间充质干细胞外泌体参与子痫前期发病机制的研究进展

姚祖贤 王丹 郑灵芝

子痫前期是一种以高血压为基础的多系统受累和损害的综合征，全球发生率2%～8%，是造成孕产妇和新生儿死亡的主要原因之一。子痫前期通常发生在妊娠后半期，其特征是新发高血压、蛋白尿或终末器官功能障碍，如肝脏和肾脏等。这种多因素多系统疾病，其发病机制知之甚少，缺乏有效的治疗[1]。胎盘滋养细胞（trophoblast cell，TC）失调、免疫反应、全身炎症反应和血管内皮功能障碍是子痫前期发病过程中最显著的病理变化过程。研究表明，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）参与子痫前期病理变化的各个过程，在调控TC功能、调节免疫反应、抗炎以及修复血管内皮细胞等方面发挥重要作用。MSCs的生物学功能特性可能源于其衍生的外泌体，本文就间充质干细胞外泌体（mesenchymal stem cell-derived exosomes，MSC-exos）参与子痫前期发病机制的研究进展作一综述。

1 MSC-exos的生物学特性

MSCs是目前研究最广泛的干细胞，它是由Frie‐denstein等[2]在50多年前发现的一类具有祖细胞分化潜能的细胞，其易于在体外繁殖，具有分化为脂肪、骨、软骨和肌肉等组织细胞的潜力，存在于人的骨髓、脂肪、脐带和胎盘等组织中。MSC-exos是由MSCs分泌的细胞外囊泡中的一类，可通过差速超速离心、尺寸排阻色谱、免疫亲和等方法从MSCs中提取，在透射电镜下呈圆形、椭圆形或茶托样形状，直径约40～100 nm，由一层脂质双层膜包裹，膜成分含有胆固醇和鞘磷脂，膜表面不仅表达外泌体常见的表面标志物如CD9和CD81，也表达MSCs的标志蛋白CD44、CD73和CD90[3]。

MSC-exos可以转运多种效应分子如免疫调节转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β 1）、IL-6、IL-10、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、脂质、mRNA等，以及调控微小核糖核酸（microRNA，miRNA）细胞因子和生长因子对受体细胞的生物学效应，如细胞间通信、组织再生、抗炎、免疫调节和免疫细胞的归巢[4]。有研究已经确定MSC-exos包裹有150多种miRNA和850多种特异的蛋白质，它们通过不同的途径影响靶细胞。此外，MSC-exos不仅表达血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、细胞外基质金属蛋白酶诱导剂和基质金属肽酶-9（这些因子在血管生成和组织修复中发挥重要作用），还表达MSCs标志物，如 CD29、CD44、CD90和CD73，这能够使MSC-exos驻留在受损和炎症组织中，以发挥其生物学功能。MSC-exos能够保护这些包裹物免受降解，从而帮助它们通过内吞作用被细胞摄取[5]。MSC-exos中的miRNA参与多种病理和生理过程，例如，miRNA-155和miRNA-146有助于生物体发育、表观遗传调控和免疫调节，miRNA-23b、miRNA-451等参与肿瘤发生、发展，miRNA-15a-5b、miRNA-125b等参与子痫前期的发病机制[6]。MSC-exos还具有一些MSCs所没有的特质，比如可以穿过血脑屏障和毛细血管等屏障，甚至可以避开网状内皮系统从而到达MSCs所到达不了的地方[7]。MSC-exos其他特征还包括免疫沉默、非致癌性、高稳定性及低免疫原性。MSC-exos的免疫抑制功能与宿主的免疫耐受性有关[8]，通过在损伤部位积累MSC-exos并抑制免疫细胞的促炎反应而发挥作用[9]。

2 MSC-exos参与子痫前期的发病机制

位于母体蜕膜中的MSCs被认为参与调节胎盘形成期间母体-胎儿界面的促血管生成、免疫和抗炎环境，但MSC-exos在子痫前期中的作用研究还处于起步阶段，主要集中在以下几大方面。

