外泌体在心肌梗死治疗中的新启示

王海龙，孙长斌，田进伟

（哈尔滨医科大学第二附属医院：1心内科，2心肌缺血教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨150001）

外泌体在心肌梗死治疗中的新启示

王海龙1，2，孙长斌1，2，田进伟1，2

（哈尔滨医科大学第二附属医院：1心内科，2心肌缺血教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨150001）

0 引言

冠状动脉粥样硬化疾病是最多发的心血管病，其中心肌梗死的发生率和死亡率高居全世界首位，其发生发展是动态的、复杂的，随着时间的变化，病理生理过程不断地改变，导致不良的心肌重塑［1－3］．虽然在急性心梗后能做心脏搭桥，冠脉介入，恢复血管血流，减轻心脏损害，但仍需要新的治疗方法促进急性期后的心肌修复，减少不良的心肌重塑．目前通过干细胞移植治疗心肌梗死，减少梗死范围，修复心脏功能已成为研究热点．最近实验［4］证明移植细胞不仅可以替代损伤的心肌细胞，更重要的是其释放的外泌体具有恢复心功的能力．外泌体作为细胞和组织间的媒介，富含促进血管生成，抗凋亡，促进有丝分裂和促进生长的因子，可诱导恢复心肌，减少心肌梗死范围［5］．本文将阐述外泌体在心肌梗死方面治疗中的新启示和在临床中的应用前景．

1 外泌体的概述

1．1 外泌体的起源和组成 细胞释放不同大小的囊泡，包含外泌体、微泡和凋亡体．其中外泌体直径为30～150 nm［6－8］．干细胞、成纤维细胞、肿瘤细胞、内皮细胞等多种类型的细胞都能够通过胞吐的方式释放外泌体，例如，从慢性粒细胞白血病细胞中分泌的miR-16能够进入内皮细胞中，控制内皮细胞调节慢性粒细胞白血病细胞的粘附和转移能力［9］．此外，也可以从体液如尿液、血液、精液、前列腺液中分离提取．不同细胞起源的外泌体产生步骤基本近似．起初，细胞质膜在环境改变的刺激下凹陷产生早期核内体，之后早期核内体与溶酶体会合，以便一些细胞内容物进入早期核内体，形成腔内小囊泡．这时的早期内体便转成晚期核内体，也叫多囊泡体．接着晚期核内体与细胞膜融合，将其含有的大量小囊泡分泌到细胞外，即形成外泌体［10－12］．外泌体包含一组特定的和相似的表面蛋白如 CD9，CD63，CD81等，其从细胞中释放主要受 RABGTPase（Rab27a／b和 Rab35）的控制［13］；另一方面，缺氧、发热、酒精处理等外界环境的变化能影响外泌体的分泌和其蛋白质含量的变化［14－15］．

1．2 外泌体的作用机制及生理功能 外泌体可以作为细胞与细胞、组织和组织之间联系的桥梁，通过蛋白质，miRNAs，mRNAs的传递来诱导受体细胞生理变化，从而发挥作用．然而，外泌体介导的信号传递机制目前还不是很清楚．最近的研究［16］显示，外泌体可能是通过受体-配体的彼此作用使受体细胞释放介质发挥作用．外泌体参加细胞间通讯传导，细胞间的通信对多细胞生物体的维持具有至关重要的意义．外泌体已被证明能够协调沟通内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞、干细胞和成纤维细胞［17－19］．实验［20］证明来自HL-1小鼠心肌细胞的外泌体含1595种不同的RNA，其中423种可以直接连接生物网络，33种能编码蛋白质的基因，此外，外泌体能够被纤维母细胞吸收，使得外泌体的DNA能够在纤维母细胞中检测到．这些实验表明在心肌细胞之间有一种重要的联系方式运输蛋白质和DNA等物质到受体细胞的外泌体中［21］．外泌体还能够介导免疫调节作用．参与免疫反应的多种细胞均可以产生外泌体，从而介导特异性和非特异性免疫反应．研究［22］表明B淋巴细胞能释放富含主要组织相容性复合体Ⅱ的外泌体，进而将其传递给T淋巴细胞，发挥免疫作用．

2 不同来源的外泌体对心脏的保护作用

2．1 内皮细胞源的外泌体 血管内皮细胞通过释放外泌体与心肌细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞交流信息．经过肿瘤坏死因子TNF-α处理过的外泌体能够过度表达细胞粘附蛋白［14，23］．研究［24］发现来自于内皮细胞的外泌体可以通过miR-214作用于受体内皮细胞，加速血管生成．在产后心肌病的模型中，16-kDa N-末端催乳素片段能够诱导内皮细胞释放富含miR-146a的外泌体．外泌体能够被心肌细胞所接受，进而提高miR-146a在心肌细胞中的浓度，抑制miR-146a的靶基因，从而抑制心肌收缩功能．使用核酸锁或者miRNA拮抗剂阻断miR-146a能够减轻产后心肌病［25］．这些发现证明了内皮细胞释放的外泌体的多效性，以及外泌体能够作用于心肌细胞和受体内皮细胞，起到保护心脏的作用．

