外泌體在心肌疾病中的研究進(jìn)展

趙云鑫 張 貝

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，山東濱州 256603

心血管疾病目前仍然是世界上疾病負(fù)擔(dān)的重要原因，心血管疾病很常見，且生存率低，當(dāng)前主要的治療方式仍然無法滿足心血管疾病患者的需求。在心血管疾病中，心肌疾病的種類繁多，病因復(fù)雜，臨床表現(xiàn)多樣，目前各種心肌疾病具體的發(fā)病機(jī)制仍未明確。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體可由心臟和血管細(xì)胞分泌，能介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞和外膜細(xì)胞、心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，以及成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞之間的通訊，影響心血管系統(tǒng)的發(fā)育、損傷、修復(fù)和再生[1]。作為一種新型生物標(biāo)志物，外泌體通過實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的通信為各種心肌疾病的機(jī)制和診療提供了新的途徑。本文主要針對(duì)近年發(fā)現(xiàn)的不同細(xì)胞來源的外泌體在各種心肌疾病中的作用研究進(jìn)展做一綜述。

1 外泌體概述

外泌體是直徑為30～150 nm的具有脂雙層膜的細(xì)胞外囊泡，幾乎可以從所有類型的細(xì)胞產(chǎn)生和釋放[2]。外泌體廣泛存在于各種體液中，通過攜帶微小RNA（microRNA，miRNA）等大量生物分子，將信息從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，在維持周圍細(xì)胞的生理和病理?xiàng)l件起著關(guān)鍵作用。在疾病狀態(tài)下，外泌體可以反映發(fā)生改變的細(xì)胞和組織形態(tài)，通過在體液中檢測(cè)外泌體為疾病的診療提供了新的手段[3]。治療藥物如小分子或核酸藥物也可以摻入到外泌體中，運(yùn)輸?shù)教囟ǖ慕M織或細(xì)胞，完成靶向藥物的運(yùn)送增加局部藥物的濃度，并最大限度地減少副作用，而且外泌體介導(dǎo)的藥物遞送具有低毒性，低免疫原性和高可工程性的特點(diǎn)，有望為各種疾病提高治療效果[4]。

2 外泌體在不同類型心肌疾病中的作用

2.1 擴(kuò)張型心肌?。╠ilated cardiomyopathy，DCM）

DCM是最常見的心肌病，主要表現(xiàn)為左心室或雙心室擴(kuò)大且伴有不同程度的收縮功能障礙。干細(xì)胞來源的外泌體具有其母干細(xì)胞的心臟保護(hù)屬性，且外泌體具有低溫保存期間更穩(wěn)定、無免疫原性、無致畸性及更好地保留潛力的特點(diǎn)[5]。SUN等[6]向DCM小鼠靜脈注射間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體后，小鼠的心臟功能得到改善、心臟擴(kuò)張減弱，而且心肌細(xì)胞凋亡和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)顯著降低，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞來源外泌體還可以抑制心肌組織的炎癥反應(yīng)，改善DCM的炎癥微環(huán)境發(fā)揮保護(hù)作用。NI等[7]發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)層干細(xì)胞來源的外泌體可以通過let-7i/YAP通路減輕阿奇霉素誘導(dǎo)的DCM引起的心臟損傷。柳爽爽等[8]向DCM大鼠尾靜脈注射人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體后能顯著降低心肌纖維化程度，改善大鼠心臟功能。因此通過干細(xì)胞外泌體可能為DCM帶來更有效的治療方式。

2.2 肥厚型心肌?。╤ypertrophic cardiomyopathy，HCM）

HCM在年輕人尤其是運(yùn)動(dòng)員的發(fā)病率和病死率中占相當(dāng)大的比例，心肌細(xì)胞肥大和纖維化是困擾HCM心功能不全和心律失常的主要組織學(xué)異常，目前針對(duì)HCM的治療手段主要在于改善癥狀和預(yù)防并發(fā)癥，但對(duì)改變其病程幾乎無作用[9-10]。YF1是心肌球細(xì)胞來源的外泌體中的一段非編碼片段，HUANG等[10]研究發(fā)現(xiàn)YF1可以減少HCM相關(guān)的心肌細(xì)胞肥厚和纖維化信號(hào)通路，改善心臟功能，并且進(jìn)一步通過RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)YF1在基因表達(dá)、調(diào)節(jié)免疫疾病和炎癥反應(yīng)相關(guān)的通路方面具有實(shí)質(zhì)性和廣泛的改變，推斷YF1可能是治療HCM的一個(gè)新的候選靶點(diǎn)。

