外泌體在膿毒癥診療作用中的研究進展

韓 丹

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬松江醫(yī)院<籌>急診危重病科，上海 201600）

膿毒癥（Sepsis）是嚴重感染引起宿主反應(yīng)失調(diào)導(dǎo)致的危及生命的器官功能障礙疾病。該病極易引發(fā)機體多器官功能障礙（multiple organ dysfunction），是重癥監(jiān)護病房患者死亡的主要原因之一[1]。因此，盡早診斷并早期治療對阻礙膿毒癥進展至關(guān)重要。目前，膿毒癥的診斷方式主要依賴于臨床表現(xiàn)和血液化驗檢查，缺乏特異性生物標志物，導(dǎo)致膿毒癥早期階段識別極其困難。外泌體（Exosomes）是細胞釋放出來的大小50～150 nm 的囊泡，包含蛋白質(zhì)、mRNAs 和lncRNA 等多種信號分子，被分泌出來后作用到受體細胞調(diào)節(jié)相關(guān)目的基因表達，進而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[2]。近些年，大量研究揭示了外泌體在膿毒癥診療中的關(guān)鍵作用，尤其是作為生物標志物和信息分子介質(zhì)的用途已經(jīng)被逐步的認知。本文就外泌體在膿毒癥診治中的作用及前景進行綜述，旨在為該病的診療提供參考。

1 外泌體的生物學(xué)特點

最初，研究人員發(fā)現(xiàn)哺乳動物釋放一種微小囊泡，該囊泡表面由一層質(zhì)膜覆蓋,隨著研究不斷深入，最后將其命名為外泌體[3]。細胞的界膜向內(nèi)凹陷形成管腔狀囊泡，形成多囊泡體，部分多囊泡體分泌到循環(huán)中與胞膜融合，在轉(zhuǎn)運必需內(nèi)吞體分選復(fù)合物（ESCRT）作用下，以向內(nèi)出芽方式形成小囊泡釋放到細胞外環(huán)境中[4]。間充質(zhì)基質(zhì)細胞（MSCs）、誘導(dǎo)多能干細胞（iPSCs）、血小板、脂肪干細胞、巨核細胞、T 細胞、神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞等多種類型的細胞均可分泌外泌體[5]。主要存在于血液、尿液、精液、唾液、羊水和母乳等多種生物體液中，是一種結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的細胞外囊泡，在多種病理生理過程中發(fā)揮作用。外泌體富含CD63、CD9 和CD81 等體細胞特殊表面標記蛋白[6]。近些年，越來越多的研究熱點聚焦于外泌體內(nèi)在組分的生物效應(yīng)，揭示外泌體潛在的疾病診療作用的機制[7]。

2 血漿中外泌體的特點

正常情況下，機體釋放外泌體進入血漿，可以起到維持生理穩(wěn)態(tài)關(guān)鍵作用。外泌體在人體內(nèi)水平較低，血漿中外泌體的濃度取決于肝和脾中形成與消除之間的動態(tài)平衡水平。在機體損傷應(yīng)激情況下，血小板、內(nèi)皮細胞、上皮細胞以及白細胞分泌的外泌體在血漿中的濃度明顯增加[8]。外泌體在膿毒癥發(fā)生情況下發(fā)揮了明顯的促炎作用[9]。在生理或病理條件下，人體血漿中大多數(shù)參與循環(huán)的外泌體都是來源于血小板，血小板源性外泌體可以通過刺激白細胞、內(nèi)皮細胞，甚至刺激血小板本身作為炎癥反應(yīng)的催化劑，促進相應(yīng)細胞進一步分泌外泌體[10]。其中內(nèi)皮細胞來源的外泌體和白細胞來源的外泌體在炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。來自炎癥細胞的外泌體可促進受體細胞中炎癥因子的合成、細胞粘附分子的表達、溶血磷脂酸和花生四烯酸等脂質(zhì)介質(zhì)的產(chǎn)生[11]。因此，在此正反饋回路中，炎癥細胞因子可以反過來繼續(xù)刺激靶細胞分泌外泌體，促進炎癥反應(yīng)進一步發(fā)展。

