外泌体在2 型糖尿病治疗中作用的研究进展

马菲菲 ，魏书瑶 综述， 冯珊珊 ，哈小琴 审校

1.甘肃农业大学动物医学院，甘肃 兰州 730070；2.人民解放军联勤保障部队第九四〇医院检验科，甘肃 兰州 730050；3.甘肃省干细胞与基因药物重点实验室，甘肃 兰州 730050；4.甘肃中医药大学临床医学院，甘肃兰州730030

2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是常见的慢性疾病之一，严重威胁人们健康，影响患者的生活质量。根据国际糖尿病联合会（International Diabetes Federation，IDF）官网发布完整版《2021IDF全球糖尿病地图（第 10 版）》统计，2021年，全球成年糖尿病患者约为 5.37 亿（10.5%），预计至2045年，全球糖尿病患者人数将达7.84 亿［1］。糖尿病患者中以T2DM 为主，占糖尿病病例总数的95%［2］。T2DM 的主要致病原因包括胰岛素抵抗、胰岛β 细胞受损或两者兼有［3］，但其发病机制尚未明确，可能涉及多种因素，包括家族史、肥胖、不良饮食及缺乏运动等。大多数T2DM 患者发病年龄约为55岁，患者年龄正趋向年轻化［4］。目前，针对T2DM 的临床治疗方法包括口服降糖类药物及外源性注入胰岛素等，存在疗效差、产生药物耐受及可能产生副作用的问题，无法有效改善患者的病情。

细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是一种小脂质结合小泡，能够作为细胞间通讯的一部分［5］，这些囊泡可由多种细胞释放，包括干细胞［6］、祖细胞［7］、内皮细胞［8］、脂肪细胞［9］和癌细胞［10］。EVs分为外泌体、微泡和凋亡小体3 类［11］。起初，研究者认为EVs 是一种无作用的细胞碎片，后续研究发现，EVs 包含RNA 等生物分子，因此逐渐引起人们的关注［12］。目前，对外泌体在各种肿瘤、代谢性疾病、心血管疾病及并发症中作用的研究较多，且已证实在这些疾病的发病机理、治疗中具有重要作用［13-15］。因此，本文就外泌体在T2DM 相关治疗中作用的研究进展作一综述，以期为T2DM 的治疗提供新的思路和方法。

1 外泌体的生物学特点及功能

外泌体是一种纳米级大小，由细胞主动吞吐分泌的EVs 样小体，具有膜结构，包含复杂RNA 和蛋白质，直径为30 ～150 nm。1983年，于绵羊网织红细胞中首次发现外泌体，1987年由Johnstone 将其命名为“exosome”［16］。多种细胞在正常及病理状态或体外培养时均可分泌外泌体，且天然存在于多种体液中，包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁。外泌体可携带多种生物分子，如DNA 片段、circRNA、mRNA、miRNA、功能蛋白、转录因子等，可完成细胞间复杂的信息传递过程；其膜结构还能表达多种抗原及抗体分子，参与细胞间的信息交流与物质交换，在多种生理和病理过程中均发挥重要作用，如细胞间通讯、细胞迁移、分化、促血管新生、免疫应答、抗原提呈、肿瘤侵袭等，还可作为纳米载体装载基因或药物到达靶器官［17］。

2 外泌体在T2DM 治疗中的作用

2.1 外泌体的靶向性 超顺磁性氧化铁纳米颗粒（superparamagnetic iron oxide nano-Particles，SPIONs）是一种直径小于100 nm，具有超顺磁性的新兴功能材料［18］，由氧化铁纳米颗粒通过表面活性剂改性，经有机聚合物及无机材料包覆制备而成［19］，其具有先进的靶向能力、生物相容性、生物降解性和低毒性，因此，SPIONs 作为药物靶向治疗工具具有良好的应用前景［20］。具有磁性的外泌体可通过外部磁力（magnetic Force，MF）进行有效调节，从而将药物靶向递送至靶细胞，以达到更理想的治疗效果，为肿瘤、糖尿病等疾病的治疗提供具有理想靶向特性的外泌体。因此，具有SPIONs 靶向修饰的外泌体可能成为T2DM 治疗中潜在的治疗手段，ZHUANG 等［21］将SPIONs 修饰的外泌体作为药物载体，构建了载有BAY55-9837 的外泌体（BAY-exosome-SPIONs），并将构建的外泌体注射给糖尿病患者，通过BAYSS-9837的血糖浓度检测表明，BAY-exosome-SPIONs 可延长BAY55-9837 在体内的血浆半衰期，从而减少药物的注射次数，提高患者的依从性。在葡萄糖干预前 15 min，分别用 BAY55-9837、Bay-exosome-Spion 和Bayexosome-Spion ／ MF（用立体带在胰岛位置皮肤表面放置磁铁1 h）处理db ／ db 糖尿病小鼠，动态测定血糖和胰岛素水平，结果表明，BAY-exosome-SPION可显著增加胰岛素的分泌，减轻高血糖症［21］。因此，BAY-exosome-SPION ／ MF 是一个良好的药物载体靶标，可提高药物的靶向性，有望成为治疗T2DM的候选方案。

