外泌體miRNA治療心肌梗死的研究進展

梁麗英，陳晶

廣西中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院科研部生物樣本庫，廣西 南寧 530023

中國因中國心血管健康與疾病報告編寫組最近編撰出版的《中國心血管健康與疾病報告2021 概要》指出，中國心血管病(CVD)患病率處于持續(xù)上升階段，心血管病死亡率仍居首位[1]。心血管疾病，以急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)的臨床癥狀最為嚴重，死亡率在2002—2018 年總體呈上升態(tài)勢，防治急性心肌梗死已成為目前醫(yī)學研究的重點。近期的科學研究已證實，外泌體在心肌細胞間進行信息傳遞，對心血管疾病有作用[2-3]。外泌體分泌的特定微小RNA(microRNA，miRNA)調控細胞的增殖、凋亡、自噬等，在治療心肌梗死過程中可改善心肌功能、減少梗死體積、提高新生血管數(shù)量，外泌體的心肌防護功能效果已逐漸顯現(xiàn)[4-6]。本文主要闡述近年來外泌體miRNA 作為心肌梗死的生物標志物及在心肌梗死治療的研究進展，以期為外泌體miRNA 的應用提供參考。

1 外泌體概述

外泌體是一個尺寸40～100 nm、具有脂質雙分子層膜構造的細胞外囊泡，攜帶著蛋白質、miRNA、脂類、長鏈非編碼RNA 和短信使RNA 等各種物質。外泌體由B 淋巴細胞、肥大細胞、干細胞等多種細胞分泌，血液、唾液、腦脊液、胸腹水和關節(jié)滑液等各類體液中都可檢出并提取到外泌體及其內含物質。外泌體在其表面具有許多特殊標記蛋白，如CD63、CD9、CD81、TSG101、和 Hsp70 等[7-9]，在不同的病理生理條件下會形成不同的外泌體，經(jīng)細胞釋放后入血液，激活并控制靶細胞的活力，傳送化學物質和信息至靶細胞，從而影響細胞間的通訊，這些細胞間的通訊方式在多種疾病的發(fā)生發(fā)展及其損傷修復過程起了關鍵性的作用。

2 外泌體miRNA 及其生物特性

miRNA 在 1993 年被發(fā)現(xiàn)，自第 1 個 miRNA 出現(xiàn)以來，miRNA就成了新一代調控細胞命運的重要決定因素，作為基因組表達的主要轉錄后調控因子而備受重視[10-11]。2007 年，研究者在實驗中發(fā)現(xiàn)肥大細胞分泌的外泌體中包含了一種新的物質，后來證實為miRNA[12]。隨著外泌體miRNA 不斷被發(fā)現(xiàn)，外泌體來源的miRNA 在多種疾病的發(fā)生發(fā)展及其損傷修復過程起了重要的作用，研究成果也不斷增多。外泌體miRNA 的功能一般可分成兩個類別：一個是常規(guī)功能，即通過與靶基因的嚴格融合來調控細胞中的基因表達；另一個是配體作用功能，即miRNA 作為特定受體家族的激動劑，直接與蛋白質作用。包裹在外泌體內的miRNA是通過細胞主動分泌或旁分泌的途徑，介導細胞之間的信息傳導，直接或間接影響細胞功能，參與了疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，在心血管疾病的發(fā)展過程中起關鍵的調節(jié)作用[13]。

