外泌体在心肌梗死治疗中的作用研究进展

蔡婉垠 杨 简 范致星 王辉波 曾 萍

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

外泌体在心肌梗死治疗中的作用研究进展

蔡婉垠 杨 简 范致星 王辉波 曾 萍

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

心肌梗死(MI)；外泌体

心肌梗死(MI)是冠心病的严重类型,它可造成心肌细胞不可逆的损伤和丧失，最终导致心力衰竭，甚至引起死亡。MI发病率呈逐年渐上升趋势，死亡率也极高，MI及其相关并发症对社会和卫生保健系统都构成了巨大威胁。尽管在MI急性期进行以下治疗可减轻心肌损伤，比如：冠状动脉搭桥术、冠状动脉球囊扩张术和药物溶栓治疗，但为了完善MI急性期治疗方案，提高患者生活质量，仍有必要探寻新的治疗方法。近年来，人们发现用干细胞治疗MI能恢复心脏组织体积并延缓心力衰竭〔1〕。大多数研究表明，间充质干细胞(MSC)对MI的治疗作用是通过旁分泌因子介导的〔2〕，干细胞通过旁分泌方式释放可溶性因子，促进心脏组织再生和修复〔3〕。外泌体是MSC通过旁分泌方式产生的主要介质〔4〕，它能减小MI面积、改善梗死后的心脏功能，其作为一种心脏保护因子将成为MI治疗的新希望。结合近年来有关外泌体的主要研究，本文总结归纳了外泌体在治疗MI中的作用及相关机制，并对外泌体在临床研究中的相关结果进行简要介绍。

1 外泌体简介

上世纪80年代中期，Johnstone〔5〕第1次报道网织红细胞释放的转铁蛋白受体与小的质膜囊泡有关，这种通过胞吐作用产生的小泡在100 000 g超速离心90 min时被发现并被命名为外泌体。细胞可分泌多种囊泡，外泌体是其中之一，其他分泌囊泡还包括微泡、核外粒体、颗粒膜、外泌体样小泡和凋亡小体。研究表明，外泌体是由多种不同类型的细胞分泌的，包括内皮细胞、成纤维细胞、肥大细胞、T细胞、血小板、施万细胞、肿瘤细胞和精子〔6〕。它们也在体液中被发现，比如尿液、 母乳、唾液以及支气管灌洗液〔7〕。

外泌体直径为40～100 nm，在蔗糖溶液中的浓度为1.13～1.19 g/ml,可以在100 000 g时沉淀。外泌体膜上有丰富的胆固醇、鞘磷脂和神经酰胺，其中包含多种蛋白质和RNA，大多数外泌体都有一套进化上相对保守的蛋白质，包括4次跨膜蛋白超家族(CD81、CD63、CD9)、细胞程序性死亡相关基因-2相互作用蛋白X(Alix)和肿瘤易感基因(Tsg)101，它们都有独特的组织/细胞特异性蛋白，利用这些蛋白可以反映出它们的细胞来源。MSC是一种成人干细胞，起源于中胚叶，它们在治疗包括MI、肝纤维化、活性氧损伤以及肾损伤在内的组织损伤中有巨大潜能，不同组织来源的MSC在心肌损伤中的治疗效果相似，研究表明，MSC的治疗作用可能由其分泌的外泌体来实现，并提示用外泌体代替MSC治疗可能避免MSC造成的潜在风险(在心脏再生治疗中，MSC的应用有免疫反应性和致瘤性)，因此，用外泌体代替MSC治疗MI将为心脏再生治疗提供新思路〔7〕。

2 外泌体在MI中的作用及机制

心肌组织能释放外泌体，外泌体出现在MI的边缘区，可以介导内皮细胞、平滑肌细胞、心肌细胞、干细胞和成纤维细胞之间的信息传递，MI发生后，外泌体在细胞间近距离和远距离的信号传递中起重要作用〔6〕。

2.1 外泌体通过增加ATP产生、减少氧化应激和诱导PI3K/Akt信号通路发挥抗MI作用 在再灌注1 h内，外泌体能极大增加心脏组织中ATP和NADH的水平，这是由外泌体中的糖酵解酶使糖酵解增强引起的，因此，外泌体能为受损的心肌提供能量，从而使心功能在一定程度上得到改善；外泌体中含有抗氧化剂，如：抗氧化蛋白和谷胱甘肽-S-转移酶，它们能补充缺血再灌注损伤心肌中耗尽的抗氧化剂，因此可减轻心肌细胞氧化损伤；外泌体中存在具有酶活性的CD73，它被证明是细胞外腺嘌呤核苷酸释放的腺苷形成的主要酶，它能利用胞外的ATP产生腺苷，从而激活再灌注损伤挽救激酶(RISK)信号通路并增强心肌活力，RISK中PI3K/Akt通路在限制再灌注损伤中具有重要意义，故外泌体能减轻再灌注损伤〔2〕。

