細(xì)胞外囊泡在心房顫動(dòng)發(fā)病中的作用

何 丹，阮中寶

(泰州市人民醫(yī)院 心血管內(nèi)科， 江蘇 泰州 225300)

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，簡(jiǎn)稱房顫)是臨床上最常見(jiàn)的心律失常，隨著人口老齡化，房顫的發(fā)病率、致死率和致殘率逐年上升，造成了巨大的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。目前藥物和手術(shù)對(duì)房顫干預(yù)效果不佳，臨床治療主要集中在預(yù)防并發(fā)癥和改善癥狀上[1]。隨著對(duì)細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)的研究，EVs作為載體能將體外功能性miRNAs遞送到受體細(xì)胞[2]，越來(lái)越多的證據(jù)表明EVs在房顫的發(fā)病機(jī)制中起作用[3]，因此EVs有望為房顫提供更有效的、全新的診斷、評(píng)估和治療方法。

1 EVs概述

EVs是從幾乎所有類型的細(xì)胞中釋放出來(lái)的具有膜結(jié)構(gòu)的囊泡，按大小和起源分為：外泌體(30～100 nm)、核外顆粒體(100～1 000 nm，包括即微粒、微囊泡和脫落囊泡)和凋亡小體(1～5 μm)[4]。外泌體是通過(guò)膜向內(nèi)出芽(內(nèi)吞作用)，隨后形成多泡體，并通過(guò)外泌作用釋放。核外顆粒體通過(guò)質(zhì)膜向外起泡而形成，然后通過(guò)細(xì)胞表面的蛋白水解作用釋放出來(lái)，凋亡小體由凋亡細(xì)胞的萎縮和壞死而產(chǎn)生[5]。EVs包含細(xì)胞質(zhì)成分，如蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA和DNA。EVs表達(dá)的細(xì)胞表面蛋白與其來(lái)源細(xì)胞相似，因此EVs可以黏附并融合到循環(huán)中或遠(yuǎn)處的駐留細(xì)胞上。這些被遠(yuǎn)處細(xì)胞捕獲的特性允許EVs攜帶核苷酸或蛋白質(zhì)穿梭在細(xì)胞間，并提供多種生物分子的水平轉(zhuǎn)移[6]。EVs是目前影響細(xì)胞、組織和器官生理的一種細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程的關(guān)鍵介質(zhì)。EVs釋放后通過(guò)與靶細(xì)胞膜融合或配體受體相互作用被靶細(xì)胞吸收，而參與調(diào)節(jié)其生物學(xué)功能。由于EVs能攜帶物質(zhì)信息并在體液中自由循環(huán)，循環(huán)EVs的數(shù)量和分布會(huì)根據(jù)疾病的病理生理狀態(tài)而改變[7]，因此EVs有天然的診治和評(píng)估潛力。

2 外泌體miRNA在房顫中的作用

外泌體作為EVs中的一種，是由細(xì)胞分泌釋放的脂質(zhì)雙分子，存在于人體各種體液之中，包括血液、尿液、分泌液等，通過(guò)攜帶和運(yùn)送細(xì)胞物質(zhì)信息，在細(xì)胞間通信中發(fā)揮重要作用[8]。病變器官中的異常細(xì)胞由于細(xì)胞質(zhì)生理學(xué)的改變而產(chǎn)生更多的外泌體，并非常準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)疾病亞型[9]。外泌體miRNA占循環(huán)miRNA的10%～15%，其可通過(guò)外泌體包封保護(hù)不被降解，保持高度穩(wěn)定的狀態(tài)，并通過(guò)與Argonaute蛋白結(jié)合而免受細(xì)胞外環(huán)境的干擾[10]。

