外泌体在糖尿病及其并发症中的作用研究进展

唐雨婷， 乔佳琦， 许文荣， 钱晖

(镇江市外泌体基础与转化应用高技术研究重点实验室， 江苏省检验医学重点实验室， 江苏大学医学院， 江苏 镇江 212013)

糖尿病是由于胰岛素分泌缺陷或作用障碍所致的，以高血糖为特征的一类代谢性疾病，可由多种细胞和分子途径异常引发(包括突变、丝氨酸磷酸化、基因异常表达等)[1]。我国2019年糖尿病患者达1.16亿，预计到2045年将上升到 1.5亿[2]。机体长期处于高血糖环境，可引发多种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害以及功能障碍。随着病程延长，其代谢紊乱可导致大血管、微血管的慢性进行性病变。探寻糖尿病及其并发症新的诊疗方法具有重要的研究意义和转化价值。近来研究表明，细胞释放的细胞外囊泡，尤其是外泌体(exosomes)，广泛参与分化发育、能量代谢、免疫调节等各种生物学过程[3-5]，在代谢性疾病的发生、发展、诊疗中具有重要作用，本文就外泌体在糖尿病及其并发症中的作用研究做一综述。

1 外泌体概述

外泌体是由多种类型细胞内吞泡膜发生内陷而形成的含有多个小体的多囊泡体，与细胞膜融合后释放到细胞外基质中，直径大小30～150 nm。几乎所有类型细胞都可分泌外泌体，其广泛存在于血液、尿液、脑脊液、腹腔积液等体液中，且不同体液中外泌体可反映不同系统疾病病变，如尿液外泌体可反映泌尿系统、脑脊液外泌体可反映神经系统状况[6]。外泌体富含mRNAs、microRNAs、lncRNAs和蛋白质等，可以介导细胞增殖、细胞分化、细胞存活、免疫调节与组织再生[7]。外泌体还能够通过血液循环到达机体的各个组织与器官，释放内容物影响细胞的生理病理状态，与多种疾病的发生发展密切相关[8]。

在糖尿病研究方面，外泌体有助于识别糖尿病的风险患者，并为临床提供有关其发病机制的信息；可通过携带释放胰岛素原/胰岛素等自身抗原触发自身免疫，激活加速人和大鼠胰岛β细胞的破坏凋亡以及调控胰岛β细胞凋亡增加，引发胰岛β细胞的减少，参与糖尿病进展过程；并通过炎性因子(如IL-6、TNF-α)、脂肪因子(如脂肪细胞蛋白2)介导肥胖相关的胰岛素抵抗参与糖尿病疾病的发生等等[9-10]。总之，近年来外泌体在糖尿病及其并发症诊断与治疗方面的应用前景获得了广泛关注。

2 外泌体与糖尿病

2.1 外泌体在糖尿病诊断中的应用研究

血糖是诊断糖尿病的主要标准，虽检测方法简单且经济有效，但无法提供患者发病机制或疾病进展的相关信息。在糖尿病发生发展过程中，循环外泌体形态及数量随个体的生理或病理条件而变化，提示其作为新型标志物的可能[11]。

研究显示，外泌体可作为载体将miRNAs或其他RNAs通过受体与配体结合方式转运到邻近细胞，并作为生物标志物指示其产生组织或器官的生理或病理改变。1型糖尿病患者中谷氨酸脱羧酶-65抗体、胰岛素抗原-512和胰岛素抗体为其主要自身抗体，由胰岛β细胞分泌的含有自身抗体阳性miRNAs或蛋白质的外泌体可作为1型糖尿病诊断的潜在标志物[12-13]。此外，糖尿病患者体液中循环外泌体显示出较高促凝活性[14]，与正常健康组比较，无论是微血管并发症还是无并发症，所有1型糖尿病患者血小板微粒水平均显著升高，可作为诊断依据之一[14-15]。在糖尿病的发生发展过程中，外泌体含量或内容物会发生异常改变，为外泌体作为新型标志物提供了可能。

2.2 外泌体在糖尿病治疗中的应用研究

外泌体可在细胞间传递生物活性分子，对靶细胞产生明显的生物学效应，理论上为开发新的治疗应用提供了应用基础。外泌体作为治疗载体有以下优点：患者自身血液中分离出的外泌体具备免疫相容性；外泌体因其自身机构特点，可穿过血脑屏障，有更高的组织相容性；外泌体具备与其来源细胞相似的功能，如骨髓间充质干细胞释放的外泌体具有与其类似的免疫调节作用，可诱导组织再生[16]。

在高脂肪饮食和链脲佐菌素注射下诱导的2型糖尿病大鼠模型中，尾静脉注射人脐带间充质干细胞来源外泌体可以改善糖耐量，提高胰岛素敏感性，表现为空腹血糖明显下降和大鼠体重显著降低[17]。研究显示，鼠外泌体源miR-106b-5p和miR-222-3p可参与骨髓移植诱导的β细胞再生，且静脉注射相应的miRNA模拟物可促进损伤后β细胞的增殖，改善胰岛素缺乏性糖尿病患者的高血糖;骨髓移植可增加血清外泌体中miR-106b-5p和miR-222-3p的水平；miR-106b-5p和miR-222-3p抑制骨髓移植诱导的β细胞再生，外源性给药miR-106b和miR-222促进创伤后β细胞再生，从而改善糖尿病大鼠的血糖水平[18]。