2.2 外泌体能减少白细胞浸润 临床研究中表明MI面积与白细胞计数呈正相关〔8〕，外泌体应用后白细胞计数减少，这可能是心肌损伤程度降低导致的〔2〕，由此可以得出MI面积的减少和心功能的改善与用外泌体处理后导致的低白细胞有关。

2.3 外泌体介导细胞之间的信息传递 当用心脏祖细胞(CPC)和缺氧诱导因子(HIF)-1处理心肌细胞时，心功能得到改善，高表达HIF-1的血管内皮细胞释放的外泌体能被梗死区植入的CPC摄取，增加了CPC中miR-126和miR-210的水平，这表明miRNA可以通过外泌体来传输并参与细胞间通讯。在糖尿病小鼠试验模型中，由心肌细胞释放的富含miR-320的外泌体能够被内皮细胞摄取。多数试验表明，外泌体能向受体细胞传送蛋白质和遗传信息〔6〕。因此，细胞可以通过外泌体将信号传递给受体细胞，从而介导细胞之间的信号传递。

3 MSC分泌的外泌体在MI治疗效果中的研究

试验模型中，用外泌体处理缺血再灌注小鼠后，极大地减小了小鼠MI面积〔9〕。Arslan等〔2〕表明，在急性MI小鼠模型中，胚胎干细胞(ESC)来源的MSC分泌的外泌体能改善心脏功能。受MSC分泌的胞外小泡(EVs)作用后，人类的脐静脉内皮细胞可发生增殖和迁移，同时在AMI小鼠模型中，注射MSC分泌的EVs能极大减小梗死面积、恢复心脏功能、刺激血管生成〔10〕。缺血预处理的小鼠MSC分泌的外泌体中含有大量的miR-22，将其作用于AMI小鼠后，这种富含miR-22的外泌体通过下调甲基化CpG结合蛋白2发挥抗心肌凋亡作用〔11〕。

离体试验表明，在缺氧情况下，MSC释放的富含趋化因子受体(CXCR)4的外泌体转入心肌细胞后，增加了心肌细胞存活率，这与PI3K/Akt信号通路的激活有关；在体实验表明，富含CXCR4的外泌体预处理心肌细胞后，促进了血管生成，并表明之后的心功能得到改善，缺氧条件下，高表达CXCR4的MSC增强了促血管生成因子的释放和内皮细胞分化〔12〕。Yu等〔13〕表明，高表达GATA4(一种转录因子)的MSC释放更多的生长因子和促进内皮细胞介导的血管生成，富含GATA4的外泌体高表达不同种类的miRs,尤其是抗凋亡的miRs，用富含GATA4的外泌体和不含GATA4的外泌体培养心肌细胞，发现富含GATA4的外泌体培养的心肌细胞中miRs含量明显增加，而后者无明显增加，缺氧环境下，高表达GATA4不仅能促进MSC向心肌细胞分化，而且能增加MSC存活率、减少心肌细胞凋亡、增加血管生成并改善心脏功能。

4 总结与展望

外泌体是由体内多种细胞分泌的一种囊泡，囊泡内包含多种不同的具有生物活性的蛋白质和RNA，外泌体可参与细胞间的相互作用，比如免疫反应、信息传递和抗原呈递，MSC分泌的外泌体能通过增加心肌细胞ATP的产生、减少氧化应激和诱导PI3K/Akt信号通路、减少白细胞浸润和介导细胞间的信息传递来发挥抗心肌凋亡和改善心功能的作用，是MI患者辅助治疗的新希望。而且，MI后外泌体相关数据的检测能作为疾病评估和预后判断的一个新指标。外泌体能用于MI的治疗，但目前关于外泌体治疗MI有效性和安全性的试验仍不足，因此，还需要进行更大规模和更高质量的前瞻性的随机临床试验，来肯定外泌体治疗MI的价值。

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13 Yu B,Kim HW,Gong M,etal.Exosomes secreted from GATA-4 overexpressing mesenchymal stem cells serve as a reservoir of anti-apoptotic microRNAs for cardioprotection〔J〕.Int J Cardiol,2015;182(3):349-60.

〔2016-11-19修回〕

(编辑 李相军)

国家自然科学基金(81470387)

杨 简(1982-)，男，博士，副主任医师，硕士生导师，主要从事冠心病研究。

蔡婉垠(1993-)，女，在读硕士，主要从事冠心病研究。

R714.252

A

1005-9202(2017)09-2313-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.09.108