工程化外泌体靶向治疗心血管疾病的研究进展

2022-03-24马雯张昕

国际心血管病杂志 2022年5期

马雯张昕

1 概述

随着人口老龄化加剧，中国心血管病患病率及死亡率逐年上升[1]，精准医疗和个体化治疗成为未来发展的必然方向[2]。外泌体是1983 年由Pan 等[3]在绵羊网织红细胞中发现，以胞吐的方式被分泌到细胞外基质中的40～100 nm 的盘状囊泡。多种细胞在正常和病理状态下均可以分泌外泌体，其可以与靶细胞膜特异性融合，有助于细胞间的交流。近年来研究发现工程化外泌体可以保护它的内容物不被降解，使内容物能以功能活性状态经结合、融合或内吞作用传递给靶细胞[4]，从而靶向治疗心血管疾病。

2 外泌体生物学特性

外泌体具有低免疫原性、低毒性、高生物兼容性等特点，可自由穿越生物屏障、逃逸溶酶体介导的降解、进行人工修饰等，能克服现有的脂质体和聚合物纳米颗粒药物递送系统的免疫原性强、稳定性差、毒性高、生物相容性低和安全性低的缺点，用于抗炎和抗癌治疗[5]。研究发现阿霉素（DOX）经过超声处理可被装载到中性粒细胞来源的外泌体（NEs-Exo）中，成为NEs-Exo 和DOX的复合物（NEs-Exos/DOX），它不仅能够穿过血脑屏障，而且具有很强的趋化作用，能够实现治疗位点的DOX 靶向运输，突破了常规化疗的局限性[6]。此外，外泌体还有天然的归巢特性，脐静脉内皮细胞来源的外泌体能更高效地靶向到血管内皮细胞，如治疗增生性视网膜病的单个融合分子肽KV11，可以与作为锚连蛋白的小分子蛋白CPO5 和外泌体装载到一起，穿过血视网膜屏障，修护由血管内皮生长因子异常分泌引起的血管炎性反应，从而减少渗漏[7]。

另有研究显示，烟酰胺磷酸核糖转移酶基因工程化外泌体可用于抗衰老，α-半乳糖苷酶工程化肿瘤细胞外泌体可诱导免疫细胞治疗结直肠癌。红细胞来源的胞外囊泡外泌体不含核及线粒体DNA，不影响受者基因组，红细胞数量庞大，可较为方便地实现临床级别胞外囊泡外泌体的制备[8]。微小RNA（miRNA）-126等有促进血管增殖的作用，经过外泌体装载的miR-320 等具有抑制血管生成的作用[9]。因此，不同细胞来源的外泌体可以发挥不同的载体优势，各种类型的治疗剂如重组蛋白、药物、小干扰RNA 等，都可以被包裹在外泌体中用于靶向给药，从而实现精准治疗[10]。

外泌体工程化的方法主要有机械改造，如电穿孔、声波降解法、均化作用等，以及化学处理，如氯化钙转染、基因修饰、被动孵化等[11]。每种方法各有优缺点，应根据外泌体的来源、特性以及实际应用情况选择合适的方法，将药物或基因装载到外泌体中，以利于靶向运输，稳定发挥疗效。

3 外泌体在心血管疾病治疗中的应用

3.1 外泌体为药物载体治疗高血压

高血压是心血管疾病主要风险因素之一。交感-肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）、内皮和血管功能障碍、炎性反应等发病机制间的相互作用参与了高血压的发生发展。抑制血管成纤维细胞来源的外泌体可降低血管平滑肌细胞（VSMC）的迁移，抑制血管重构[12]。动物实验发现，原发性高血压大鼠的血管成纤维细胞分泌的外泌体可介导miR-135a-5p 的细胞外转移，从而下调Ⅲ型纤连蛋白域蛋白5[13]，进而促进VSMC 增殖。另有研究发现，miR-155-5p 可通过抑制血管紧张素转化酶基因降低血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）水平，降低血压，减少血管重构[14]，向外泌体内装载miR-155-5p可治疗高血压。一氧化氮合成酶（NOS）对于血管内皮细胞有保护作用，而FXYD1 蛋白具有抑制NOS 参与氧化还原反应导致的信号失调的作用。Bubb 等[15]将FXYD1 蛋白包装到HEK293T 细胞分泌的外泌体中，能高效稳定地将FXYD1 蛋白递送到动脉系统中，使其不被降解清除，高效保护血管。Tong 等[16]从先兆子痫妇女的血浆中分离出装载可溶性fms 样酪氨酸激酶-1 和可溶性内凝血素的外泌体，其能损害内皮细胞的增殖和迁移，阻碍血管新生，影响损伤血管修复，将上述外泌体注射到怀孕小鼠体内时，内皮相关的炎性反应会导致孕鼠血压升高[17]。

