外泌體在多種衰老相關(guān)疾病中的作用研究進(jìn)展

史 敏 趙 月 李 瑩 張明雨 綜述，丁欣強(qiáng) 審校

（1.西安培華學(xué)院 陜西 西安 710125；2.西安市兒童醫(yī)院皮膚科 陜西 西安 710003）

衰老是個(gè)體隨年齡增長(zhǎng)發(fā)生的組織器官機(jī)能減退的過(guò)程。在此過(guò)程中，由于細(xì)胞復(fù)制能力衰減、線粒體損傷、癌基因激活、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中斷等機(jī)制，使衰老已成為大多數(shù)疾病的主要危險(xiǎn)因素，如皮膚老化、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、癌癥、糖尿病等。具有強(qiáng)大復(fù)制能力的多能干細(xì)胞在抗衰老研究領(lǐng)域成果顯著。在干細(xì)胞移植抗衰老治療中，相關(guān)研究提示其抗衰老作用可能為旁分泌效應(yīng)，而外泌體（Exosomes，EXOs）是旁分泌效應(yīng)的主要因子[1]。EXOs作為干細(xì)胞衍生物，它不但保留了干細(xì)胞的類似功能，而且相對(duì)于干細(xì)胞治療，EXOs體積小、免疫原性低、穩(wěn)定性好，規(guī)避了細(xì)胞衰老及成瘤等風(fēng)險(xiǎn)，有望成為抗衰老研究的新方向，本文就EXOs在抗衰老方面的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 外泌體的生物學(xué)特性

1983年，EXOs在綿羊網(wǎng)狀紅細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，這是一種雙層膜囊泡顆粒，直徑為30～150 nm，之后其被定名為“Exosomes”，即外泌體。EXOs是細(xì)胞內(nèi)溶酶體內(nèi)陷形成的，囊泡內(nèi)包裹有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA、各種RNA等生物活性分子，這些活性分子隨EXOs以胞吐方式被釋放到細(xì)胞間隙，通過(guò)膜上特異性配體與靶細(xì)胞結(jié)合，從而進(jìn)行細(xì)胞間精準(zhǔn)信息傳遞和物質(zhì)交換。因此，EXOs對(duì)維持微環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用。EXOs可從血液、尿液、眼淚、腹水、腦脊液等體液中被提取，提取方式有超速離心法、微流控芯片法、免疫親和法等，但最為常用的是密度梯度離心法。對(duì)提取的EXOs顆粒常采用透射電鏡、Nanoinsight和blotting等進(jìn)行生物學(xué)鑒定。采用ELISA和蛋白質(zhì)印跡法可鑒定EXOs膜表面的CD9、CD81、CD63蛋白及內(nèi)部所含的熱休克蛋白90(HSP90)、腫瘤易感基因101(TSG101)和ALIX等復(fù)合體。最初，EXOs被認(rèn)為是細(xì)胞的“廢棄物”，但隨后一系列研究表明，EXOs在各種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，其參與血管生成和凋亡、組織再生、免疫修復(fù)、炎癥和細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)等過(guò)程，因而影響如腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、傷口瘢痕、糖尿病和感染等疾病的生理和病理過(guò)程[1]。

2 EXOs與衰老

衰老的機(jī)制十分復(fù)雜，涉及環(huán)境與遺傳因素，目前導(dǎo)致衰老的確切機(jī)制仍未完全闡明，但在細(xì)胞水平的研究表明，細(xì)胞衰老可能與線粒體功能異常、基因畸變、端?？s短、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中斷、DNA和生物膜損傷等有關(guān)。細(xì)胞衰老是組織衰老的關(guān)鍵特征，主要表現(xiàn)為細(xì)胞周期阻滯。通常，衰老的細(xì)胞特征有脂褐素積聚，p53、p21、p27表達(dá)升高，層蛋白B1丟失，分泌含有大量轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、趨化因子和蛋白酶的因子群，被稱為衰老相關(guān)分泌表型（Senescence-associated secretory phenotype,SASP）[2]。研究證實(shí)，SASP可破壞組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)微環(huán)境、抑制組織再生、導(dǎo)致組織和器官功能障礙，從而誘導(dǎo)衰老，且該過(guò)程可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[3]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，衰老細(xì)胞分泌的外泌體類似于SASP因子，對(duì)于調(diào)節(jié)靶細(xì)胞表型具有重要作用[4]。