從血清中分離外泌體進(jìn)行miRNA的微陣列分析，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性房顫患者中5種miRNA(miRNA-103a、miRNA-107、miRNA-320d、miRNA-486和let-7b)的表達(dá)與對(duì)照組相比提高了4.5倍以上,并在驗(yàn)證階段證明這些miRNA及其靶基因參與了心房的結(jié)構(gòu)和功能[11]，通過(guò)高通量測(cè)序在房顫組血漿中發(fā)現(xiàn)了39個(gè)差異表達(dá)的外泌體miRNA，其中miR-483-5p與房顫獨(dú)立相關(guān)[12]。在非瓣膜性房顫患者血循環(huán)中研究發(fā)現(xiàn)血小板及內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)源的外泌體量顯著升高，伴隨著血小板的激活和內(nèi)皮的損傷[13]。房顫患者血漿組織因子濃度升高可能部分原因是含組織因子的EVs水平升高，提示EVs有潛力作為房顫患者血栓栓塞事件的預(yù)測(cè)因子[14]。在房顫心肌細(xì)胞中，外泌體miR-320d表達(dá)降低，心肌細(xì)胞凋亡增加，存活率降低。轉(zhuǎn)染miR-320d模擬物后，細(xì)胞中miR-320d水平均升高并改善了房顫對(duì)心肌細(xì)胞的影響。表明外泌體miR-320d與房顫心肌細(xì)胞凋亡和存活有關(guān)，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)miR-320d對(duì)心肌細(xì)胞的作用是STAT3依賴性的[8]。將房顫來(lái)源的外泌體miR-107遞送至人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)miR-107可能參與調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、遷移、凋亡和細(xì)胞周期進(jìn)程。另外，miR-107過(guò)表達(dá)可能影響人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。這表明miR-107可作為房顫潛在的治療靶點(diǎn)[15]。上述研究為房顫的分子基礎(chǔ)提供了新的思路，并為房顫精準(zhǔn)治療策略提供了新的方向。

3 核外顆粒體在房顫中的作用

核外顆粒體是許多細(xì)胞類型在細(xì)胞活化和凋亡時(shí)脫落的膜泡，既往很長(zhǎng)一段時(shí)間里認(rèn)為核外顆粒體是細(xì)胞碎片和生物過(guò)程的結(jié)果，沒(méi)有任何意義。然而，檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化刺激了其在各種臨床情況下的作用的研究[16]，目前的證據(jù)表明，在正常情況下，不同類型細(xì)胞的核外顆粒體形成不僅僅是凋亡、壞死或細(xì)胞功能障礙之后的被動(dòng)過(guò)程，而是促進(jìn)各種細(xì)胞類型之間交流的平衡機(jī)制。核外顆粒體影響重要的生理功能，如炎性反應(yīng)、凝血、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞分化，并可能引發(fā)病理生理改變[17]。

核外顆粒體在止血和血栓形成中起著關(guān)鍵作用，在血液中，最常見(jiàn)的循環(huán)微粒(70%～90%)是血小板源性，微粒的促凝血特性與各種疾病血栓栓塞事件風(fēng)險(xiǎn)的增加相關(guān)，血小板源性微粒水平是非瓣膜性房顫血栓形成的有效標(biāo)志[18]。在持續(xù)性和永久性房顫中觀察到循環(huán)微粒(如血小板和內(nèi)皮源性微粒)水平升高，這提示循環(huán)微粒的增多可能反映了血栓前狀態(tài)，進(jìn)而增加了心房血栓形成和血栓栓塞的風(fēng)險(xiǎn)[19]。一種利用特異性單克隆抗體AD-1捕獲血清微泡后，用ELISA法測(cè)定白介素-1β(IL-1β)和P-選擇素在這些微泡上的表達(dá)量，結(jié)果顯示非瓣膜性持續(xù)性房顫組血清微泡水平、IL-1β和P-選擇素均升高，這表明血清微泡可作為研究炎性反應(yīng)與血小板活化關(guān)系的有用指標(biāo)[19]。此外超敏內(nèi)皮源性微粒和C反應(yīng)蛋白可預(yù)測(cè)肺靜脈隔離后早期房顫的復(fù)發(fā)[20]。上述表明核外顆粒體可以作為傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素之外的額外生物標(biāo)志物，以早期識(shí)別未來(lái)房顫風(fēng)險(xiǎn)較高的患者，使可靠的房顫風(fēng)險(xiǎn)分層和評(píng)估治療成為可能。

4 凋亡小體在房顫中的作用

相比之下，目前對(duì)凋亡小體的治療應(yīng)用探索很少。越來(lái)越明顯的是，凋亡小體是死亡細(xì)胞釋放的關(guān)鍵信使，調(diào)控細(xì)胞清除、組織穩(wěn)態(tài)、病原體傳播和免疫等過(guò)程，因此其具有診斷和治療潛力[21]，富含鈣的凋亡小體可能引發(fā)病理性鈣沉積，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化血管鈣化[22]，但在房顫方面，凋亡小體的作用仍待進(jìn)一步研究。