2.2 外泌体miRNA 在脂肪能量代谢中的作用 糖尿病的主要机制与肝脏和脂肪组织的调节密切相关，外泌体可能参与肝脏与脂肪组织间的相互作用。糖脂代谢紊乱是T2DM 和肥胖的重要原因，60% ～70%的糖尿病患者表现出一定程度的血脂异常［22］。肝细胞通过外泌体与其他肝细胞进行通讯，以促进肝脏损伤后的修复和再生［23-24］。体外研究表明，丙型肝炎病毒感染的肝细胞外泌体携带miR-19a，可激活STAT3 介导的转化生长因子-β 信号通路，随后激活肝星状细胞［25］。miRNA 是外泌体携带的主要信号分子之一，在多种生物学过程中起着重要作用。研究表明，miR-130a 在非肥胖的自发性T2DM 大鼠中高度表达［26］，并调节肝脏中的胰岛素敏感性和脂肪变性［27］。同时，肝脏和脂肪组织是合成脂肪酸的主要部位，也是参与动物体内胰岛素信号的主要部分，特别是在啮齿动物中，肝脏和脂肪组织对脂肪生成极为重要［28-29］。有研究发现，T2DM ／ 肥胖症患者中，循环和脂肪细胞miRNA 表达存在显著差异，分析原因可能为肝脏外泌体miR-130a-3p 通过对AKTAS160-GLUT4 信号通路的调控，减轻脂肪细胞糖代谢异常，阐明了肝脏外泌体miR-130a-3p 在脂肪组织代谢中的作用［30］，该研究明确了肝脏外泌体来源miRNA 对脂肪组织能量代谢调节的作用，通过介导脂肪组织与肝脏组织之间的相互作用参与机体能量平衡调节。

2.3 外泌体与胰岛素抵抗改善的相关性 炎症在肥胖相关T2DM 的胰岛素抵抗中起重要作用，如促炎性脂肪组织巨噬细胞（M1）分泌肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-β）、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）等因子，引发炎症，诱导胰岛素靶细胞（脂肪细胞、骨骼肌细胞和胰岛细胞）产生胰岛素抵抗［31-32］。源自脂肪细胞的EVs 可促进巨噬细胞向M1 分化，促进M1 细胞分泌炎性因子，使靶细胞产生胰岛素抵抗。ZHANG 等［33］研究表明，肥胖模型小鼠脂肪细胞来源的EVs 可诱导M1 型巨噬细胞表型，引起脂肪细胞胰岛素抵抗，其机制为脂肪细胞分泌的EVs 被运送至骨髓巨噬细胞（bone marrow macrophage，BMMs），EVs 中的miR-155 可通过靶向SOCS1 和调节JAK ／STAT 通路有效诱导BMMs 向M1 表型极化。SONG等［34］研究证明，小鼠脂肪细胞EVs 携带的Sonic Hedgehog 蛋白可通过 PTCH ／ PI3K 途径介导 BMMS 向M1 巨噬细胞极化，可能参与脂肪细胞的胰岛素抵抗。另外，肥胖患者脂肪组织EVs 中含有高浓度的促炎细胞因子，包括IL-6、MCP-1、视黄醇结合蛋白4（retinol binding protein 4，RBP4）和脂联素，可诱导肝细胞和心肌细胞产生胰岛素抵抗［35］。YING 等［36］研究表明，肥胖小鼠的M1 巨噬细胞衍生的EVs 也可被脂肪细胞摄取，并促进胰岛素抵抗。YU 等［37］研究发现，肥胖小鼠脂肪细胞来源的EVs 中的miR-27A可降低骨骼肌中过氧化物酶激活受体-γ（peroxisome proliferators-activated receptors-γ，PPAR-γ）的表达，进而导致葡萄糖转运蛋白4（recombinant glu-cose transporter 4，GLUT4）的表达下降。WANG 等［38］研究表明，胰腺癌细胞 EVs 可通过 PI3K ／Akt／FoxO1 途径诱导小鼠骨骼肌细胞产生胰岛素抵抗。

