外泌体在老年急性心肌梗死中的研究进展

赵晓雪 王丽杰 刘宇翔

急性心肌梗死是由于缺血导致的心肌损伤或坏死[1]，目前仍是全世界的首要死亡原因[2]。目前中国有2.9亿的心血管病病人，预计到2030年，急性心肌梗死病人数量将达到2260万[3]，其中绝大多数是老年人。年龄是急性心肌梗死重要的、不可控的危险因素。随着中国社会老龄化高峰的到来，急性心肌梗死的发病率及死亡率将进一步升高。老年急性心肌梗死病人的缺血及出血风险更高，他们面临的死亡风险也更高。然而关于老年急性心肌梗死治疗的益处及风险的研究还十分有限，寻找一种新的、有效且不良反应小的治疗方法显得十分迫切。随着研究的逐渐深入，1983年Harding等[4]首次发现，大鼠网织红细胞的外泌体可以通过携带的蛋白质、核酸等物质调节受体细胞的生物学活性，使其在老年急性心肌梗死的发病、诊断和治疗过程中所发挥的作用受到越来越多的重视。

1 外泌体概述

1.1 外泌体的生成过程 外泌体是直径40～100 nm的膜性囊泡，几乎存在于所有的体液中[5]。多种细胞均可以分泌外泌体，其主要通过晚期核内体/多泡体与质膜融合后通过胞吐作用释放到细胞外环境中[6]。

外泌体的生成、释放通常需要如下步骤：(1)多泡体形成腔内囊泡：早期核内体的膜内陷形成许多腔内囊泡，这些腔内囊泡即为外泌体的前体。之后核内体成熟形成晚期核内体/多泡体。这个过程通过依赖或非依赖转运必需内体分选复合物(ESCRT)来实现[7]。这两个途径可能彼此协同，并非完全独立，不同亚群的外泌体的形成可能依赖不同的机制。腔内囊泡形成后，不同的脂质、蛋白及微小RNA(miRNA)等内容物被装载进入囊泡。这种差异与不同的细胞类型及内外环境有关。已有实验证实，异质核核糖核蛋白A2B1(hnRNPA2B1)甲基化、KRAS基因突变以及抑制S1P信号通路等可以影响外泌体内miRNA、蛋白的种类与富集。(2)多泡体转运至质膜：与肌动蛋白和微管细胞骨架的相互作用影响多泡体转运至质膜[8]。现有研究显示，皮层肌动蛋白与小G蛋白均可以调控囊泡沿肌动蛋白的转运[9-10]。(3)多泡体与质膜融合，释放外泌体。SNAREs蛋白、tethering因子、Rabs以及其他的Ras家族成员有助于降低能量屏障[11]，促进多泡体与质膜的融合，但是具体的机制目前尚不清楚。

1.2 外泌体的组成成分 外泌体富含脂质、蛋白质和RNAs等成分。脂类物质包括胆固醇、鞘磷脂和神经酰胺等。外泌体含有的蛋白质除了相同的CD81、CD63、CD9、Alix以及肿瘤易感基因101蛋白(TSG101)等保守蛋白[12]，还有反映其来源的组织或细胞特异性蛋白[13]。外泌体蛋白参与抗原递呈、细胞黏附、细胞活性调节、转录和蛋白质合成等过程[14]。除此之外，外泌体还包含有多种核酸，如信使RNA(mRNAs)、miRNAs和其他非编码RNA(ncRNAs)[15]。

miRNA并不是随机装载到外泌体中的，Guduric-Fuchs等[16]分析了多种细胞系及其各自释放的外泌体中的miRNA表达水平，发现一个miRNA的亚群(如miR-150、miR-142-3p和miR-451)优先被装载入外泌体。此外，有报道显示不同的生理条件下，外泌体miRNA的表达水平可发生变化。健康人群血清外泌体中的miR-21水平低于胶质母细胞瘤病人[17]。外泌体miRNA进入受体细胞后，可发挥调控作用。除了常规的负性调控，影响靶基因的表达水平外，在部分miRNA中发现了一种新功能，外泌体miR-21和miR-29a可以做为配体结合toll样受体(TLRs)并激活免疫细胞[18]。

1.3 外泌体与靶细胞的相互作用 随着研究的逐渐深入，现有的实验证据表明，外泌体可以介导细胞间通信。当外泌体循环时，其富含的蛋白质、RNAs可以被附近或远处的细胞接收，随后调节受体细胞的功能。外泌体与靶细胞之间存在3种不同的相互作用机制：(1)外泌体的跨膜蛋白直接与靶细胞的受体相互作用[19]；(2)外泌体与靶细胞的质膜融合并将其内容物传递至靶细胞的胞浆内[20]；(3)外泌体通过内吞作用内在化于靶细胞中，降解或释放至临近细胞[20-21]。然而目前为止，外泌体与靶细胞之间相互作用的具体机制仍不完全清楚。