2.3 缺血性心肌病

氧化應(yīng)激在冠心病的發(fā)展中起著重要作用，在氧化應(yīng)激期間，細(xì)胞釋放的外泌體可以通過介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)，改變受體細(xì)胞的防御機(jī)制，增強(qiáng)對(duì)氧化應(yīng)激的抵抗力[11]。缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF1）是一種轉(zhuǎn)錄因子，介導(dǎo)對(duì)缺血的適應(yīng)性反應(yīng)。ONG等[12]將心臟祖細(xì)胞與攜帶HIF1的非病毒微圓質(zhì)粒共同遞送到小鼠的缺血心肌中，發(fā)現(xiàn)HIF1可以使內(nèi)皮細(xì)胞分泌富含miR-126和miR-210的外泌體，通過激活促生存激酶，增加血管生成和減少代謝需求來改善對(duì)缺血性應(yīng)激的耐受性。DAWKINS等[13]建立缺血性心肌病豬模型，將心肌球細(xì)胞來源外泌體注射到心臟延遲傳導(dǎo)區(qū)域，其誘發(fā)室性心律失常的能力被顯著抑制，心肌球細(xì)胞來源外泌體可以減少心肌瘢痕，抑制緩慢傳導(dǎo)的電通路，通過抗纖維化的作用改善電路傳導(dǎo)，而且有抗炎、促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖作用，協(xié)同降低致心律失常的底物，也改善了左心室的結(jié)構(gòu)和功能。研究證實(shí)了心肌球細(xì)胞來源外泌體在缺血性心肌病中的抗心律失常作用，為缺血性心肌病并發(fā)室性心律失常的預(yù)防提供了新策略。

3 外泌體與心肌炎

心肌炎可由感染、免疫系統(tǒng)激活或接觸藥物而發(fā)生，其中病毒感染是最常見的病因。ZHANG等[14]從暴發(fā)性心肌炎、非暴發(fā)性心肌炎和健康對(duì)照者中收集外周血樣本后分析循環(huán)外泌體miRNA譜，發(fā)現(xiàn)血清中外泌體miRNA可作為診斷暴發(fā)性心肌炎的潛在標(biāo)志物?？滤_奇B3病毒（coxsackievirus B3，CVB3）是引發(fā)心肌炎最常見的病毒，可以引起病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）中的氧化應(yīng)激反應(yīng)及細(xì)胞凋亡過程。LI等[15]研究表明心臟祖細(xì)胞來源外泌體可以在CVB3感染的細(xì)胞中發(fā)揮抗凋亡作用，并且CVB3大鼠體內(nèi)肌酸激酶同工酶和心肌肌鈣蛋白I的增加在外泌體注射后得到恢復(fù)，證明了心臟祖細(xì)胞來源外泌體對(duì)VMC的心臟保護(hù)作用。GU等[16]向VMC小鼠尾部靜脈注射間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體后，明顯減輕了VMC小鼠的心肌病理損傷、減少了炎癥浸潤(rùn)和炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，改善了心臟功能，此外間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體還可以顯著抑制CVB3誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。以上研究表明，不同細(xì)胞來源的外泌體與VMC的機(jī)制相關(guān)，可能為VMC的診療提供新方法。

4 外泌體與其他類型的心肌疾病

4.1 尿毒癥性心肌?。╱remic cardiomyopathy，UCM）

UCM是慢性腎病患者的嚴(yán)重并發(fā)癥，UCM患者會(huì)出現(xiàn)病理性心臟重塑，包括肥大、纖維化和炎癥。細(xì)胞焦亡是伴隨炎癥反應(yīng)的程序性細(xì)胞死亡的一種形式，于1992年首次在巨噬細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，在心血管疾病的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用[17]。WANG等[18]首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡與UCM的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，巨噬細(xì)胞不僅通過分泌細(xì)胞因子、自身啟動(dòng)炎癥信號(hào)影響心肌重塑和炎癥，還可以分泌富含有miR-155的外泌體，釋放到心肌細(xì)胞胞漿中，促進(jìn)心肌細(xì)胞焦亡和UCM改變。在阻斷外泌體的分泌后抑制了小鼠的細(xì)胞焦亡，并改善了UCM，表明通過直接抑制miR-155或阻斷巨噬細(xì)胞來源的miR-155外泌體的分泌可能是針對(duì)UCM一種新的治療途徑。