近年來(lái)，有關(guān)衰老細(xì)胞與EXOs相關(guān)性的研究持續(xù)增長(zhǎng)。在衰老機(jī)制中，Wnt信號(hào)通路發(fā)揮著重要作用，其在生理和病理衰老過(guò)程中被激活[5]，而Wnt通路的關(guān)鍵分子被證明可通過(guò)EXOs直接釋放到細(xì)胞外并激活Wnt通路。該研究表明，EXOs在介導(dǎo)衰老信號(hào)胞間信息傳遞中發(fā)揮著重要作用。有證據(jù)顯示，衰老細(xì)胞EXOs的分泌增加可超過(guò)10倍[6]，其分泌增加可能與p53及其下游靶標(biāo)TSAP6有關(guān)，而p53蛋白被證明是EXOs合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，說(shuō)明衰老細(xì)胞EXOs的形成能力與P53密切相關(guān)[7]。Du等[8]發(fā)現(xiàn)老年人和衰老模型小鼠的心血管中外泌體circ-Foxo3高表達(dá)，體外研究顯示過(guò)表達(dá)的circ-Foxo3可阻止抗衰老蛋白ID1、轉(zhuǎn)錄因子E2F1核轉(zhuǎn)移，從而誘導(dǎo)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞衰老；相反，沉默circ-Foxo3可抑制小鼠胚胎成纖維細(xì)胞衰老。周琦琦等[9]研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)NAMPT臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞EXOs能夠促進(jìn)人皮膚成纖維細(xì)胞增殖和延緩衰老，并延長(zhǎng)秀麗隱桿線蟲的壽命，提高其抗氧化能力。Liu等[10]研究顯示，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞EXOs可改善HaCatT細(xì)胞老化。綜上所述，得益于EXOs以旁分泌方式在調(diào)控衰老信號(hào)胞間信息傳遞中的重要作用，其有望發(fā)揮延緩衰老及對(duì)抗衰老相關(guān)疾病的巨大潛力，因此本文將重點(diǎn)回顧EXOs在皮膚老化、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、腫瘤、糖尿病等多種衰老相關(guān)疾病中的作用，為EXOs抗衰老的研究提供思路。

3 EXOs與衰老相關(guān)疾病

3.1 EXOs與皮膚衰老：伴隨我國(guó)老齡化社會(huì)進(jìn)展，抗衰老美容治療已成為醫(yī)學(xué)與美容界的研究熱點(diǎn)。皮膚衰老作為人體衰老的最直接表現(xiàn)，是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用所致，而環(huán)境因素以紫外線輻射引起面部皮膚老化為其主要原因，因此又稱光老化。皮膚因紫外線照射導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)上調(diào)，真皮基質(zhì)降解加速，膠原蛋白含量減少，皮膚質(zhì)地干燥暗沉、色素沉著、缺乏彈性、皺紋產(chǎn)生。大量研究證明，EXOs能夠促進(jìn)光老化皮膚恢復(fù)。Choi等[11]發(fā)現(xiàn)脂肪來(lái)源干細(xì)胞外泌體（Adiposederived stem cell derived exosomes,ADSCs-EXOs）可促進(jìn)UVR損傷的成纖維細(xì)胞增殖和遷移，顯著抑制UVR誘導(dǎo)的MMP-1、2、3、9過(guò)表達(dá)，并提高Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型膠原蛋白與彈性蛋白的表達(dá)。皮下注射臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（Mesenchymal stem cells derived exosomes,MSCs-EXOs）可輕易穿透角質(zhì)層到達(dá)真皮，優(yōu)化膠原沉積，促進(jìn)彈力蛋白生成，加快損傷皮膚愈合，這些證實(shí)了EXOs在抗皮膚光老化方面的積極作用[12]。神經(jīng)酰胺因在維護(hù)皮膚角質(zhì)層水合度及保護(hù)皮膚屏障中發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)已成為抗衰、美白、保濕等方面的重要物質(zhì)。皮下注射ADSCs-EXOs能夠促進(jìn)神經(jīng)酰胺合成，改善皮膚干燥、開裂現(xiàn)象[13]。這些研究充分表明，EXOs在防止皮膚老化方面具有應(yīng)用前景。