2．2 心脏祖细胞源的外泌体 Barile等［26］通过行miRNA芯片分析技术研究发现，来自于人心脏祖细胞的外泌体带有高水平的miR-132、miR-120及miR-146a-3p，并将心脏祖细胞的外泌体注入动物心梗模型中，外泌体高水平的miRNA可通过激活下游靶蛋白PTP1b、ephfn A3、PTP1b 及 RasGaP-p120 发挥抑制心肌细胞凋亡和促进血管生成，改善心肌梗死后心脏功能的作用．在活体内，与成纤维细胞的外泌体对比，来自于心球样细胞的外泌体被注入心肌梗死的边界后，能够减少瘢痕组织的产生，减轻纤维化，恢复心脏的能力．然而当预处理的心球样细胞和其外泌体拮抗剂同时存在时，心球样细胞对活体心脏保护的功能消失，心脏祖细胞的外泌体有类似的结果．这两个研究说明了miR-146a在心脏祖细胞和心球样细胞中有极高的水平，并与成纤维细胞的外泌体，相联系．当发生心肌梗死时，缺氧的环境能够促进心脏祖细胞释放外泌体，并且改变外泌体的内容物，增生基因、抗纤维化基因和一系列miRNA的表达会在心脏祖细胞中上调，这些能减少心肌纤维化和增强缺血再灌注损伤后心泵的功能［27］．

上述实验表明了心脏祖细胞源的外泌体在缺血和缺血再灌注损伤时能够抑制活体内心肌细胞的死亡．其促血管生成和抗纤维化对组织修复具有重要的作用．实验［28］表明在心肌梗死后的第21天，心脏瘢痕已经完全形成，向小鼠体内注射心球样细胞源的外泌体，仍然能够减少心脏瘢痕，促进心肌细胞的重生．此外，注射含有心球样细胞源外泌体的成纤维细胞能够减少心肌梗死后心脏的瘢痕和增强心脏的收缩能力［29］．这些研究都对外泌体治疗心梗有重大的启示．

2．3 心肌细胞源的外泌体 关于心肌细胞分泌外泌体的研究［30］发现外泌体内含有多种蛋白质，其中有保护作用的热休克蛋白70和90，也有代表危险信号的热休克蛋白60［30］．葡萄糖缺乏能引起外泌体在心肌细胞的葡萄糖转运蛋白和糖酵解酶中的堆积，促进心肌细胞吸收葡萄糖和糖酵解，保护心肌细胞［19］．

2．4 成纤维细胞源的外泌体 心梗能引起心肌细胞死去，进而造成成纤维细胞增多，促进瘢痕组织产生，瘢痕组织的大量出现最后导致收缩期心功不全．损伤的心脏组织会加速成纤维细胞释放转化生长因子B，使心肌纤维化加剧．各种因素作用于心脏，包括缺血、高血压和各种瓣膜疾病，能够诱导心肌细胞肥厚，主要是通过心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞、炎症细胞释放外泌体进行调节．心脏成纤维细胞能够释放外泌体加速血管紧张素Ⅱ、心肌细胞血管紧张素Ⅱ受体的产生，并促进心肌肥厚［21］．来自于心脏成纤维细胞的外泌体含有高水平的miR-21-3p／miR-21∗，能够促进心脏肥大［17］．这些发现为诊疗心肌梗死后的纤维化和心衰提供了新的思路．

2．5 干细胞源的外泌体 相关研究［31－32］通过中断大鼠冠状动脉前降支血流创立心梗模型，然后立刻向大鼠尾静脉射入人脐带间充质干细胞来源的外泌体，4周后发现与对照组相比心脏纤维化程度明显降低，左室收缩功能明显增强．间充质干细胞起源的外泌体在缺血再灌注损伤后能够提高ATP的浓度，缓解氧化应激，增强心肌细胞的生存能力［33］．这些研究表明干细胞能够分泌外泌体降低心肌梗死后心脏的创伤．

2．6 血浆源的外泌体 据报道称，向缺血再灌注大鼠模型尾静脉注射来自于健康血细胞的外泌体能够起到保护缺血心肌的作用．进一步研究［34］发现外泌体是经过内源性信号如保护心脏的热休克蛋白70和Toll样受体4结合发挥作用的．

