外泌体源性miRNA：心血管疾病新的生物标志物

施冰，李俊峡

外泌体源性miRNA：心血管疾病新的生物标志物

施冰1，李俊峡2

外泌体是一类大小约30～100 nm具有脂双层膜的囊状结构，内含来源于分泌细胞的蛋白质、microRNA（miRNA）、circular RNA（creRNA）、mRNA、DNA等生物分子[1]。细胞将miRNA浓集在一起，包装进外泌体，而后外泌体被释放到细胞间隙。外泌体内包裹的miRNA与相关蛋白复合物一起到达临近或远端细胞内。miRNA进入受体细胞后，可沉默靶基因，从而调节受体细胞功能。由于外泌体在细胞通讯方面呈现出与传统细胞通讯途径不同的一种独特的通讯方式，日渐成为一种新型的疾病诊断的生物标记物和治疗靶点。本文将外泌体源性miRNA在心血管疾病的研究进展进行简要综述。

1 外泌体生物学功能

外泌体既可存在于大多数体液如血浆、尿液、唾液、乳汁、支气管肺泡灌洗液、脑脊髓液、羊水、胸水、腹水等，也可存在于各种细胞培养液中。外泌体表面存在有相同特征的标记蛋白如CD63，CD81等，可作为外泌体的标记蛋白，用于外泌体鉴定[2]。分泌外泌体的细胞，无论在生理还是病理情况下，都可持续分泌外泌体。来源于细胞的外泌体携带有来源细胞的蛋白和核苷酸，具有细胞种属特异性，可以在病理和生理情况下反映来源细胞的生理状态。

2008年Taylor[3]研究发现，来自卵巢癌患者的卵巢组织外泌体和来源于卵巢癌患者血清外泌体中，8个先前作为卵巢癌诊断标记物的miRNAs的表达水平均显著升高。而在健康对照者的血清外泌体中未发现这8个miRNAs的表达。Taylor的研究提示，来源于病灶细胞的外泌体可进入机体的循环系统，具有生物标志物的特性。循环系统中的外泌体miRNA作为一种易于获得的生物标记物，较传统的组织病理切片获取更便捷，循环中的外泌体miRNAs用于协助癌症的诊断。

2 外泌体源性miRNA与心肌损伤

文献报道，心肌细胞可以释放外泌体[4,5]。培养条件不同，心肌细胞释放的外泌体中的蛋白和mRNA的含量可发生显著变化[6]。miR-1和miR-133a具有心肌组织特异性，可应用于心肌梗死的辅助诊断。Widera[7]检测了444例急性冠脉综合征患者血浆外泌体miRNA表达，发现四种心肌组织特异性miRNAs（miR-1，miR-133a，miR-133b，miR-208b）在心肌梗死患者外周血中表达升高。推测这些miRNAs可能由缺血坏死的心肌组织通过外泌体途径释放。Wang[8]检测了51例急性心肌梗死患者和28例健康对照者外周血中miR-133和miR-328表达水平。与健康对照者比较，急性心肌梗死患者外周血中miR-133表达水平增加了4.4倍。急性心肌梗死患者全血和血浆中miR-328表达水平分别增加了10.9倍和16.1倍。急性心肌梗死后7 d，患者外周血中miR-133和miR-328表达水平恢复到与健康对照组相同水平。不仅血液中外泌体源性miRNA表达水平在急性心肌梗死过程中发生变化，心肌梗死患者尿液中外泌体源性miRNA表达水平也可发生显著变化。miR-1是心肌组织特异性miRNA。研究发现，心肌梗死患者不仅外周血中miR-1表达升高，其尿液中miR-1含量也明显升高[9]。研究人员进一步将心肌梗死患者血液中的外泌体通过外周静脉注射的方法注入大鼠体内，发现大鼠尿液中miR-1表达水平显著升高，提示大鼠尿液中升高的miR-1是通过外泌体途径分泌的。大鼠实验结果提示，心肌梗死患者血液和尿液中外泌体源性miRNA具有潜在的作为诊断急性心肌梗死的新的生物标记物的可能性，为心肌梗死的早期诊断开辟了新的探索途径。

