外泌體在糖尿病心肌病中的作用機(jī)制和臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展

孫慶，米慶，王璐，牟華明

作者單位：1川北醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，四川 南充 637000；

2重慶大學(xué)附屬三峽醫(yī)院，a心血管內(nèi)科，b內(nèi)分泌科，重慶 404000

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及生活方式的轉(zhuǎn)變，我國的成人糖尿病（diabetes，DM）的患病率逐步上升，已達(dá)11.9%［1］。而糖尿病心肌?。╠iabetic car?diomyopathy，DCM）是糖尿病常見的心血管并發(fā)癥之一，其特征包括心肌細(xì)胞肥大、心肌間質(zhì)纖維化和心臟舒張功能障礙［2-3］。糖尿病心肌病的作用機(jī)制尚未明確，較為復(fù)雜，有研究認(rèn)為主要與心臟氧化應(yīng)激、炎癥、鈣離子通道障礙、心肌細(xì)胞凋亡及纖維化、微血管病變等有關(guān)［4］。外泌體（exosomes）是膜外囊泡的一種，直徑為30~100 nm，1987年于哺乳動(dòng)物成熟的網(wǎng)織紅細(xì)胞首次發(fā)現(xiàn)［5］，并廣泛存在于人體血液、尿液、唾液、乳汁、支氣管肺泡灌洗液、精液、關(guān)節(jié)液及腦脊液等體液中。目前，我國關(guān)于外泌體在糖尿病并發(fā)癥之一的糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）中的相關(guān)研究并不少見，但關(guān)于其在DCM 發(fā)病機(jī)制中的作用的報(bào)道卻很少［6］?，F(xiàn)對(duì)外泌體在DCM 中的作用機(jī)制和臨床應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述。

1 外泌體的基本概述

外泌體是各種活細(xì)胞通過主動(dòng)分泌排出細(xì)胞膜外的脂質(zhì)雙分子層小囊泡［7］，主要由核酸、蛋白質(zhì)構(gòu)成。核酸組分有mRNA、miRNA 等。蛋白質(zhì)包含四跨膜蛋白超家族，如CD9、CD63等；以及參與生物功能的分子，如腫瘤易感基因101蛋白、熱休克蛋白等［8］。外泌體在細(xì)胞間的通訊中占據(jù)重要的地位［9］。Vorselen 等［10］最近首次描述了外泌體的機(jī)械特性。外泌體進(jìn)入細(xì)胞有三種作用方式。①進(jìn)入受體細(xì)胞后，“貨物”（如小分子藥物、蛋白質(zhì)類、核酸等）被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，并重新形成多泡體；②將“貨物”釋放進(jìn)入胞質(zhì)，但自身與細(xì)胞質(zhì)膜融合；③其配體與細(xì)胞膜上的特定受體結(jié)合，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與內(nèi)吞通路，攜帶“貨物”進(jìn)入細(xì)胞［11］。隨著研究的深入，外泌體在干細(xì)胞、免疫、靶向給藥等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

2 外泌體在DCM中的作用機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病死亡人數(shù)80% 以上由糖尿病心肌病等心血管并發(fā)癥引起［12］。外泌體通過細(xì)胞間信息轉(zhuǎn)導(dǎo)參與心血管系統(tǒng)的病理生理過程，其所含的不同物質(zhì)會(huì)對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生不同的影響［13］。

