外泌体在脓毒性心肌病中的作用机制研究进展

葛建辉

脓毒症是患者收治在ICU的主要原因之一，并且与患者的高发病率和死亡率密切相关[1]。当患者发生感染后，细菌毒素的超抗原与主要组织相容性复合体（MHC）和T细胞受体（TCR）以及模式识别受体（PRR）相结合，如 Toll样受体（TLR）活化[2]。这些过程将触发免疫系统的各种细胞如巨噬细胞，树突状细胞和T细胞的激活，从而释放大量细胞因子诱发炎症过程，并且会抑制或激活细胞系统中的各种途径，如TNF-α和IL-1激活核转录因子κB（NF-κB）[3]。除了诱导活性氧（ROS）外，这些细胞因子还会诱导产生IL-6和IL-8等促炎性细胞因子，高浓度的炎性细胞因子和ROS会导致血管内皮损伤，进而导致结构和分子功能障碍，也会导致心肌功能障碍[4]。研究显示约50%的脓毒症和脓毒性休克患者会出现不同程度的心肌功能障碍，而一旦出现心肌功能障碍，其病死率高达70%～90%[5]。有关脓毒性心肌病发病机制尚未明确，目前的研究认为引起脓毒症心肌收缩功能障碍的发病机制主要包括：线粒体功能障碍、肌原纤维对Ca2+的反应降低、β-肾上腺素能受体的下调，此外还包括心肌细胞中存在Toll样受体，诱导NF-κB的局部激活，参与细胞因子表达调节的microRNA表达以及外泌体形成等机制[6]。而最新的研究显示在血栓性疾病和严重创伤如感染性休克引起的脓毒性心肌病中，这些外泌体的浓度显著升高，这些外泌体大部分含有促凝血和促炎蛋白[7]。因此，本研究拟对外泌体在脓毒症心肌病中作用机制的研究进展进行综述。

1 还原型辅酶Ⅱ（NADPH）机制

迄今已知内皮细胞凋亡的主要机制是由TNF激活导致caspase-3级联激活，随后被产生的超氧化物调控，表明ROS可能参与到血管细胞的调节中[8-9]。一些研究表明，血小板具有产生ROS的先天能力，主要是超氧化物，以调节其功能[8]。Janiszewski等[9]用流式细胞术对比分析了脓毒症患者及健康人的细胞膜微粒，发现脓毒症患者血浆中的外泌体比健康患者增加了60%，研究表明CD42b和CD61表面的外泌体相似并且表现为血小板源性。这些外泌体还具有与吞噬细胞相似的NADPH氧化酶p22phox和gp91phox亚基，可以通过NADPH氧化酶产生ROS，表明血小板中的ROS可能是通过磷脂酶A2以外的途径产生，并且在心肌病功能障碍的发病机制中具有重要作用[9]。

Azevedo等[10]比较了55例脓毒症休克患者和12例健康患者的外泌体样品，发现脓毒症患者的外泌体可以显著降低离体兔心脏的左心室压力或在乳头肌中产生张力。此外，研究还发现血小板源性外泌体还分别含有与脓毒症心肌功能障碍密切相关的构成型（NOS3和NOS2）和诱导型（NOS2）一氧化氮合酶[11-12]。Ferdinandy等[11]研究也证实给予TNF-α或IL-1-β等细胞因子会增加NOS2和NADH氧化酶的心肌活性导致离体心脏的机械功能受损。Gambim等[12]研究表明脓毒症患者的外泌体中含有较高的NOS，可以增加心肌NO的生成，有助于降低离体兔心脏和乳头肌功能障碍。因此他们认为NO是脓毒症外泌体导致心肌功能障碍的重要通道。总之，这些研究均表明NO可以调节各种组织的细胞凋亡。

2 miRNA-223依赖机制

MicroRNA（miRNAs）是 RNA 的非编码片段，通过与许多mRNA的非翻译区（UTR）相互作用，来调节特定的蛋白质转录。因此单个miRNA可以调节数百种蛋白质的表达[13]。研究表明，miRNAs失调与多种疾病密切相关，如癌症、糖尿病、肥胖症、病毒感染和心血管疾病等[14]。一些研究已经将器官衰竭和死亡率与脓毒性休克患者的miRNA降低水平相关联。有学者研究了214例脓毒症患者发现在死亡患者中有 6 种 miRNA 下调：miR-223、miR-15a、miR-16、miR-122、miR-193 和 miR-483-5p[15]。因此，学者们认为细胞外miRNAs可以作为脓毒症预后的重要生物标志物。

目前在感染性心肌病中，研究最多的microRNA是miR-223，miR-223是一种单核细胞特异性miRNA，其启动子至少包含单核细胞特异性转录因子PU.1以及C/EBP功能性结合位点[16]。与结肠癌、乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌均密切相关[17]，Taibi等[18]最先提出了miR-223与心脏疾病的相关性，并证实了其在多种途径中的调节作用。Tabet等[19]研究证实了miR-223与感染性心肌病的相关性，他们发现细胞外miR-223通过高密度脂蛋白（HDL）进行转运，并且HDL转运的miR-223可以抑制内皮细胞黏附分子1（ICAM-1）的表达，显示了一种细胞外miRNA对不表达该miRNA的细胞发挥调控作用的方式，同时笔者也认为这种转运可能由外泌体完成。而ICAM-1是一种与免疫细胞迁移相关的粘附蛋白，可以增强冠状动脉内皮细胞中的炎症过程，此外他们还发现miR-223可以从巨噬细胞中转移以拮抗炎症，尤其在脓毒症患者中[19]。

尽管循环细胞外miR-223被证实在心脏疾病中发挥作用，而Wang等[20]首次证实了miR-223与脓毒症心脏功能障碍中的相关性，研究比较了野生型、miR-223及其双链miR-223敲除的脓毒症小鼠模型。结果显示，miR-223敲除模型小鼠的心脏功能紊乱加剧，致死率增加。此外，他们还评估了脓毒症小鼠心脏中炎性细胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的产生，结果显示心肌细胞中TNF-α和IL-1β的产生增加，这表明miR-223的缺失加剧了内皮细胞和心肌细胞的炎性反应。笔者还注意到miR-223/-223负调节STAT3，这是一种与各种自身免疫性疾病有关的转录因子，并且发现Sema3A在小鼠心脏中的过表达与脓毒症诱发的炎症反应和心功能不全有关[20]。在Wang[21]的后续研究中发现心功能不全中起主要作用的miR-223是外源性的，他们发现含有miR-223的间充质干细胞（MSC）来源的外泌体在多种微生物败血症中引起了心脏保护。尽管在心脏组织中未发现MSC，但他们表明给予miR-223-KO MSCs并不能改善动物存活和心脏功能，这意味着含有miR-223的MSC衍生的外泌体可能在脓毒性心肌病中发挥作用。

综上所述，外泌体在脓毒性心肌病中的作用可以分为两种主要机制：NADPH和microRNA-223。其中血小板衍生的外泌体在脓毒症患者的血液中浓度增加，导致内皮细胞损伤速率增加，并进一步扩散到其余心肌细胞。此外，MSC衍生的外泌体含有miR-223，其是与心脏保护相关的miRNA，在感染性休克患者的血液中发现的量较少，但对脓毒症患者的心脏功能障碍和病死率的影响更大。