5 問(wèn)題與展望

EVs在臨床評(píng)估和治療中都有作用，可以為房顫的病理生理提供新的見(jiàn)解。EVs作為細(xì)胞通信者的角色是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵。EVs可以通過(guò)傳遞一種特定的miRNA來(lái)影響受體細(xì)胞，這種miRNA可以改變受體細(xì)胞中的蛋白質(zhì)生成和基因表達(dá)，為靶向治療提供可能[2]。同時(shí)，EVs也在止血和血栓形成中起著關(guān)鍵作用，與卒中和血栓栓塞事件密不可分，可作為識(shí)別房顫風(fēng)險(xiǎn)分層和評(píng)估治療的生物標(biāo)志物[14]。

在臨床領(lǐng)域?qū)Vs進(jìn)行分析可為患者提供精確的診斷和準(zhǔn)確的治療，個(gè)體化治療反應(yīng)往往能讓人們深入了解疾病的過(guò)程。新型模型系統(tǒng)(如類器官系統(tǒng))正被用于推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療，并提供了更多與病理生理相關(guān)的體外狀態(tài)，以了解EVs的功能作用[23]。然而，在臨床研究中EVs的分析仍然存在以下挑戰(zhàn)：1)到目前為止，EVs在房顫中的研究已經(jīng)招募了一定數(shù)量的患者，但仍需要更大規(guī)模的、前瞻性的跨國(guó)研究來(lái)精確定義EVs譜在特定房顫中的益處。2)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)分離純EVs。核外顆粒、外泌體和凋亡小體起源不同，一旦被釋放到細(xì)胞外間隙(如血液)，就沒(méi)有明確的識(shí)別或分離方法。由于沒(méi)有從血漿中分離和檢測(cè)EVs的標(biāo)準(zhǔn)方案，對(duì)EVs的研究結(jié)果往往不一致。此外，EVs測(cè)量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化還存在許多困難。3)大多數(shù)了解EVs功能作用的研究?jī)H在體外和細(xì)胞模型進(jìn)行分析，從培養(yǎng)條件或患者樣本中分離的EVs用于研究細(xì)胞間通信，而EVs在體內(nèi)病理生理?xiàng)l件中的作用尚不清楚。4)房顫的發(fā)病機(jī)制是復(fù)雜的，并且有不同的階段，進(jìn)一步將生物標(biāo)志物進(jìn)行區(qū)分將是有益的。這里引用的研究已經(jīng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，但仍有許多需要改善的地方。隨著高端質(zhì)譜儀和新的RNA測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)，將更深入地剖析EVs，從而能夠更多地發(fā)現(xiàn)EVs生物標(biāo)志物并更好地對(duì)其亞群進(jìn)行分類，以應(yīng)對(duì)EVs異質(zhì)性的挑戰(zhàn)。5)房顫的復(fù)雜性和多樣性要求更有效的靶向治療。EVs因其特定的細(xì)胞靶向性和穩(wěn)定性而被證明是安全、有效的藥物載體。盡管EVs在研究中到目前為止還沒(méi)有引起過(guò)敏反應(yīng)，但還需要進(jìn)一步的研究來(lái)檢查EVs的免疫原性特征和產(chǎn)生自身抗體的可能性，這可能會(huì)降低治療的有效性。

但不可否認(rèn)EVs是一種天然的納米載體，在房顫疾病中仍有很大的潛力，其生物學(xué)特性(如旁分泌、自分泌和內(nèi)分泌)允許更有效地在細(xì)胞間穿越生物屏障傳遞特定的miRNA，并且在臨床研究中突出了潛在的應(yīng)用價(jià)值，為精準(zhǔn)治療提供可能，新的EVs技術(shù)和更標(biāo)準(zhǔn)更大規(guī)模對(duì)EVs的研究將為房顫的不同疾病狀態(tài)提供更深入的了解，從而為房顫患者風(fēng)險(xiǎn)分層和評(píng)估、個(gè)體化診治反應(yīng)提供新視角。