3 目前已研究发现的外泌体在心肌梗死中的保护作用及作用机制

Khan等［35］研究发现来自于小鼠胚胎干细胞的外泌体能够增强受损心脏的功能．免疫组化等试验证明其能够促进血管的生成，减少心肌纤维化及心肌梗死面积．基因芯片分析证明外泌体中拥有差异表达的miR290-295，携带miR294的外泌体进入心脏祖细胞，促进其存活、增殖．该研究首次证实胚胎干细胞在心梗治疗中的作用．另一项研究［28］发现来自于心脏祖细胞的外泌体能够复制心脏祖细胞介导的治疗效果，利用某些技术阻断外泌体分泌，心脏祖细胞对小鼠梗死的心脏保护作用减少，如今已被证实心脏祖细胞对心脏的保护作用主要是通过释放富含miR-146a的外泌体．心脏祖细胞也被证实能够通过释放外泌体促进血管生成，也能促进体外心肌细胞的生存［19］．外泌体表面有多种标志蛋白如 CD63，CD81，热休克蛋白HSP70，研究发现外泌体通过其膜表面上的热休克蛋白HSP70结合到受体细胞膜表面的toll样受体4（TLR4）上，从而发挥保护心脏的作用．心肌梗死后HSP含量提高．其下游机制是通过ERK1／2磷酸化启动p38MAPK，最终使另一种热休克蛋白HSP27磷酸化．通过抗体中和HSP70或者阻断TLR4可抑制心脏保护作用和ERK1／2和p38MAPK的磷酸化．综上所述，外泌体在心脏保护中起到重要的作用［37］．

4 展望

外泌体是细胞与细胞之间，组织与组织之间联系的重要媒介，经蛋白质，miRNAs，mRNAs的传递来诱导受体细胞生理变化从而发挥作用，能够作为药物活性成分或者作为携带药物的载体减少心肌梗死后心肌细胞的丢失，心肌纤维化和瘢痕组织的形成．为心肌梗死的诊断、治疗、预后判断提供了新的思路．尽管外泌体的研究如今正处于初级阶段，将外泌体注入心脏后半衰期时间过短，直接注入心脏途径风险过大，但随着其分离、提取、提纯技术的不断进步，吸引了越来越多研究人员的关注．然而，外泌体在细胞内的作用机制目前尚未明确，值得广大研究人员去探索，相信在不久的未来，外泌体能够作为非细胞疗法为治疗心肌梗死奠定基础．随着研究的不断深入，外泌体将作为新的诊疗手段在心血管领域发挥重要的作用．

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The new revelation of exosomes in treating myocardial infarction

WANG Hai-Long1，2， TIAN Jin-Wei1，2， SUN Chang-Bin1，21Department of Cardiology，2The Key Laboratory of Myocardial Ischemia， Chinese Ministry of Education， The Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University， Harbin 150001， China

Coronary atherosclerosis disease is the most common cardiovascular disease．Among them， the incidence and mortality of myocardial infarction ranks first in the world．However， the mechanism of cardial repair after myocardial infarction is complicated， there is no good method to treat myocardial infarction．Exosomes play an important role in intercellular and tissue-level communication after myocardial infarction．At present， it is shown that endothelial cells， cardiac progenitor cell， cardiomyocytes，stem cells，fibroblasts and hemocyte can release different kinds of exosomes after myocardial infarction．These exosomes are rich in factors with the effect of promoting angiogenesis， anti-apoptosis，stimulating mitosis and growth in order to induce repair and healing of the cardiomyocyte and reduce infarct size．Therefore， exosomes may serve as diagnosis and prognosis biomarkers of myocardial infarction，which will become a new treatment for myocardial infaction．In this paper， we will discuss the new revelation of exosomes in treating myocardial infarction and its clinical application．

exosome； myocardial infarction； treatment； revelation

冠状动脉粥样硬化疾病是最多发的心血管病，其中心肌梗死的发生率和死亡率高居全世界首位，但是，心肌梗死后心肌的修复机制非常的复杂，至今为止没有较好的方法治疗心肌梗死．外泌体作为细胞和组织间的关键媒介，在心肌梗死后扮演不可或缺的角色．目前相关研究发现，在心肌梗死后内皮细胞、心脏祖细胞、心肌细胞、干细胞、成纤维细胞和血细胞能够分泌不同类型的外泌体．那些外泌体可以促进血管生成，抗凋亡，增进有丝分裂，促进生长因子释放，能够诱导修复心肌，减少心脏损伤范围，因此，其或许能够作为心肌梗死诊断和判断预后的重要指标，成为治疗心肌梗死的新手段．本文将阐述外泌体在心肌梗死治疗方面中的新启示以及在临床中的应用前景．

外泌体；心肌梗死；治疗；启示

R542．2＋2

A

2095-6894（2017）12-81-04

2017－01－17；接受日期：2017－02－02

国家自然基金面上项目（81571749）

王海龙．E-mail：877140072＠ qq．com

田进伟．博士，教授，研究员，硕士生导师．Tel：0451-86605180 E-mail：tianjinweidr2009＠ 163．com