3.2 EXOs與心血管疾病：伴隨人口老齡化的加劇，心血管疾病已成為全球范圍內(nèi)最常見的疾病，同時(shí)其也是導(dǎo)致老年人死亡的主要病因[14]。隨著年齡增長(zhǎng)，血管的結(jié)構(gòu)和功能呈現(xiàn)退行性改變，表現(xiàn)為動(dòng)脈硬度增加、順應(yīng)性降低，繼而成為冠心病、高血壓、心力衰竭等各種血管疾病發(fā)生的病理學(xué)基礎(chǔ)。越來(lái)越多的研究顯示，EXOs miRNA(EXOs miR)通過(guò)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能修復(fù)、血管平滑肌細(xì)胞凋亡、血管細(xì)胞炎癥和鈣化等機(jī)制在血管老化和心血管老化相關(guān)疾病中發(fā)揮著重要作用[15]。Feng等[16]研究證實(shí)，在急性心肌梗死缺血狀態(tài)下，EXOs miR-22可通過(guò)靶向作用于甲基化CpG結(jié)合蛋白-2來(lái)抑制心肌細(xì)胞死亡；相反，EXOs miR-133可促進(jìn)急性心肌梗死的進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)缺氧處理的心肌細(xì)胞產(chǎn)生的HPC-EXOs能夠顯著縮小心肌梗死面積，并在梗死區(qū)域周圍生成血管[17]。Yaghoubi等[18]經(jīng)靜脈將臍帶血干細(xì)胞EXOs注射到模型大鼠體內(nèi)，于4周后發(fā)現(xiàn)大鼠心功能得到改善、炎性反應(yīng)減弱、心肌纖維化減輕。以上研究表明，EXOs具有的的生物學(xué)功能可為心血管疾病的治療提供新的思路。

3.3 EXOs與神經(jīng)退行性疾病：神經(jīng)退行性疾病呈年齡依賴性進(jìn)展，常表現(xiàn)為記憶力減退，運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言和認(rèn)知行為障礙，呈進(jìn)行性加重，直至患者死亡。阿爾茨海默癥、帕金森病、亨廷頓病是最常見的3種神經(jīng)退行性疾病，此類疾病隨年齡增長(zhǎng)患病率逐年增加，目前尚無(wú)有效的防治手段。Zhang等[19]研究報(bào)道，小鼠衰老時(shí)下丘腦神經(jīng)干細(xì)胞（Hypothalamic neural stem cells,htNSC）大量損耗，生命周期縮短，認(rèn)知能力障礙。經(jīng)腦室給衰老小鼠注射下丘腦來(lái)源的EXOs，可觀察到小鼠腦組織衰老延緩，壽命延長(zhǎng)，衰老各癥狀指標(biāo)相應(yīng)改善。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，EXOs miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)htNSC發(fā)揮抗老化作用，但效應(yīng)是在htNSC-EXOs進(jìn)入腦脊髓液后產(chǎn)生的。牛玉虎[20]將人臍帶干細(xì)胞EXOs注射到AD模型小鼠，小鼠的認(rèn)知能力出現(xiàn)顯著改善，抑郁和焦慮情緒明顯緩解，空間學(xué)習(xí)能力和記憶力也得到提升。該研究揭示，MSCs-EXOs對(duì)AD小鼠具有行為學(xué)保護(hù)作用，這種作用可能與其對(duì)海馬的神經(jīng)再生有關(guān)。另外，在神經(jīng)疾病中，人脂肪干細(xì)胞（Human adipose mesenchymal stem cells,hASC）來(lái)源的EXOs能夠促進(jìn)HT22細(xì)胞增殖，使受損的神經(jīng)元得以修復(fù)[21]。有研究認(rèn)為，EXOs是神經(jīng)退行性疾病腦內(nèi)信息傳遞的重要媒介，當(dāng)腦組織損傷后，小膠質(zhì)細(xì)胞釋放EXOs miR-124-3p增加，不僅能抑制神經(jīng)元炎癥，同時(shí)還可促進(jìn)軸突生長(zhǎng)[22]。因此，EXOs有望成為神經(jīng)退行性疾病監(jiān)測(cè)的標(biāo)志物。