外泌体治疗高血压性肾损伤的研究也取得了一定的成果。对尿蛋白阳性的高血压肾损伤患者进行血和尿的外泌体miRNA 检测，发现miR-26a和miR-126 均降低。体外实验证实，转化生长因子-β1（TGF-β1）可以刺激足细胞，使足细胞来源的外泌体内介质发生改变，下调miR-26a 表达，而miR-26a 可以靶向结缔组织生长因子，抑制足细胞细胞外基质合成，抑制肾纤维化的进展[18]。因此，推测外泌体在高血压靶向治疗领域具有发展潜力。

3.2 外泌体为载体治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病

高脂血症是冠状动脉粥样硬化的主要危险因素之一。外泌体可以在巨噬细胞、泡沫细胞和VSMC 间起通讯作用。冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）患者血浆中外泌体内miR-4498 可调节Ctss基因和Trem2基因的表达水平，抑制炎性因子的表达[19]。干预外泌体中的miR-4498 或在转录水平干预Ctss基因和Term基因可影响疾病的发展。此外，泡沫细胞衍生的内皮祖细胞可以进入VSMC，并将整合素转移到VSMC 的表面[20]。向高脂肪饮食的小鼠注射间充质干细胞来源的外泌体，12 周后发现外泌体迁移到动脉粥样硬化斑块中，减少了巨噬细胞对斑块的浸润，缩小了小鼠粥样斑块的面积，小鼠内源性miR-let7 升高。而另一项研究显示，间充质干细胞分泌的miR-let7 通过磷酸酶基因（PTEN）途径抑制巨噬细胞浸润，并通过高迁移率族蛋白A2/核因子激活的B 细胞的κ-轻链增强（HMGA2/NF-κB）途径促进M2 巨噬细胞极化，而M2 的极化可以限制炎性反应和Ⅰ型免疫反应，在调节斑块面积方面发挥了关键作用[21]。外泌体具有延缓和促进动脉粥样硬化的双重作用，如来源于脂肪间充质干细胞的外泌体装载miR-342-5p 可作用于血管内皮细胞[22]，还可以作为糖尿病并发冠心病的治疗靶点[23]。氧化型低密度脂蛋白刺激巨噬细胞释放外泌体miR-106a3，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡[24]，减缓冠心病进展。尼古丁刺激巨噬细胞释放装载miR-21-3p 的外泌体，可作用于VSMC，靶向调节PTEN，促进VSMC 的增殖和迁移，导致动脉粥样硬化的发展[25]。动物实验证实，卡维地洛通过抑制高胆固醇血症小鼠中脂质和巨噬细胞积聚，增强血清外泌体ABCA1基因表达，NF-κB/蛋白激酶B（Akt）信号通路从而抑制动脉粥样硬化[26]。用外泌体包被卡维地洛可以避免首关消除，更好地发挥其靶向性的作用。

装载miR-181 家族成员的外泌体通过靶向NF-κB 途径抑制内皮细胞的炎性反应，抑制冠状动脉粥样硬化的进展。相反，由肿瘤坏死因子诱导装载miR-31 和miR-17-3P 的外泌体在动脉粥样硬化开始时就激活内皮细胞炎性反应，促进疾病的进展；而miR-199a-3p 和miR-199a-5p 通过上调磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）途径和钙调神经磷酸酶途径，靶向超氧化物歧化酶1 和过氧化还原酶，独立地控制一氧化氮的生物利用度，进而对内皮功能产生影响[27]。工程化外泌体作为载体在冠心病的精准治疗中发挥着重要作用。

3.3 外泌体为药物载体治疗心力衰竭

心力衰竭是各种心脏疾病的终末阶段。心力衰竭重要的病理生理过程包括心肌缺血、缺氧和纤维化。纤维化与缺血性心肌重构相关。反应性间质纤维化的特征是胶原合成增加和胶原扩散沉积，导致间质体积增加而心肌细胞数量不减少。常见于高血压、主动脉狭窄、衰老和糖尿病。心肌细胞死亡后出现弥漫性或局灶替代性纤维化，如心肌梗死。心肌纤维化的途径有典型TGF-β 途径、白细胞介素-11 信号通路、Ang Ⅱ通路和NF-κβ 通路、Wnt 通路等[4]。有研究报道装载miR-425 和miR-744 的外泌体可通过靶向TGF-β 抑制血管紧张素诱导的胶原和纤维素合成，从而抑制心肌重构[28]。外泌体可直接或间接地抑制或者促进相应的分子通路，改变纤维化发展的方向，进而改善心功能。含有miR-125b-5p 的骨髓间充质干细胞外泌体对缺血再灌注损伤起到了保护作用。内皮祖细胞来源的外泌体通过传递PI3K/AKT 途径相关的mRNA 促进内皮细胞血管生成[11]。同时，外泌体来源的miR-21可以延缓注射Ang Ⅱ的小鼠心脏肥大的发展，说明外泌体内的miR-21 是心肌细胞肥大的关键旁分泌信号介质，是心力衰竭的潜在治疗靶点[29]。