心肌梗死后心力衰竭是导致患者死亡的主要原因。Matsumoto[10]采集了21例心肌梗死后心力衰竭患者血清，通过microarray检测了患者血清外泌体中miRNA表达水平，发现心肌梗死后心力衰竭患者血清中miR-192表达水平显著升高。进一步研究发现，与miR-192同属于p53基因相关的miR-194和miR-34a的表达水平，与心肌梗死后心力衰竭状态下左心室舒张功能有明显的相关性。Huang等研究人员通过高通量测序分析了人血浆外泌体miRNA表达谱[11,12]，发现表达丰度较高的miRNAs有hsa-miR-451，hsa-miR-16，hsamiR-19b，hsa-miR-15a，hsamiR-223，hsa-miR-486，hsamiR-181b，hsa-miR106a和hsa-let-7i等。GO和KEGG功能富集分析提示，外泌体源性miRNA表达水平与疾病的发生发展密切相关[13,14]。上述研究提示，血液中外泌体源性miRNA可能成为心肌梗死后心力衰竭早期诊断的新的生物标志物。

3 外泌体源性miRNA与血管损伤

血管内皮细胞受损、平滑肌细胞增殖是造成血管动脉粥样硬化的主要原因。研究发现，在血管内膜受损的早期阶段，血管平滑肌细胞分泌的外泌体使核磷酸钙晶体化，促进了血管钙化[15]。这种核磷酸钙晶体化反应可被机体内环境中钙应激进一步加重，加速血管钙化进程。细胞学实验进一步发现，血管内皮细胞和活化的周细胞共培养时，周细胞通常环绕在血管内皮细胞周围并与之进行细胞间通讯，通过外泌体依赖的行为刺激血管新生[16]。将富含miR-143/145的外泌体通过静脉注射法，注入ApoE(-/-)敲除的动脉粥样硬化小鼠体内，可见主动脉粥样硬化斑块消退，提示富含miR-143/145的外泌体具有消退动脉粥样硬化斑块的治疗潜能。血管内皮细胞通过转运对剪切应力反应的富集miR-143/145的外泌体，进一步控制共培养的血管平滑肌细胞中靶基因表达，抑制内膜增殖和粥样硬化发生[17]。

血管内皮细胞源性的外泌体可通过调控miR-214的表达，刺激受体细胞迁移和血管生成[18]。应用慢性低氧介导的肺动脉高压小鼠模型研究发现，小鼠静脉内注射骨髓干细胞起源的外泌体可抑制肺血管重塑和肺动脉高压形成。作用机制考虑与外泌体抑制了肺动脉内皮细胞内的STAT3信号通路有关[19]。另一项研究发现，将来源于野百合碱介导的肺动脉高压小鼠的血浆外泌体注入非疾病动物体内，可介导肺动脉高压形成[20]。

不同细胞源性的外泌体具有不同的生物学功能。将来自心脏瓣膜置换术后患者的心脏前体细胞（CPCs）中获得的外泌体注入心肌梗死大鼠体内，可见大鼠心肌有更少的心肌细胞凋亡，更多的新生血管，左室射血分数提高[21]。该研究提示心脏前体细胞分泌的外泌体，可抑制心肌细胞凋亡，促进血管内皮细胞增殖，促进新生血管生成。将miR-146a注入小鼠心肌梗死模型体内，可产生上述部分相同效果。提示心脏前体细胞分泌的外泌体内可能富含miR-146a[22]。此外，在多柔比星介导的扩张性心肌病小鼠模型体内注入心脏前体细胞分泌的外泌体，也可减轻心肌细胞凋亡和心肌纤维化[23]。小鼠心肌缺血/再灌注损伤模型发现，来自间充质干细胞的外泌体可以通过Akt和GSK-3β信号通路，缩小心肌梗死面积和改善心功能[24-26]。在体实验和细胞培养实验都提示，循环中的外泌体具有心肌保护作用，可保护心脏和心肌细胞免受缺血/再灌注损伤[27]。外泌体膜上的HSP70与心肌细胞内的TLR4受体相互作用，导致MAPK/ERK1/2 信号通路激活，发挥心脏保护作用[28]。

4 展望

近年来，外泌体源性miRNA作为疾病诊断和预后评估的生物标志物已逐渐成为研究热点。外泌体作为一种介导细胞间信号传导的载体，参与了多种疾病的病理生理变化。外泌体源性miRNA能够被外泌体膜结构较好的保护而避免被分解，这一特点极大地提升了外泌体源性miRNA作为各种疾病早期诊断的生物标志物的可行性，具有重要研究价值。目前，关于外泌体源性miRNA在心血管疾病的研究希望在以下几个方面有所突破：①简便宜行的外泌体提取和验证技术；②外泌体源性miRNA参与疾病发生发展的机制；③探索外泌体作为药物呈递载体，进行心血管疾病靶向治疗的可行性。

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R541

A

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孙竹