2.1 参与TC的调控 胎盘的发育以TC的广泛增殖为特征，子痫前期中胎儿-胎盘因素主要为胎盘异常，妊娠早期的胎盘形成障碍与妊娠中晚期的绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast，EVT）氧化应激是子痫前期发生的关键事件，有研究表明，MSC-exos在调控TC方面起到了重要作用。

Wang等[10]将人脐带来源的间充质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，HUC-MSCs）衍生的外泌体与人绒毛膜TC和人滋养层上皮细胞共同培养后，发现HUC-MSCs中外泌体miRNA-133b的升高促进了它们的增殖、细胞周期进程、迁移和侵袭以及有限的细胞凋亡，通过检测发现在子痫前期患者胎盘中miRNA-133b表达下调，而血清/糖皮质激素调节激酶 1（serum and glucocorticoid induced protein kinase-1，SGK1）表达上调，提示来源于HUM-MSCs外泌体的miRNA-133b通过抑制SGK1促进子痫前期患者胎盘中TC的增殖、迁移和侵袭。另一项研究也显示了MSC-exos相似的功能，Chen等[11]发现在子痫前期患者的胎盘组织中，H19作为一种竞争性内源性RNA对抗miRNAlethal-7b，miRNAlethal-7b直接靶向Forkhead转录因子。此外，H19可以通过MSC-exos转移到TC中，从而降低MSC-exos中的miRNAlethal-7b，增加Fork‐head转录因子，激活蛋白激酶B信号通路，增加其侵袭和迁移功能，抑制TC凋亡。这些结果表明MSC-exos在子痫前期发病早期对TC的作用是有益的，它促进了“胎盘的着床”。此外，Chu等[12]研究发现，由脂肪来源的间充质干细胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，AD-MSCs）衍生的外泌体介导的EZH2基因依赖性mTOR信号失活，增强了缺氧TC的自噬。自噬是一种机制，通过溶酶体降解故障细胞器、多余分子和侵入性病原体来维持体内平衡。子痫前期患者胎盘中缺氧TC以此来获得营养和能量，从而减缓子痫前期的发展[13]。Gillmore等[14]还发现在缺氧状态下，TC暴露于子痫前期胎盘间充质干细胞（placental-derived mes‐enchymal stem cells，P-MSCs）外泌体中，可通过一种鞘磷脂依赖的机制导致细胞线粒体裂变加剧，继而触发下游事件，以此增强了线粒体的自噬功能。在动物实验中，Yang等[15]在脂多糖诱导的早产小鼠模型中，发现MSC-exos中miRNA-146a5p和miRNA-548e-5p对TC具有抗炎作用。另外，Li等[16]也证实了绒毛膜来源的间充质干细胞（chorionic-derived mesenchymal stem cells，HCD-MSCs）促进p53泛素化和蛋白酶体降解，降低细胞凋亡率，继而促进TC的增殖和迁移。

以上研究表明，MSC-exos对子痫前期中TC的调控是多途径、多机制的，早期TC凋亡及侵袭不足会造成“胎盘浅着床”，不仅会造成流产，子痫前期的发病率也会升高，而MSC-exos中含有复杂的物质，它不仅可以促进TC的增殖、迁移和侵袭，抑制其焦亡，还可以通过增强自噬为细胞提供营养与能量。

2.2 参与母胎免疫反应 母体的免疫过度激活是子痫前期发病的主要机制之一。有研究认为妊娠本身就是一个半同种移植导致的免疫耐受过程，如果免疫耐受平衡失调，就可能导致一系列的病理妊娠，包括流产、早产、子痫前期等[17]。正常妊娠时受到免疫耐受的保护，不会导致内皮细胞、TC和白细胞功能障碍。因此，EVT可以侵入子宫蜕膜和子宫肌层从而实现“胎盘着床”。然而，子痫前期患者对TC等胎儿抗原的免疫耐受性受损，可能会影响随后的胎盘形成，导致子痫前期的发生。

