外泌体中非编码RNA在心血管疾病中的研究进展*

刘 菡 张良清

广东医科大学，广东省湛江市 524000

近年来，心血管疾病(Cardiovascular diseases,CVD)的发病率在不断升高，发病年龄也日益年轻化。我国CVD患病人数目前已达2.9亿，发病率及死亡率不断攀升，且死亡率居疾病死亡率的首位，已成为当今社会人群所面临的重要公共卫生问题[1]。外泌体(Exosomes)是细胞激活或损伤时释放到细胞外液中的一种直径在30～150nm之间的囊泡状物质，由经典的脂质双层膜包裹[2]。外泌体作为媒介载体，包含大量不同的蛋白质、RNA和脂质等，是细胞间进行信息传递的关键物质。外泌体将携带的不同类型非编码RNA(Non-coding RNA，ncRNA)，如microRNA、lncRNA、circRNA等传递给受体细胞，进而发挥相应的一系列生物学作用。为人们认识心血管疾病的病理生理过程及疾病的发展预后等拓宽了新的思路及寻找了新方向，因此，本文结合国内外研究的最新进展，就外泌体的形成、释放、功能及外泌体中的非编码RNA作为潜在分子标记物在心血管疾病诊断和治疗方面的应用前景做一综述。

1 外泌体概述

1.1 外泌体的产生和释放 当细胞被激活或受到损伤时，会分选出一部分蛋白、核酸和脂质等物质包裹进微囊泡，并释放至细胞外基质中。可根据直径大小分为三类：(1)微颗粒(micropaticle，直径位于100～1 000nm之间)；(2)外泌体(exosomes，直径位于30～150nm之间)；(3)凋亡小体(apoptopic body，直径位于1～4μm之间)[2]。外泌体是由脂质双层膜结构包裹的囊泡样物质，电镜下呈特征性的凹面茶杯状外形。研究表明，外泌体可来源于不同的细胞类型，如网织红细胞、间充质干细胞、血管内皮细胞等，且存在于血液、尿液和脑脊液等体液中。与细胞质膜直接出芽方式产生的微颗粒不同，外泌体产生的机制更为复杂，Février B等[3]发现，在外泌体形成的前期阶段，细胞会内陷形成一个胞内小泡，又称早期内涵体，随后内吞转运复合体会与特定分选进外泌体的物质，如蛋白、RNA等结合，在内吞转运复合体-Ⅰ，-Ⅱ和-Ⅲ的帮助下，转移至早期内涵体膜上。随着物质的积累，内涵体发生内陷，形成多个包裹蛋白、RNA等物质的腔内囊泡，此时的内体又称多囊泡体，多囊泡体可以作为转运体将蛋白质等递送到溶酶体中用于降解，也可以在Rab家族蛋白的调节下，与细胞质膜融合，向外界释放腔内囊泡，即外泌体，其中Rab27a和Rab27b可以调节不同阶段外泌体的分泌。

外泌体可通过透射电子显微镜直接观察形态和大小，其表面有CD9、CD63、CD81等膜蛋白可作为标志物被检测，纳米颗粒示踪分析技术可定量外泌体的浓度和粒径。外泌体还携带大量且种类繁多的非编码RNA，如microRNA、lncRNA、circRNA等，通过转运、内吞传递给相应的靶细胞，进而发挥生物学作用。

1.2 外泌体及外泌体中的非编码RNA的性质和功能 近几年研究发现，外泌体在细胞间的信息传递中充当着“快递员”的角色，参与细胞间通讯，外泌体将其携带的不同类型信号分子如蛋白质、核酸和脂质等传递给受体细胞，从而实现传递信息和物质交换的功能[2]。不同的细胞类型在不同环境条件下分泌的外泌体不尽相同，因此，外泌体中所携带的生物信息，如蛋白、mRNA、非编码RNA等也发生了巨大的变化，其作用于靶细胞所产生的生物功能也千差万别[4]。

非编码RNA是从DNA转录而来但不编码蛋白质的RNA，包括microRNA、lncRNA、circRNA等，在RNA水平就能行使生物学功能[5]。相比于游离的非编码RNA，来自外泌体的非编码RNA具有以下优势：(1)外泌体由脂质双层膜包裹，性质稳定，作为运载非编码RNA的工具，能够保证非编码RNA在体液运输中不被降解。(2)外泌体粒径小，通透性强，几乎存在于人体所有体液中，且含量丰富易于分离提取，外泌体中非编码RNA作为心血管疾病早期诊断标志物更为敏感[2]。