2.1 外泌體miRNA 與DCM外泌體miRNA 是一類非編碼的小RNA。miRNA 在生理及病理狀態(tài)下的細(xì)胞、組織的調(diào)控中有著獨(dú)特的作用。來自不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)顯示，糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生與某些特定的miRNA 在不同組織中的表達(dá)水平改變有關(guān)系。研究表明，在糖尿病狀態(tài)下，外體miRNA 被受體細(xì)胞攝取，參與胰腺β 細(xì)胞損傷和胰島素抵抗調(diào)控過程［14］，并發(fā)揮其生物學(xué)功能，從而調(diào)節(jié)DCM、糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）、DN 等糖尿病相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。外泌體miRNA 正逐漸成為糖尿病發(fā)展的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子［14］。其中，miR-133是在研究糖尿病性心臟并發(fā)癥的進(jìn)程中第一個(gè)發(fā)現(xiàn)改變的miRNA。miR-133 通過作用于不同的靶基因而控制心肌細(xì)胞的肥大，其調(diào)節(jié)的靶基因有Cdc42（一種信號(hào)轉(zhuǎn)錄激酶）、Nelf-A/WHSC2（一種與心臟發(fā)育相關(guān)的核因子）和RhoA（一種控制心肌肥大的GDP/GTP 交換蛋白）［15］。另外有報(bào)道m(xù)iR-146a可通過作用于下游靶基因白細(xì)胞介素1受體相關(guān)激酶 1（interleukin-1 receptor-associated kinase 1，IRAK1），調(diào)控TLR/ILIR 炎癥信號(hào)通路，miR-146a 表達(dá)降低將進(jìn)一步抑制血管新生，降低心肌細(xì)胞葡萄糖攝入，影響心肌血供和能量代謝，最終導(dǎo)致心室重構(gòu)和心力衰竭［16］。

2.2 熱休克蛋白20 介導(dǎo)的外泌體與DCM熱休克蛋白20（heat shock proteins-20，Hsp20）是熱休克蛋白（Hsp）家族中的一種伴侶蛋白。Hsp20 具有抗氧化作用，而氧化應(yīng)激是糖尿病心血管并發(fā)癥的主要作用機(jī)制［17-18］。Wang 等［19］發(fā)現(xiàn)心臟特異性過表達(dá)Hsp20可通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞外泌體的分泌而顯著減輕糖尿病所致的心功能障礙和心室重塑，心臟中Hsp20 水平的升高可以預(yù)防糖尿病心肌病，這也與保護(hù)性外泌體分泌增加有關(guān)。其次，作者還發(fā)現(xiàn)Hsp20 通過與Tsg101（一種已知的激活外泌體生物發(fā)生/釋放的因子）直接相互作用來促進(jìn)心肌細(xì)胞外泌體的生成。外泌體進(jìn)一步通過自分泌與旁分泌方式，減輕糖尿病所致心肌損傷。

2.3 外泌體Mst1 蛋白與DCMMst1（mammalian sterile 20-like kinase 1）作為參與細(xì)胞凋亡和自噬等途徑中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，在由糖尿病引起的心臟并發(fā)癥中發(fā)揮著重要的作用。處于心肌內(nèi)皮細(xì)胞的外泌體Mst1 蛋白主要通過抑制葡萄糖的攝取，導(dǎo)致能量代謝異常，進(jìn)而引起一系列病理改變［20］。糖尿病病人持續(xù)的高血糖狀態(tài)會(huì)對(duì)身體多個(gè)部位組織器官造成繼發(fā)性損傷。Hu等［21］研究表明，糖尿病心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞（CMECs）在高血糖環(huán)境下更容易受到影響，其釋放的外泌體攜帶著Mst1 蛋白，它能夠激活一系列放大心肌細(xì)胞損傷的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。心肌細(xì)胞接受信號(hào)后會(huì)導(dǎo)致自噬進(jìn)一步減少而加劇細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心功能進(jìn)行性下降。此外，外泌體Mst1 蛋白還能抑制高糖培養(yǎng)心肌細(xì)胞的GLUT4 膜轉(zhuǎn)位，導(dǎo)致葡萄糖攝取減少［21］。