随着大量证据的积累，MSCs对淋巴细胞和髓细胞的免疫调节特性得到了很好的证明，MSCs主要通过旁分泌（外泌体）途径运送效应分子，最常见的是通过TGF-β、HGF、前列腺素E2、一氧化氮调节这些适应性细胞[18]。一些研究发现细胞间接触参与MSCs-T细胞免疫调节，通过MSCs表达可溶性人白细胞抗原-G（human leukocyte antigen-G，HLA-G），这是一种非经典主要组织相容性复合体Ⅰ类分子，在胎儿-母体免疫调节中起重要作用[19]。已知母亲对胎儿有移植物抗宿主病样反应，这可能导致子痫前期或自然流产的发生，但正常妊娠时机体的免疫耐受性保护着胎儿。在子痫前期方面，已知MSC-exos通过抑制超过50%的参与子痫前期发病的促炎细胞因子，如IL-1β、TNF-α和INF-γ，通过降低免疫力来抑制移植物抗宿主的发病，MSC-exos含有大量的免疫抑制介质，如IL-10、IL-12、IL-6、巨噬细胞刺激因子等[20]。因此，MSC-exos可以在早期抑制母体免疫过度激活反应，但随着子痫前期的发展，笔者猜想MSC-exos在体内的含量变化，可能是子痫前期患者免疫过度激活，造成病情持续进展的原因之一。

因此，研究MSC-exos在子痫前期患者抑制免疫反应中的机制可能有利于临床早期预防子痫前期。当孕妇体内拥有充足的MSC-exos就有可能抑制免疫反应过度激活，从而为胎儿创造一个合适的环境，促进胎盘在蜕膜的着床，预防子痫前期的发生。

2.3 参与全身炎症反应 有研究证实，早期子痫前期患者会发生母胎界面的炎症反应，随着孕周的增长，这种炎症反应也由局部扩散到全身，炎症介质随着血流运送到全身，从而造成子痫前期甚至子痫的发生。

大量研究表明，MSC-exos促进M1巨噬细胞到M2巨噬细胞极化，增加抗炎细胞因子和趋化因子，这一过程可以减轻炎症。M1巨噬细胞产生的一氧化氮参与微生物活动和细胞增殖抑制，而M2巨噬细胞产生的鸟氨酸可以通过多胺促进细胞增殖和组织修复与重塑。MSCs作为炎症反应的调节剂，分泌细胞因子，可诱导促炎巨噬细胞向抗炎表型转变[21]。此外，骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）可以减少巨噬细胞产生的促炎细胞因子[22]。还有研究发现，AD-MSCs可以降低INF-γ和转录因子的表达,以及抑制CD4+和CD8+T细胞向效应细胞或记忆细胞表型分化，降低局部炎症反应，起到炎症免疫调节作用[23]。Ebrahim等[24]在大鼠宫腔粘连模型中发现，B-MSCs和雌激素联合可以通过减少炎症细胞因子（例如IL-1、IL-6和TNF-α）的释放，促进损伤子宫内膜的修复以此来调节炎症反应。除此之外，人们发现miRNA在子痫前期病理变化抗炎反应中发挥着巨大的作用。有研究称含有靶向信号转导及转录激活蛋白3的miRNA-223-3p的MSC-exos可减少炎症反应，并在败血症小鼠模型中得到验证，将含有miRNA-223-3p的MSC-exos转移到心肌细胞可下调促炎症基因的表达[25]。有学者发现动物实验中MSC-exos分别通过miRNA-let7-HMGA2-NF-κB途径和miRNA-let7-IGF2BP1-PTEN途径促进M2巨噬细胞极化分泌TGF-β来抑制炎症细胞的募集，从而改善载脂蛋白E小鼠动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞浸润[26]。

2.4 参与调控血管内皮细胞 子痫前期基本病理生理变化是小血管痉挛和血管内皮损伤，从而导致子宫胎盘血流灌注减少，脑、肾脏、肝脏等器官小血管损伤，不仅危害胎儿的生存，而且对母体各脏器造成损害，从而遗留后遗症，危害极大。