3 外泌體在膿毒癥中的作用機制

3.1 外泌體在膿毒癥伴發(fā)多器官功能障礙的作用多器官功能障礙是膿毒癥期間患者死亡的主要病因。在膿毒癥發(fā)病期間，血漿中外泌體的水平顯著升高，并且有可能通過體循環(huán)播散到遠處的器官。有研究提取了膿毒癥實驗動物外泌體刺激實驗大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其氧化應(yīng)激明顯增加，并在多個器官中不同程度地表達，提示血漿循環(huán)中的外泌體在遠處傳播及其在膿毒癥伴發(fā)多器官功能障礙的發(fā)病機制中發(fā)揮作用[12]。另一項研究發(fā)現(xiàn)[13]，從膿毒癥患者血漿中提取的外泌體可通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶依賴途徑，促進體外氧化應(yīng)激反應(yīng)及內(nèi)皮細胞凋亡，表明外泌體在膿毒癥的發(fā)展和傳播中都起著關(guān)鍵作用。

3.2 外泌體在膿毒癥累及主要臟器損傷的作用 肺是最易受炎癥影響的器官之一。目前，研究者已經(jīng)利用不同類別外泌體檢測及治療膿毒癥對肺損傷的影響。研究發(fā)現(xiàn)[14]，來源于內(nèi)皮祖細胞的外泌體可抑制內(nèi)皮功能障礙，并且可改善膿毒癥中的肺損傷及急性呼吸窘迫綜合征，該研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細胞源性外泌體中miR-126 在脂多糖誘導(dǎo)的敗血癥小鼠模型中可改善微血管性肺損傷的癥狀。急性腎損傷（AKI）是膿毒癥患者的常見并發(fā)癥，并且與發(fā)病率和死亡率增加密切有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)[15]，急性腎損傷患者的外泌體攜帶表達的GPRC5B 可促進細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）激活及促進腎小管生成，提示外泌體可能是膿毒癥誘導(dǎo)急性腎損傷的潛在靶點之一。研究發(fā)現(xiàn)[16]，膿毒性休克患者的外泌體對小鼠的心臟有明顯的促炎癥反應(yīng)作用，隨著iNOs、COX-2 和NF-κB 表達的增加，活性氧水平增加，同時在肝臟中也發(fā)現(xiàn)了氧化應(yīng)激反應(yīng)的增加。Wang G等[17]應(yīng)用脂多糖處理巨噬細胞后，其分泌的外泌體被肝臟吸收，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎性體和caspase-1 的表達上調(diào)、巨噬細胞和中性粒細胞浸潤增加，以及血清中AST、ALT 和LDH 水平明顯升高。免疫細胞所分泌的外泌體可刺激靶細胞的細胞因子釋放、單核細胞趨化和組織因子誘導(dǎo)，還可調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中NO 和前列環(huán)素的產(chǎn)生，最終均可導(dǎo)致多器官功能衰竭和膿毒性休克的發(fā)生發(fā)展[18]。

3.3 外泌體內(nèi)miRNA 在膿毒癥發(fā)病機制中的作用隨著研究不斷深入，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)外泌體內(nèi)miRNA 在膿毒癥發(fā)病機制中起重要調(diào)節(jié)作用[19]。Hashemian SM 等[20]提取膿毒癥小鼠模型內(nèi)皮祖細胞分泌的外泌體，檢測到miR-125b 表達下調(diào)；此外，收集膿毒癥患者血漿，提取內(nèi)皮祖細胞分泌的外泌體，檢測到其miR-15a、miR-34a 和miR-27a 的表達均有明顯下調(diào)。Song Y 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細胞外泌體內(nèi)的miR-146a 可介導(dǎo)M2 巨噬細胞極化，從而使膿毒癥的炎癥反應(yīng)減輕，最終提高小鼠的存活率。Real JM 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，可能是由于血漿來源外泌體中miRNA 介導(dǎo)了炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，最終導(dǎo)致膿毒性休克患者伴隨血管凋亡和心肌功能障礙等并發(fā)癥。另一項研究利用脂多糖刺激小鼠后，獲取小鼠血清源性外泌體，用外泌體干預(yù)另外的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中炎癥相關(guān)miRNA 的表達上調(diào)[23]。Wu X 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮組細胞外泌體可能是通過miR-126 介導(dǎo)關(guān)鍵信號通路，緩解或治療急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征。以上研究結(jié)果均證明外泌體miRNA 在膿毒癥中起關(guān)鍵作用，并且主要參與膿毒癥發(fā)病機制的調(diào)節(jié)。