3.4 外泌體與腫瘤：衰老是腫瘤發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素。在細(xì)胞衰老過(guò)程中，機(jī)體免疫力下降、微環(huán)境炎性反應(yīng)增加，促進(jìn)了細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。腫瘤惡化中細(xì)胞間的信息傳遞非常重要，而EXOs在致癌過(guò)程中可能充當(dāng)了關(guān)鍵的通信分子[4]。在老年癌癥患者中，肺癌發(fā)病率最高，EXOs通過(guò)旁分泌與受體細(xì)胞通過(guò)“miRNA海綿”發(fā)揮特殊功能。Zhang等[23]研究表明，臨床非小細(xì)胞肺癌患者血清EXOs circSATB2高表達(dá)，且與肺癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，EXOs circSATB2轉(zhuǎn)移至腫瘤微環(huán)境后，通過(guò)吸附miR-326引起肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白表達(dá)增加，從而促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。因此，circSATB2被認(rèn)為是肺癌有前景的診斷標(biāo)志物。消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生率與年齡有依賴性關(guān)系，研究顯示[24]，EXOs miR-1246在食管癌細(xì)胞系中的表達(dá)高于食管癌細(xì)胞，在血液循環(huán)中也檢測(cè)到miR-1246；此外，結(jié)直腸癌患者EXOs miR-1246也呈高表達(dá)狀態(tài)，這說(shuō)明EXOs miR-1246有望作為消化道惡性腫瘤的一個(gè)指標(biāo)。另有研究顯示，脂肪組織來(lái)源的EXOs環(huán)狀RNA-DB（exo-circDB）通過(guò)抑制miR-34a和活化USP7/細(xì)胞周期蛋白A2信號(hào)通路，促進(jìn)肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)，減輕肝癌細(xì)胞HepG2的DNA損傷[25]，其在促進(jìn)肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)中發(fā)揮了重要作用。因此，抑制exo-circDB表達(dá)可能成為治療肝癌的新靶點(diǎn)。

3.5 外泌體與糖尿?。航陙?lái)，EXOs作為細(xì)胞間重要的通信工具，在代謝性疾病，如糖尿病、代謝綜合征、肥胖癥中不斷被探索。我國(guó)是全世界糖尿病發(fā)病率較高的國(guó)家，以2型糖尿病發(fā)病最多，發(fā)病人群多在50歲以上，且以胰島素抵抗為主要特征。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，脂肪組織EXOs不僅在調(diào)節(jié)糖尿病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，并且在其并發(fā)癥如微血管病變和糖尿病腎病中具有潛在的診斷意義[26]。Thomou等[27]報(bào)道，脂肪組織的EXOs miRNA可調(diào)節(jié)胰島素抵抗，但與糖尿病并發(fā)癥的關(guān)系尚不明確。糖尿病視網(wǎng)膜病變是糖尿病患者的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。Liu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，EXOs環(huán)狀RNA可引起視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞異常，從而引起視網(wǎng)膜血管功能障礙。糖尿病足潰瘍也是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一，采集患者血清EXOs的芯片數(shù)據(jù)顯示，糖尿病足潰瘍患者中的has-circ-0000907顯著升高，現(xiàn)已作為糖尿病足疾病的早期診斷指標(biāo)[29]。此外，脂肪干細(xì)胞EXOs mmu-circ-0000250可通過(guò)miR-128-3p修復(fù)高血糖損傷的內(nèi)皮細(xì)胞，從而促進(jìn)糖尿病傷口愈合[30]，因此EXOs可作為糖尿病足疾病治療研究的新方向。

4 小結(jié)

科技進(jìn)步和醫(yī)療技術(shù)進(jìn)展極大地提高了人類預(yù)期壽命，但隨之而來(lái)的人口老齡化和衰老相關(guān)疾病問(wèn)題也日趨嚴(yán)峻。盡管衰老不可避免，但衰老具有很強(qiáng)的可塑性，通過(guò)研究衰老及衰老相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中涉及的細(xì)胞和分子途徑，可為衰老相關(guān)疾病的診治提供借鑒。EXOs通過(guò)分泌至胞外并轉(zhuǎn)移至附近或遠(yuǎn)處的細(xì)胞，影響靶細(xì)胞的衰老表型，從而延緩細(xì)胞衰老，有望成為治療衰老及衰老相關(guān)疾病的潛在藥物或功能分子。盡管如此，外泌體在衰老進(jìn)程及衰老相關(guān)疾病中的具體機(jī)制尚不明確，有待深入研究與探討。