MSCs可以释放具有增强血管生长功能的外泌体，促进血管内皮细胞的增殖。最近的研究表明，ADMSCs外泌体可以通过促血管生成miRNA的传递在血管生成中起关键调节作用，它可以使上皮细胞直接分化为血管内皮细胞，从而促进血管生成[27]。Yang等[28]通过动物实验表明，过表达miRNA-181b-5p的ADMSCs外泌体在体外增加了大鼠脑微血管内皮细胞的迁移距离。另一研究也显示AD-MSCs外泌体中miR‐NA-199-3p的升高增加了内皮尖端细胞的增殖和迁移[29]。Liang等[30]发现，由 AD-MSCs转移的 miRNA-125a通过促进导管形成和内皮尖端细胞形成来调节血管生成。这说明，MSC-exos携带的物质在修复血管方面具有巨大的潜力，通过促进内皮细胞的生长、增殖及迁移，早期子痫前期患者是有机会进行血管的重塑与逆转。Liu等[31]在掺锂生物玻璃陶瓷中使用BMSCs外泌体转移的miRNA-130a增强人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的磷酸酶、张力蛋白同系物和蛋白激酶B表达，从而刺激血管生成。Ma等[32]还利用B-MSCs外泌体将miRNA-132输送至受体HUVECs，以刺激体内和体外的血管生成。在心肌梗死模型中，小鼠皮下注射经miRNA-132外泌体预处理的HUVECs，发现梗死区域的血管数量和毛细血管密度增加。从心肌梗死患者的冠状动脉血清中提取的携带敲除miRNA-143的外泌体，可以促进HUVECs中的细胞增殖和血管形成[33]。Xiong等[34]研究了低、中和高剂量的HUC-MSCs外泌体在大鼠子痫前期模型中的作用，结果表明，HUC-MSCs外泌体的剂量依赖性治疗通过抑制细胞凋亡，改善了胎盘组织形态并促进了胎盘组织中的血管生成。此外，MSCs的预处理(如细胞因子)通过免疫抑制和血管生成增强了外泌体的功效[35]。Gorin等[36]报道，成纤维细胞生长因子-2刺激MSCs来源的外泌体可提高血管内皮生长因子和HGF的水平，改善血管化。Redondo-Castro等[37]报道MSC-exos降低了IL-6和TNF-α的水平。TNF-α被认为是子痫前期发病过程中重要的促炎细胞因子，MSC-exos可能改善子痫前期胎盘的病理生理状况。这些实验不仅揭示了MSC-exos在子痫前期发病中的机制，也提出了一种治疗子痫前期的新策略——无细胞治疗。然而，要实现这些，学者们还需要对MSC-exos在子痫前期发病机制中的作用进行更多的体内、体外及动物实验。

除了上述机制之外，遗传与代谢及营养的缺乏都被认为是子痫前期发病的原因，近年来科学家们也发现MSC-exos与这些因素有关，但这些研究也都处于起步阶段，需未来更多的实验进一步深入研究。

3 小结和展望

子痫前期被认为是一群或一组由多因素、多通路、多机制致病的综合征，目前尚无有效的治疗方法，因此子痫前期的预防尤为重要。MSCs可调控TC，促进胎盘对蜕膜的侵袭，也可在调节免疫反应、全身炎症反应以及血管内皮细胞损伤方面发挥重要作用。相较于MSCs，MSC-exos不仅具有源细胞相同的功能，而且具有生物活性更稳定、免疫原性更低、能通过血脑屏障等优点。MSC-exos中的蛋白质、miRNA、DNA及其他物质对于子痫前期的发病具有的重要意义，进一步研究MSC-exos中的特异性分子不仅有助于了解子痫前期的发病机制，也可为预测子痫前期发病和追踪疾病的进程找到更加特异与敏感的标志物，甚至在子痫前期的治疗上也具有一定的临床前景。然而，目前对MSC-exos在子痫前期作用机制的基础与临床研究尚在起步阶段，未来仍需更多的体内外及动物实验来进一步探索，为临床试验提供充足的理论基础。