3 外泌體miRNA在心肌梗死中的調節(jié)作用

3.1 外泌體miRNA 成為心肌梗死的生物標志物 外泌體在保護損傷的心臟組織過程中所攜帶的miRNA 起到了關鍵的生物學功效。作為在心血管疾病中研究最多的生物分子，miRNA已成為早期治療和預后的重要生物標志。心肌梗死對組織結構產(chǎn)生破壞的主要原因是在恢復血液供應后的“組織缺血再灌注損傷”，主要表現(xiàn)為心肌功能損害、心肌細胞壞死、自噬、細胞凋亡、心肌纖維化形成等，從而影響心臟的功能。心肌梗死是心臟病變中的急危重癥，能早期發(fā)現(xiàn)并快速診斷對心肌梗死的治療和預后意義重大。大量研究指出，外泌體miRNA可成為心肌梗死的生物標志物，可用來評價正常的生物學功能以及心肌梗死的發(fā)生進展過程，并可作為疾病治療干預[14]。研究者證實，心肌梗死早期的發(fā)展階段，患者外周血中miRNA-208a 表達顯著增加，表明miRNA-208a 是心臟梗死早期發(fā)展階段的潛在標志。與健康個體相比，心肌梗死患者中的miR-21、miR-126、miR-183顯著上調，隨著心肌缺血損傷程度的增加而增加[15-16]，急性心肌梗死患者和急性心絞痛患者血漿中，miR-1 及miR-133a 的表達均明顯高于正常人。陳珍珍等[17]認為急性ST 段抬高型心肌梗死患者血清外泌體miRNA-204 表達下調。KUWABARA 等[18]研 究則發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后，梗死區(qū)及周邊區(qū)域的心肌細胞出現(xiàn)凋亡和壞死，并將其外泌體中包含的miR-1 和miR-133a 分泌入血液，從而使血漿中的miR-1 和miR-133a 水平顯著增多。實驗結果提示血漿中外泌體來源的miRNA 的miR-1 和miR-133a，可成為確診心肌梗死的潛在標志物，為早期診斷心肌梗死提供實驗依據(jù)。

3.2 外泌體miRNA 拮抗心肌梗死 外泌體通過直接靶向細胞受體信號、與受體細胞質膜融合和內化到受體細胞3 種方式，將其內含物質直接送入目標細胞中，以實現(xiàn)細胞內和細胞之間的直接溝通，在疾病進程中發(fā)揮作用。近年來，研究者們已找到大量的外泌體miRNA，外泌體來源的miRNA 與心血管疾病的功能機理也逐漸被發(fā)現(xiàn)，漸漸變成了研究熱門話題。多名研究者證實，外泌體來源的miRNA與心肌梗死的產(chǎn)生、進展有關[19-21]，以不同方式在心肌梗死治療中發(fā)揮了作用。

3.2.1 外泌體miRNA 抑制心肌細胞的凋亡與自噬 外泌體miRNA通過調節(jié)心肌細胞損傷和心肌細胞凋亡保護心臟，拮抗心肌梗死，成為參與調控急性心肌梗死病變過程的重要因子。LIAO 等[22]研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死期間心肌細胞分泌外泌體miRNA-21-5p 抑制了缺血和低氧條件下受體內皮細胞的凋亡，促進了血管生成和心肌梗死后再生，作用機制可能是miR-NA-21-5p 靶向并沉默誘導細胞死亡的p53 靶標1(Cdip1)基因，從而下調了凋亡相關蛋白Caspase-3、Caspase-9。有研究證實缺氧誘導的間充質干細胞衍生的外泌體對缺血性疾病具有保護作用，在心肌梗死后發(fā)揮顯著的心臟保護功能，其作用機制是通過miR-125b抑制的心肌梗死中的細胞凋亡，減輕心肌缺血再灌注損傷，縮小心肌梗死面積，促進心臟修復[23]。骨髓間充質干細胞外泌體分泌的miR-301可能通過抑制心肌細胞自噬，減少心肌梗死面積。外泌體分泌的miR-486-5p 通過抑制靶向磷酸酶與張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)、激活心肌細胞中的 PI3K/AKT 信號通路，抑制心肌細胞的凋亡[24-25]，減輕缺血心肌細胞的損傷。在氧化應激過程中，心臟祖細胞(cardiac progenitor cells，CPCs)來源的外泌體中miR-21濃度明顯增加，靶向下調程序性細胞死亡4 (programmed cell death 4，PDCD4)抑制 H9C2細胞的凋亡[26-27]。自噬(autophagy)是細胞內高度保守的自我消化，是一種廣泛存在的正常生理過程和防御反應，對維持心肌細胞內穩(wěn)態(tài)非常重要。研究發(fā)現(xiàn)，缺血缺氧刺激心肌細胞時，外泌體miR-30a 升高。抑制外泌體miR-30a 分泌可增加自噬調節(jié)因子beclin-1、Atg12 和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表達，這有助于維持缺氧后心肌細胞自噬反應通過靶向Beclin1 和Atg12 抑制細胞自噬，減輕缺氧誘導的心肌細胞凋亡[28]。

