos還能誘導(dǎo)受體靶細(xì)胞產(chǎn)生促炎作用，如DM前期β細(xì)胞Exos miR-29通過miR-29-腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子3（TNF receptor associated factor 3，TRAF3）軸介導(dǎo)的方式來促使巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致INS抵抗，促進(jìn)DM的進(jìn)展[8]。

有研究表明，T淋巴細(xì)胞釋放的Exos內(nèi)含有活性的miR-142-3p、miR-142-5p和miR-155，可以誘發(fā)胰腺β細(xì)胞凋亡機(jī)制與趨化因子表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)了免疫細(xì)胞聚集，引發(fā)自身免疫攻擊，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致β細(xì)胞加速死亡，最終機(jī)體因INS水平降低而發(fā)生INS抵抗[9]，引發(fā)T1DM。而在T2DM的研究中，胰島巨噬細(xì)胞M1水平升高，介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)并參與損害β細(xì)胞，M1衍生的Exos miR-212-5p靶向sirtuin 2基因，參與β細(xì)胞中的Akt/GSK-3β/β-連環(huán)蛋白途徑，抑制INS分泌[10]，引發(fā)INS抵抗。有學(xué)者通過高脂高糖（high-fat diet， HFD）喂養(yǎng)小鼠建立T2DM模型，發(fā)現(xiàn)HFD小鼠體內(nèi)的骨髓巨噬細(xì)胞向M1極化，其Exos miR-143-5p水平升高，通過抑制蛋白激酶磷酸酶-5（MAP kinase phosphatase-5，MKP5）誘導(dǎo)肝細(xì)胞抑制INS信號通路，促進(jìn)炎癥并出現(xiàn)INS抵抗[11]。另有學(xué)者對Exos的脂質(zhì)組成進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)HFD使小鼠體內(nèi)Exos的脂質(zhì)組成由正常的磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）變?yōu)榱肆字Ｄ憠A（phosphatidylcholine，PC），PC與芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）結(jié)合能產(chǎn)生INS抵抗[12]。

此外，研究表明脂肪組織衍生的Exos被釋放至外周血中后，將單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞活化后不僅有促炎作用，還可以在聯(lián)合TLR4/RBP4通路的情況下阻斷INS作用，引起INS抵抗[13]。脂肪細(xì)胞Exos miR-378參與脂質(zhì)代謝過程，其表達(dá)與促進(jìn)INS抵抗呈現(xiàn)正相關(guān)，因而對INS分泌有抑制作用，促進(jìn)INS抵抗[14]。

3 Exos參與DM炎癥反應(yīng)

Exos參與DM炎癥反應(yīng)的過程，如脂肪組織衍生的Exos能夠轉(zhuǎn)移到外周血的單核細(xì)胞，分化出具有活性的巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎因子TNF-α和 白 介 素6（interleukin，IL-6），促 進(jìn) 炎癥反應(yīng)的發(fā)生。有學(xué)者對糖尿病足（diabetic foot，DF）病變進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DF成纖維細(xì)胞中含有高水平的miR-152-3p、低水平的LncRNA H19和磷酸酶張力蛋白同源物，以及存在活化的磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸PI3K/Akt1信號通路。當(dāng)使用間充質(zhì)干細(xì)胞含有的高水平LncRNA H19經(jīng)Exos作用傳遞至成纖維細(xì)胞時，成纖維細(xì)胞所含的miR-152-3p與LncRNA H19相 結(jié) 合 后，抑制了miR-152-3p介導(dǎo)PTEN，可促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖并抑制細(xì)胞凋亡，起到抗炎作用并能夠促進(jìn)傷口愈合[15]。與DM相關(guān)的牙周炎中唾液Exos miR-25-3p促進(jìn)了牙周炎的進(jìn)展，其數(shù)量較正常人多2倍，且HFD誘導(dǎo)肥胖的小鼠模型的牙齦和區(qū)域淋巴結(jié)的促炎細(xì)胞也較正常小鼠模型增加[16]。DM腦卒中病變中巨噬細(xì)胞也向M1極化促進(jìn)炎癥反應(yīng)，有研究表明DM卒中小鼠的血清和腦組織中miR-126 表達(dá)較正常小鼠降低，miR-126作為一種血管生成的miRNA，其作用為促進(jìn)血管生成和調(diào)節(jié)炎癥。當(dāng)使用攜帶高表達(dá)miR-126的Exos對DM小鼠進(jìn)行治療時，發(fā)現(xiàn)能夠有效改善神經(jīng)軸突、髓突密度、血管密度及動脈直徑，并誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞極化具有抗炎作用[17]。由此可見，DM中Exos能夠通過對免疫細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的調(diào)控，使機(jī)體處于慢性炎癥狀態(tài)，來達(dá)到促進(jìn)炎癥反應(yīng)和抑制傷口愈合的作用。