4 外泌體在膿毒癥中的診斷潛能

不同疾病人群體內(nèi)循環(huán)中的外泌體種類及組分是完全不同的。體內(nèi)外泌體的循環(huán)水平與疾病危重程度相關(guān)。因此，檢測外泌體特異性生物標志物（特殊miRNA 和特殊蛋白質(zhì)種類及表達水平）可作為膿毒癥診斷標志物，最終用于早期診斷膿毒癥。目前，大量臨床實驗研究發(fā)現(xiàn)多種外泌體特異表面標記物可用于膿毒癥早期診斷。有研究對比了膿毒癥伴急性腎損傷患者和正常人尿液外泌體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膿毒癥伴急性腎損傷患者尿液外泌體中的激活轉(zhuǎn)錄因子3（ATF3）水平明顯較高，且ATF3 的表達上調(diào)與急性腎損傷的加重成正相關(guān)[25]。Zhang GS 等[26]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可以根據(jù)ICU 患者循環(huán)血中外泌體的miR-34a 表達的上調(diào)與miR-15a 及miR-27a的表達下調(diào)來判斷并鑒別是否合并膿毒性休克。Reithmai M 等[27]提取膿毒癥患者、膿毒癥休克患者及健康人群血清中的外泌體，對其miRNA 成分進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-21-5p 及miR-193a-5p 在不同人群中的表達水平比較具有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異，建議將miR-21-5p 及miR-193a-5p 兩項指標作為診斷膿毒癥的特異標志物。另有研究建議將外泌體中CD105、CD31 及細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子-1 作為診斷膿毒癥的特異性生物標志物[28]。以上大量研究結(jié)果均證明外泌體特異表面標記物具備早期診斷膿毒癥的潛能。

5 外泌體在膿毒癥中的治療潛能

利用外泌體本身特性結(jié)合細胞類型或組織特異性的特點，可以通過特定靶向性制定有效的全身炎癥治療的方案。將藥物包裹或負載于外泌體內(nèi)制備一種新的靶向藥物遞送系統(tǒng)，為臨床治療膿毒癥及伴隨癥提供新的研究方向。一些學(xué)者建議將間充質(zhì)干細胞外泌體作為治療肺損傷的靶向藥物載體[29]。Jia P 等[30]通過基因工程手段上調(diào)外泌體中miR-21的表達，結(jié)果顯示可以明顯減輕膿毒癥條件下的細胞凋亡，并降低促炎因子的產(chǎn)生，為臨床治療膿毒癥提供新的思路。Qiao L 等[31]采用高表達miR-21-5p的外泌體治療心肌梗死小鼠模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-21-5p 可抑制小鼠心肌細胞凋亡，并可促進心臟血管的新生進而改善心臟功能。以上大量研究結(jié)果均可證實多種外泌體（尤其其內(nèi)在信息分子）具備高效的治療膿毒癥潛能。

6 總結(jié)與展望

外泌體在膿毒癥及多器官功能障礙的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。由于其內(nèi)部包含多種生物活性分子，使其成為早期診斷膿毒癥的最佳選擇，且作為關(guān)鍵載體在膿毒癥的診療方面也具有重要應(yīng)用前景。目前，針對外泌體或其內(nèi)部miRNA 診斷及治療膿毒癥及其并發(fā)癥的相關(guān)研究已取得廣泛的成果。由于外泌體攜帶無數(shù)的信號分子、促炎因子和激活細胞信號通路關(guān)鍵因子，因此其在膿毒癥中發(fā)揮多效作用。未來可作為膿毒癥特異性生物標志物以及作為治療藥物的靶向載體，發(fā)揮作用，其內(nèi)部具體信號分子在膿毒癥病理生理學(xué)的作用及影響可能將是未來研究的熱點方向。