3.2.2 外泌體miRNA 減少心肌纖維化 心肌梗死后心肌纖維化是因心臟重塑從而引起心肌衰竭的主要因素，在心肌損傷中起主要作用。研究人員研究證實，在缺氧誘導實驗中，脂肪干細胞來源的外泌體分泌大量的miR-126，可以降低心肌纖維化程度，其機理可能是通過外泌體miR-126 可降低纖維化中有關蛋白質的表達，減輕心肌纖維化程度，而且還能夠通過調控炎癥因子的表達，從而降低H9C2心肌細胞損傷，促進微血管的形成與轉化，改善心臟供血功能[29]。將巨噬細胞產(chǎn)生的外泌體miR-155 轉運至心臟成纖維細胞中，發(fā)現(xiàn)miR-155 可以降低鳥苷酸交換因子(son of sevenless 1，Sos1)的表達，調控成纖維細胞生長，改善心肌供血，減輕心肌纖維化。通過缺血預處理小鼠骨髓間充質干細胞，發(fā)現(xiàn)其釋放的外泌體中富含miR-22，可以靶向抑制心肌細胞中的甲基化CPG結合蛋白 2(Methyl Cp G binding protein 2，Mecp2)，抑制心肌細胞壞死、減少心肌梗死后纖維化，減小梗死面積，提高心肌功能[30]。

3.2.3 外泌體miRNA 促進心肌梗死區(qū)新生血管的形成 心肌梗死區(qū)新生血管生成指由于冠狀動脈狹窄、堵塞而導致心臟組織缺血缺氧，在缺血缺氧區(qū)域周邊新生毛細血管以促進氧氣和營養(yǎng)的供給，對于恢復缺血區(qū)的血氧供應和及時挽救受損心肌具有重要的意義。新生血管生成作為缺血性心臟病血運重建的代償策略之一，與外泌體miRNA 的功能密切相關[31]。有實驗研究指出，將骨髓間充質干細胞來源的外泌體miR-23a-3p 和miR-130a-3p 過表達，能促使心肌梗死區(qū)新生血管的生成，其機制是靶向調控Ras/促分裂原活化的蛋白激酶通路[32]。人子宮內膜來源的間充質干細胞外泌體miR-21 靶向過PTEN/Akt 途徑增強細胞活性，抑制細胞凋亡，促進心肌梗后死梗死區(qū)的血管生成[33]。血管生成是改善心肌功能所必需的，是急性心肌梗死(AMI)后長期預后的關鍵因素。

4 展望

綜上所述，外泌體作為細胞的主要信息載體，其攜帶的大量可變miRNA 能夠對受體細胞產(chǎn)生整體的調控效果，在心臟病變過程中發(fā)揮著重要作用[34-36]，介入了多種心血管疾病的生理病理過程，特別在心肌梗死的發(fā)生發(fā)展中具有重要意義。外泌體miRNA的多重生物學功能，使其在復雜的心肌梗死疾病中產(chǎn)生了許多影響機制，包括影響心肌細胞的凋亡與自噬、抑制心肌纖維化、影響新血管形成等具有多向靶點調節(jié)的優(yōu)勢。外泌體miRNA 與心肌梗死的相關性也在一定程度上得以證實[37-38]。把外泌體miRNA視為潛在的風險預測因子以補充已有的疾病診斷標志物，并幫助評估患者預后也是很有發(fā)展的研究方向。