4 Exos參與調(diào)節(jié)DM血管及微血管內(nèi)皮功能

血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是DM的主要病理學(xué)特點。Exos能通過細(xì)胞間通信對DM內(nèi)皮細(xì)胞功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。高血糖條件下，血液Exos可誘導(dǎo)內(nèi)皮功能發(fā)生障礙。DM內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙與一氧化氮（nitric oxide，NO）的抑制、失活存在一定的關(guān)系。DM患者或DM小鼠模型血漿中的Exos可以調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮功能，其內(nèi)含有豐富的精氨酸酶1（arginase 1，ARG1），通過調(diào)節(jié)L-精氨酸來抑制內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO，導(dǎo)致血管內(nèi)皮發(fā)生功能障礙。ARG1含量升高或減少主要來源于Exos變化，當(dāng)使用抑制Exos產(chǎn)生的藥物時，Exos的含量將減少，ARG1則會受到抑制[18]。相反，ARG1升高即導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，使L-精氨酸與一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）相互競爭，NOS解偶聯(lián)，NO濃度下降，活性氧（reactive oxygen species，ROS）增加[19]，可以加重DM血管病變。當(dāng)NO濃度上升，ROS減少時，對血管產(chǎn)生的有害作用明顯降低，血管內(nèi)皮功能可以得到改善，從而改善DM血管病變。因此，DM中Exos富含的ARG1能加重DM內(nèi)皮功能障礙及血管病變。

研究發(fā)現(xiàn)，DM能夠?qū)е卵芷交〖?xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）鈣 化 或 者 老化，DM人 臍 靜 脈 內(nèi) 皮 細(xì) 胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）衍 生 的Exos能 夠 運 輸?shù)絍SMCs，且HUVEC-exo內(nèi) 富含NOTCH3蛋 白 與mTOR信號相關(guān)，因而促進(jìn)了VSMCs鈣化或者老化。除此之外，高糖條件下還能夠促使骨鈣素和p21表達(dá)升高，產(chǎn)生礦化結(jié)節(jié)和SA-β-gal陽性細(xì)胞，這些都能參與調(diào)節(jié)VSMCs鈣化或者老化[20]，因而引發(fā)各種血管及微血管的并發(fā)癥。研究表明T2DM的血漿Exos中銅轉(zhuǎn)運蛋白ATP7A減少，ATP7A能夠活化超氧化物歧化酶-3（superoxide dismutase-3，SOD3），催化超氧陰離子自由基歧化為過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2），當(dāng)H2O2水平升高時，能夠增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成。因而當(dāng)Exos中的ATP7A減少時，能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞血管形成[21]，引發(fā)內(nèi)皮功能障礙。

有學(xué)者建立T2DM專用Goto-Kakizaki（GK）大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，GK心肌細(xì)胞Exos中含有過表達(dá)的miR-320，經(jīng)運輸至內(nèi)皮細(xì)胞，抑制內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖與管形成，參與血管內(nèi)皮功能障礙[22]。此外，糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）中的Müller膠質(zhì)細(xì)胞Exos含有高表達(dá)的miR-9-3p通過與1-磷酸鞘氨醇受體（sphingosine 1-phosphate receptor，S1P1）結(jié)合促進(jìn)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞增殖及血管形成[23]，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙引發(fā)DR。

5 Exos參與調(diào)控DM晚期器官損傷

當(dāng)DM進(jìn)展至晚期，因長期持續(xù)處于高血糖條件下，糖基化終產(chǎn)物累積，全身重要器官出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥。Exos能夠在全身器官及循環(huán)中發(fā)揮作用，其在細(xì)胞間傳遞活性物質(zhì)帶來的害處或益處取決于Exos內(nèi)所含內(nèi)容，如其內(nèi)含有的HSPs的水平表達(dá)就能隨著變化有著不同的作用。熱休克反應(yīng)是一種細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，也是一種內(nèi)在的防御機(jī)制，其表達(dá)增多能夠保護(hù)細(xì)胞和組織，相反其表達(dá)降低可以引起細(xì)胞和組織功能障礙。當(dāng)心肌細(xì)胞Exos含有高水平的HSP20時，可以保護(hù)DM小鼠的心臟。DM心肌細(xì)胞釋放的有害Exos含有低表達(dá)HSP20，則可引起心臟功能障礙、肥大、微血管減少等問題[24]。