2.4 外泌体与胰岛β 细胞受损的相关性 T2DM患者的一个主要生理障碍是胰岛素分泌不足，使机体将处于高血糖状态，若持续高血糖，可使体内胰岛素大量消耗甚至耗尽，形成胰岛素代偿性分泌，导致胰岛β 细胞受损。有研究为促进胰岛素分泌，对T2DM 大鼠模型进行组织和干细胞移植，但结果表明，在大鼠体内干细胞不能定向分化为胰岛素分泌相关细胞，且组织供源不足和体内干细胞的存活率过低导致该方法未达到预期效果［39］。

间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）不仅存在于骨髓中，也存在于骨骼肌、骨外膜和骨小梁中，其分化的组织类型广泛，因此临床应用价值较高。有研究表明，将人脐带MSC（human umbilical cord mesenchymal stem cell，hucMSC）移植至 T2DM 患者，结果表明，部分患者于治疗后25 ～43 月可不再依赖于胰岛素，部分患者还需低剂量的胰岛素，均可维持相对稳定的血糖水平［40］。hucMSC 可在体外诱导成胰岛内分泌相关细胞，但在体内不能分化为胰岛β 细胞，主要通过旁分泌作用在T2DM 中发挥其活性［41］。有研究表明，静脉输注hucMSC 外泌体（hucMSC-ex）可通过增强外周器官胰岛素敏感性和减轻胰岛破坏来降低T2DM 大鼠的血糖水平，还可通过促进肌肉中GLUT4 的表达和膜转运及依赖于胰岛素的肝糖原储存恢复T2DM 患者体内的葡萄糖稳态［42］。另有研究发现，hucMSC 可通过抑制链脲佐菌素（streptozocin，STZ）诱导的 β 细胞凋亡来缓解 T2DM 患者的胰岛素分泌功能障碍［43］。

3 小结与展望

外泌体具有特殊的结构及生物学特点，且可携带生物分子，因此可作为特殊的药物载体对T2DM进行靶向治疗，提高药物在靶标位置浓度，促进胰岛素分泌，从而减轻高血糖症。与传统口服降糖药和注射胰岛素比较，以外泌体为载体进行针对性给药可减轻药物对身体其他部位产生的不良影响。外泌体含有特定的信号分子作为细胞与细胞间的信号载体，可能参与肝脏与脂肪之间的相互作用，调节肝脏胰岛素敏感性和脂肪变性，而肝脏和脂肪组织又参与动物胰岛素信号传导，因此，外泌体为T2DM 的治疗和调节提供了新的方向。另外，静脉注射hucMSC-ex可通过增强外周器官胰岛素敏感性和减轻胰岛破坏来降低T2DM 大鼠血糖水平，hucMSC-ex 可通过促进肌肉中GLUT4 的表达和膜转运及依赖于胰岛素的肝糖原储存恢复T2DM 患者体内的葡萄糖稳态，避免了干细胞在体内存活率低、培养条件特殊（需要细胞培养箱）且携带不方便等缺点，hucMSC-ex 具有与MSC 相同的生物学功能，储存及运输方便，且其永生化不会影响外泌体产生的数量和质量，因此，hucMSC-ex 是目前理想的新型T2DM 方案之一。

外泌体在肿瘤等疾病中作用的相关研究较多，但其在T2DM 致病机理中的作用尚需进一步研究证实。另外，外泌体上含有的多种信号分子可作为诊断T2DM 的潜在标志物，在致病环境下可由多种组织和细胞分泌至血液中，因此，有望通过检测血液中外泌体相应信号分子对T2DM 进行诊断，但其稳定性、有效性及安全性还需长期验证。