2 外泌体在急性心肌梗死中的作用

内皮细胞功能障碍伴随的血管重构是导致心血管疾病发病和死亡的主要原因。老年血管的内皮依赖性血管舒张功能受损，与血管通透性增加、炎症以及血管生成受损有关。此外，内皮细胞的大小、形状和轴向位置的差异增大，使得腔内血流的层流减少，脂质沉积的部位增多，从而促进动脉粥样硬化斑块的形成。

在健康和缺血的条件下，人和小鼠的心肌细胞都可以分泌外泌体。Barile等[22]也证实了成年的小鼠心脏祖细胞(CPCs)可以分泌外泌体，而心肌细胞则能够摄取外泌体。在心肌梗死边缘区，外泌体参与介导不同类型细胞间的信号传递[22-23]。有研究显示，急性冠脉综合征病人血清中肌肉特异性miR-1和miR-133a的水平明显升高。进一步的小鼠模型实验证明，这些miRNAs来源于梗死区和梗死边缘区，而miR-133a来自于心肌细胞的外泌体[24]。由内皮细胞外泌体分泌的miR-214在缺血后的心肌组织中表达上调，其水平与疾病的严重程度相关。

心肌梗死后，大量心肌细胞死亡引发强烈的炎症反应，这是心脏损伤、修复和重塑的重要过程。越来越多的证据表明，外泌体参与了心肌梗死后的炎症反应和免疫调节。最近的一项研究发现，在心肌梗死后15～24 h，小鼠的心脏出现了一过性的细胞外囊泡释放(EVs)。流式细胞仪显示，心肌梗死后EVs主要来源于心肌细胞和内皮细胞。这些EVs可以被浸润的单核细胞所吸收，导致IL-6和趋化因子CCL2、CCL7的分泌增多[25]。另一研究显示，心肌梗死后巨噬细胞可以分泌更多的含有miR-155的外泌体，这些外泌体随后被心脏成纤维细胞摄取。miR-155通过下调细胞因子信号转导抑制因子1(Sos1)的表达，抑制成纤维细胞的增殖，并且抑制Socs1的水平，促进IL-1、IL-6、TNF-α和CCL-2的释放，从而加重炎症反应[26]。

外泌体携带来自母细胞的生物信息。心肌梗死时，循环中的外泌体数量与其内容物成分均有明显变化，提示心肌损伤后能够释放特定的外泌体至循环中。已有研究显示，急性冠脉综合征病人血清中miR-1、miR-499和miR-133a的水平显著升高，且升高程度与血清中肌钙蛋白T的水平相关。另一项研究则显示，急性心肌梗死后大鼠尿液和血清的外泌体中miR-1和miR-208水平明显增加。因此，一些外泌体miRNAs被认为是心血管疾病诊断和评估的潜在生物学标志物。

心肌梗死后，干细胞可以通过释放一些旁分泌因子刺激内源性的心脏修复过程，外泌体是干细胞分泌的旁分泌信号的重要成分之一。心肌内注射CPCs来源的外泌体或心肌球源性干细胞(CDCs)来源的外泌体到梗死边缘区域，可减少凋亡的心肌细胞数目和瘢痕组织的面积，从而增强整体的心脏功能。体外实验显示，这些外泌体含有较高水平的miR-146a，能够抑制氧化应激诱导的大鼠心肌细胞死亡[27-28]。此外，来自间充质干细胞(MSCs)的外泌体通过激活PI3K/Akt信号通路，可以减轻缺血/再灌注损伤后心肌的氧化应激反应[29]。CPCs来源的外泌体中富含miR-132, 而miR-132可通过下调RasGAP-p120的表达水平，促进血管生成。进一步的动物实验也证实，心肌内注射CPCs来源的外泌体可以增加梗死区血管密度，缩小梗死的瘢痕面积，促进LVEF的恢复[27]。

3 展望

在过去的几十年里，关于外泌体与疾病的发病机制和临床生物学标志物之间关系的研究呈现爆炸式增长。同时，越来越多的证据表明，来源于不同类型干细胞的外泌体能够促进心肌梗死后的心脏修复，表明外泌体可以作为干细胞治疗心脏修复的替代选项。与较大的细胞相比，纳米大小的外泌体不会堵塞微血管，转化为异常的细胞类型或者在治疗终止后可作为永久性的移植物存留在心脏。并且外泌体具有更稳定、易于存储等优点。因此外泌体疗法被认为是安全的。

虽然近几年外泌体在心肌梗死中的作用研究取得了很大进展，但相关研究结果在应用于临床之前还有许多挑战需要克服。其一，作为疾病诊断和评估的生物学标志物，其特异性、敏感性以及是否能够早期诊断疾病尚需要进一步的研究。其二，外泌体的循环数量及内容物的组成受不同的病理情况影响较大，二者之间的关系也需要继续探索。综上所述，外泌体作为邻近和远处细胞间的细胞通信方式之一，与传统的方式有所不同，对其作用机制的进一步研究将为疾病的靶向治疗提供新的策略和方法。