除HSPs外，來源于DM心 肌 細(xì)胞的Exos含有對心臟有損害的高水平miR-320，也可以促使心臟內(nèi)皮細(xì)胞功能發(fā)生障礙[25]。在糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）中，心臟微血管內(nèi) 皮 細(xì) 胞（cardiac microvascular endothelial cells，CMEC）衍生的Exos高表達(dá)的TGF-β1 mRNA能轉(zhuǎn)運至心肌細(xì)胞參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、自噬、和糖代謝，促使心臟成纖維細(xì)胞活化，介導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)，促進(jìn)血管周圍和間質(zhì)纖維化[26]，進(jìn)一步加重了DCM。此外，研究表明骨髓巨噬細(xì)胞能夠通過Exos攜帶高表達(dá)人抗原R（human antigen R，HuR）RNA結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)移至心臟成纖維細(xì)胞激活炎癥反應(yīng)及促纖維化[27]。

DM患者還時常因骨密度低或骨質(zhì)量及強(qiáng)度受損合并血管病變而極易發(fā)生骨折，其治療效果及預(yù)后也較普通患者更差。研究發(fā)現(xiàn)，DM的持續(xù)高血糖狀態(tài)會損傷骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的Exos，致其促血管生成和促成骨作用受損，影響血管再生和骨再生[28]。而DM骨髓衍生巨噬細(xì)胞的Exos miR-144-5p被證明能夠抑制骨再生。

在糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）的試驗研究中，高糖條件下腎小管細(xì)胞分泌的Exos減少、叉頭轉(zhuǎn)錄因子1（forkhead box transcription factor O1，F(xiàn)OXO1）磷酸化失活，都與腎小管細(xì)胞參與Exos分泌的RAB27B特異性下調(diào)、抑制相關(guān)[29]，該Exos可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖與活化，促進(jìn)腎臟病變發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化。在DM足潰瘍（diabetic foot ulcer，DFU）時，Exos miR-15a-3p表達(dá)升高，NOX5被抑制，活性氧ROS釋放減少，內(nèi)皮細(xì)胞因此受損，延緩了傷口愈合[30]。除內(nèi)皮細(xì)胞受損傷口愈合緩慢外，研究表明DM中過表達(dá)的miR-20b-5p也能抑制傷口愈合，其不僅能增加基礎(chǔ)糖原合成調(diào)節(jié)代謝，還可以轉(zhuǎn)移到人皮膚成纖維細(xì)胞（human skin fibroblast，HSF）中抑制血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）的表達(dá)，以達(dá)到損害傷口愈合的作用[31]。此外，糖尿病增殖性視網(wǎng)膜病變（proliferative diabetic retinopathy，PDR）也是DM晚期一種嚴(yán)重的并發(fā)癥，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞ARPE19來源的Exos miR-202-5p在PDR中表達(dá)水平升高，其經(jīng)過細(xì)胞間通信能夠轉(zhuǎn)運到HUVEC，miR-202-5p靶向TGF-βR2且兩者表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，抑制HUVEC細(xì)胞增殖、遷移、血管生成和病理性纖維化的內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化[32]。因此，PDR中高表達(dá)的miR-202-5p可以減輕病理性纖維化，延緩視網(wǎng)膜病變的發(fā)展，為治療PDR提供途徑。

6 小結(jié)

綜上所述，Exos參與調(diào)控胰島素的分泌、炎癥反應(yīng)、血管內(nèi)皮功能和全身各器官損傷，有促炎、抑制傷口愈合、促腎臟纖維化、促心臟損傷等作用，也有幫助機(jī)體減輕炎癥、改善細(xì)胞損傷、減輕視網(wǎng)膜纖維化病變的作用，其參與調(diào)控產(chǎn)生的修復(fù)和損傷作用皆與其攜帶的活性物質(zhì)靶向有關(guān)。因此，了解DM病理過程中外泌體攜帶的活性物質(zhì)靶向機(jī)制有可能為DM及其并發(fā)癥提供新的治療思路。