4.2 糖尿病心肌病

血液中的高葡萄糖水平可導(dǎo)致內(nèi)皮功能和微血管生成障礙，心肌血管生成障礙是糖尿病引起的缺血性心血管疾病的主要表現(xiàn)[19]。WANG等[20]發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠心肌細(xì)胞分泌富含miR-320的外泌體，抑制心肌內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和導(dǎo)管形成，表明糖尿病心肌病中的血管生成障礙可能是含有miR-320的外泌體發(fā)揮抗血管生成作用所致。WANG等[21]另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)糖尿病心肌細(xì)胞分泌的外泌體中熱休克蛋白20（heat shock protein 20，HSP20）的含量低于正常外泌體，在誘導(dǎo)高表達(dá)HSP20的轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生糖尿病后，HSP20的過度表達(dá)顯著減輕了糖尿病引起的心功能障礙、細(xì)胞凋亡、纖維化和微血管生成障礙。內(nèi)皮細(xì)胞也可以通過釋放外泌體而影響心肌細(xì)胞功能。HU等[22]研究表明糖尿病中的微血管內(nèi)皮細(xì)胞可以通過釋放外泌體，啟動(dòng)放大心肌細(xì)胞損傷，使細(xì)胞凋亡加重，損害心臟功能。ZHANG等[23]發(fā)現(xiàn)在高葡萄糖狀態(tài)下，心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的外泌體可以介導(dǎo)成纖維細(xì)胞的活化，展示了外泌體在控制心臟纖維化方面的潛在應(yīng)用。以上研究表明，外泌體參與糖尿病心肌病的病理過程，可能是干預(yù)糖尿病心肌病進(jìn)展的新手段。

4.3 膿毒性心肌病

膿毒性心肌病是膿毒癥嚴(yán)重的并發(fā)癥之一。熱休克蛋白A12B（heat shock protein A12B ，HSPA12B）主要在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙可以造成膿毒癥誘導(dǎo)的器官功能障礙和凋亡。TU等[24]建立野生型和特異性HSPA12B缺陷膿毒癥小鼠模型，發(fā)現(xiàn)HSPA12B缺陷膿毒癥小鼠的死亡率更高、心功能障礙更嚴(yán)重，表明膿毒癥誘發(fā)的心肌病和死亡率與HSPA12B的內(nèi)皮細(xì)胞缺乏有關(guān)，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞HSPA12B可以通過外泌體分泌釋放，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在該團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)研究中，還證實(shí)外泌體中miR-126可以通過抑制心肌黏附分子表達(dá)和減少免疫細(xì)胞積聚對(duì)膿毒癥所致的嚴(yán)重心肌病起到保護(hù)作用[25]。PEI等[26]發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體可以通過轉(zhuǎn)運(yùn)miR-141恢復(fù)膿毒癥小鼠的心肌功能，減輕細(xì)胞凋亡和心肌損傷，可能為膿毒性心肌病提供新的診療思路。

總之，不同類型心肌疾病發(fā)生機(jī)制不同，外泌體可通過攜帶的生物分子影響不同生理病理狀態(tài)下細(xì)胞之間的通信功能參與心肌疾病的發(fā)生、發(fā)展。外泌體作為傳遞信息的介質(zhì)參與了各種心肌疾病的炎癥、纖維化、內(nèi)皮細(xì)胞障礙等發(fā)展過程，與各種心肌疾病進(jìn)展心力衰竭的過程也息息相關(guān)。

5 展望

心肌疾病病因復(fù)雜，種類繁多，且當(dāng)前發(fā)病機(jī)制仍未明確。隨著針對(duì)外泌體研究的進(jìn)展，作為傳遞生物信息的載體，外泌體在各種心肌疾病中的作用越來越被發(fā)現(xiàn)，可能為心肌疾病的診斷及治療提供新的更有效的方式。然而，準(zhǔn)確、有效和有選擇地識(shí)別、分離和量化外泌體仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。外泌體與各種心肌疾病的相關(guān)性研究具有廣泛的前景。