3 外泌体与糖尿病并发症

3.1 外泌体在糖尿病并发症诊断中的应用研究

糖尿病患者体内长期高血糖水平和微炎症环境，使大血管、微血管受损，可危及心、脑、肾、眼、足等器官及周围神经，引发糖尿病并发症，如糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变以及糖尿病心血管疾病等。在糖尿病并发症中，随着病情的发展，循环外泌体也出现了一系列变化：糖尿病肾病的尿外泌体WT1(Wilms tumor 1)miRNA明显增加，可作为糖尿病肾病患者的诊断标志物，且体外实验表明高糖处理的足细胞中WT1表达降低，即高糖刺激显著影响足细胞的稳态平衡，导致WT1的细胞质易位，并释放含有WT1蛋白和mRNA的外泌体[19]；外泌体携带的hsa_circ_0005015表达在糖尿病视网膜中显著上调，即糖尿病视网膜病变患者的视网膜前纤维血管膜的circ_0005015表达明显高于非糖尿病患者特发性视网膜前膜，且糖尿病视网膜病变患者血浆中的circ_0005015表达升高对比白内障患者和健康对照者具有一定特异性，有望成为糖尿病视网膜病变的潜在生物标志物[20]。

3.2 外泌体在糖尿病并发症治疗中的应用研究

3.2.1 外泌体在糖尿病视网膜病变治疗中的应用 研究发现[21]，视网膜组织中外泌体携带miR-222的表达水平与血清葡萄糖浓度之间存在显著的负相关，并与血清胰岛素呈显著正相关，miR-222在糖尿病对照组的视网膜组织中表达显著降低。在链脲佐菌素诱导的糖尿病家兔模型中，静脉、结膜下和眼内注入骨髓间充质干细胞外泌体，可以促进兔糖尿病视网膜变性的修复(其中静脉注射效果最差)，即骨髓间充质干细胞衍生的外泌体通过其向视网膜细胞传递miR-222的作用，在视网膜组织修复中发挥重要作用[21]。

3.2.2 外泌体在糖尿病肾病治疗中的应用 糖尿病长期高血糖浸润和微炎症环境可导致肾脏实质性损伤，骨髓间质干细胞来源外泌体治疗后可显著降低血糖、血清肌酐、尿素氮和尿蛋白排泄量水平，改善肾脏结构与功能[22]。此外，在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中，尾静脉注射人尿干细胞来源的外泌体，可通过抑制caspase-3蛋白酶的过表达，促进血管再生和细胞存活，减少足细胞凋亡，表明尿干细胞外泌体可能具有预防糖尿病肾脏损害的能力；人尿来源干细胞外泌体用于糖尿病大鼠，可显著抑制尿白蛋白-肌酐比值，对肾脏起到一定的保护作用[23]。

Balb/c鼠经链脲佐菌素诱导糖尿病后，肾脏重量、血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平异常升高，反复尾静脉注射鼠源脐带间充质干细胞可显著改善异常血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平，也可改善其肾小球肥大、基底膜增厚和纤维化[24]。

3.2.3 外泌体在糖尿病心血管并发症中的应用 糖尿病大鼠心肌细胞中的心脏保护信号可以通过非糖尿病动物的胞体被激活[25]。分离非糖尿病大鼠和糖尿病大鼠心肌细胞，缺氧复氧后，非糖尿病大鼠的细胞死亡数少于糖尿病大鼠，表明非糖尿病大鼠心肌细胞中外泌体对细胞有一定保护作用；此外，研究还发现，糖尿病患者血液中分离出的外泌体不足以保护原代心肌细胞免受缺氧和复氧损伤，而非糖尿病患者血液中的外泌体可将细胞死亡率降低近20%。由此表明，从血浆或适当的细胞来源中获得的外泌体，可能会成为一种糖尿病治疗的新型心脏保护剂[26]。

4 外泌体在糖尿病及其并发症诊疗中的应用前景

外泌体在体液中的稳定循环及其与反应病程具有一致性的特点，为外泌体作为糖尿病及其并发症的生物标志物提供了基础[16]。此外，与细胞疗法相比，外泌体疗法稳定性更高，储存和管理更容易，移植安全隐患小；免疫排斥反应可能性低[27]，为开发新的治疗应用提供了条件[28-29]。但外泌体作为诊断分子、治疗剂或治疗载体依旧存在问题，如外泌体缺乏组织特异性标志，以及目前尚无对外泌体分离与鉴定的标准化技术，外泌体在临床实践中的应用还有待进一步探索与验证[16]。对外泌体的深入研究可以帮助我们深入了解代谢性疾病的发生机制，为糖尿病及其并发症防治提供新的思路与方向。