3 外泌體在DCM中的臨床應(yīng)用

外泌體含有大量核酸、蛋白質(zhì)，可在疾病的不同階段被識(shí)別，并且具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以作為糖尿病心肌病的生物標(biāo)志物。無論是在早期診斷、還是在治療靶點(diǎn)等方面都具有重要的研究價(jià)值。有證據(jù)顯示高濃度的miR-133 可以抑制心肌肥大，而通過使用miRNA 抑制劑使miR-133 表達(dá)降低后能顯著引起心肌肥大［22］。另一方面，已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)， 與普通2 型糖尿病病人相比，尿源性外泌體miR-877-3p 在糖尿病腎病病人體內(nèi)有差異性表達(dá)（>2 倍）［23］。因此，通過檢測(cè)血液中或者尿液中的外泌體miRNA，可能在DCM的早期診斷中也發(fā)揮關(guān)鍵作用［24］。此外，也可以通過聯(lián)合檢測(cè)miRNA-133、miRNA-146a、miRNA-34a等多種外泌體miRNA來提高對(duì)糖尿病心肌病診斷的特異性。

外泌體廣泛、穩(wěn)定地存在于循環(huán)系統(tǒng)體液中，其不僅通過嚴(yán)密的分選機(jī)制將細(xì)胞內(nèi)的RNA、蛋白質(zhì)傳遞至心肌細(xì)胞發(fā)揮作用，還可以作為藥物運(yùn)載工具及治療載體［25］。2015 年的一項(xiàng)研究［24］發(fā)現(xiàn)，通過移植來源于間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體能顯著提高心肌細(xì)胞的存活率，防止心肌細(xì)胞受損，促進(jìn)新生血管生成，并改善心臟功能。黃然然等［26］也發(fā)現(xiàn)來源于臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體對(duì)糖尿病模型小鼠心肌纖維化的保護(hù)作用。Lin 等［27］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體通過抑制轉(zhuǎn)化生長因子-Smad1/β2 信號(hào)通路改善糖尿病心肌損傷和纖維化。目前也有研究表明，外泌體在糖尿病心肌病中的治療作用可能有以下幾種機(jī)制參與：①外泌體誘導(dǎo)干細(xì)胞向受損的心肌轉(zhuǎn)運(yùn)，補(bǔ)充受損心肌［28］；②干細(xì)胞來源的外泌體通過血液循環(huán)移至受損心肌，參與心肌修復(fù)等。各種從干細(xì)胞中分離出的外泌體的相關(guān)研究證明了其在減少心肌纖維化和改善心功能方面的潛在作用［29］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過沉默糖尿病小鼠心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞提取的外泌體Mst1 蛋白［30］，可以使其對(duì)心肌細(xì)胞損傷的作用減輕。同時(shí)這也表明，針對(duì)功能異常的外泌體靶向治療可能為預(yù)防和治療糖尿病的心血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展帶來新的希望［31］。

4 展望

與糖尿病相關(guān)的相當(dāng)多的心血管風(fēng)險(xiǎn)表明，針對(duì)糖尿病的發(fā)病機(jī)制，及早采取預(yù)防措施可能會(huì)在降低心血管并發(fā)癥死亡率方面取得更大的成功［32］。而外泌體具有易于分離、免疫原性低、穩(wěn)定性好、靶向性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，與糖尿病心肌病生理和病理變化密切相關(guān)［33］，被認(rèn)為是診斷糖尿病心肌病的一個(gè)很有前景的分子標(biāo)志物。

目前，精準(zhǔn)醫(yī)療是一個(gè)快速發(fā)展的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域［34］。有研究［35］顯示，可以通過測(cè)量外泌體mi-RNA 來檢測(cè)糖尿病心肌病處于什么階段，從而建立更有效的治療策略，作出更佳的臨床決策。然而，尋找高度靈敏且特異的外泌體檢測(cè)方法仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。有研究提出了一種基于球形核酸（SNA）的級(jí)聯(lián)信號(hào)放大策略，用于高靈敏度的外泌體檢測(cè)。但目前，外泌體對(duì)糖尿病性心肌病的影響的相關(guān)臨床研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，仍需要花更多時(shí)間去探索。應(yīng)當(dāng)從外泌體的分離純化入手，進(jìn)一步優(yōu)化外泌體的純化方法，為后續(xù)的鑒定和功能研究提供良好的基礎(chǔ)，使外泌體可用于糖尿病心肌病的早期臨床診斷和治療。