外泌体中的非编码RNA进入靶细胞后可与mRNA的3’端非翻译区的碱基序列互补结合，导致mRNA降解或翻译的过程受到抑制，也可与RNA结合蛋白结合或发挥竞争RNA的海绵作用，进而导致受体细胞发生相应的病理生理改变[6-8]。Eldh M等[9]发现，氧化应激状态下细胞分泌的外泌体与受体细胞共培养后，产生了抗氧化应激的作用，而当使用紫外线光破坏外泌体中RNA的结构后，再与受体细胞共培养，并不能产生抗氧化应激的作用，证明了外泌体可通过传递RNA至靶细胞发挥作用。

2 外泌体中的非编码RNA与心血管疾病

2.1 外泌体中的非编码RNA与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化(Atherosclerosis，AS) 是各种病因导致的慢性炎症性血管疾病，其中以冠状动脉粥样硬化最常见。氧化的低密度脂蛋白可以导致炎症反应性细胞浸润和脂质沉积，引起局部炎症反应过度激活和氧化应激的发生，以致动脉粥样硬化的发作。研究表明，外泌体及其中的非编码RNA可作为细胞通讯的媒介参与AS的病理生理过程[10]。内皮细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞涉及AS的多因素过程。与正常机体生理过程相比，AS发生时，巨噬细胞在炎症因子的刺激下分泌大量外泌体，其中促进炎症的miRNA-19、miRNA-21、miRNA-133、miRNA-155等大量增加。剪切力反应性转录因子5(KLF5)过表达的血管平滑肌细胞所分泌的外泌体中miR-155显著表达，外泌体来源miR-155可靶向作用于内皮紧密连接蛋白从而破坏内皮屏障功能，抑制内皮细胞增殖、迁移和再内皮化，加速动脉粥样硬化的进展[11]。此外，长链非编码RNA(lncRNA)也与动脉粥样硬化的发展有关。研究发现，在氧化的低密度脂蛋白刺激后，lncRNA GAS5在THP-1细胞来源外泌体中表达增加，并促进了巨噬细胞和内皮细胞的凋亡，对外泌体中的lncRNA GAS5进行抑制或敲除可作为动脉粥样硬化的一种有效治疗方式[12]。外泌体中的非编码RNA可通过细胞之间的通讯介导AS的发展，参与炎性反应和细胞增殖与凋亡等病理生理过程，在AS形成、发展和治疗过程中发挥重要作用。

2.2 外泌体中的非编码RNA与心肌梗死 心肌梗死是指心肌细胞持续性缺血缺氧所致的坏死，可由冠状动脉斑块破裂致表面血栓形成、血管痉挛以及远端血管栓子栓塞等导致。心肌梗死后，机体内各种细胞受到病理刺激，大量释放外泌体，外泌体来源ncRNA也迅速增加，在调节心血管疾病的发生发展中发挥了重要作用。研究表明，在急性心肌梗死发生的早期阶段，循环中与P53基因相关的多种miRNA(miR-92、miR-194以及miR-34a)明显上升，且以外泌体包裹的方式分泌至外周血液循环中[13]。此外，体外研究将脂肪干细胞分泌的外泌体中的miR-126过表达，然后与缺氧模型的H9c2心肌细胞共培养，发现可减少缺氧诱导的炎症因子的释放，从而对心肌细胞产生保护作用。同时体内实验发现，将富含中miR-126的外泌体注入心肌梗死大鼠体内后，炎性因子的释放减少，心肌梗死面积显著降低[14]。Huang P等[15]研究发现，在大鼠心肌梗死模型中，加入阿托伐他汀预处理间充质干细胞来源的外泌体(MSC ATV-Exo)后，梗死面积减少，心脏功能的得到改善。MSC ATV-Exo通过传递lncRNA H19调节miR-675的表达促进血管生成并抑制梗死周围区域的IL-6和TNF-α的升高。敲低lncRNA H19后，MSC ATV-Exo的心脏保护作用减弱。外泌体可作为细胞间信息交换的重要载体，其生物学功能与其携带的ncRNA密切相关。外泌体来源ncRNA既可作为心肌梗死的早期诊断标志物，在心肌梗死治疗领域也发挥了重要作用。

3 总结和展望

外泌体来源ncRNA在心血管疾病的早期诊断过程和发生发展机制中起到重要作用，在心血管疾病的治疗作用中，也扮演着必不可少的角色，深入研究外泌体来源ncRNA将有利于进一步了解心血管疾病的保护机制。近年来，关于外泌体来源miRNA在心血管疾病的诊断治疗及药物载体方面的研究和应用越来越多，但是，目前国内外关于lncRNA及circRNA在外泌体的信息传递及心血管疾病中的研究还鲜有实验探索，以此为切入点研究，有助于深入了解外泌体的生物功能和调控机制，有望发现新相互作用分子及新的信号转导通路，将为心血管疾病的诊断与防治提供新的思路与方法。