外泌体非编码RNA与心肌缺血再灌注损伤的研究进展

张业燊，何鹏程，谭宁，刘远辉

作者单位：1 510000 广州,广东省医学科学院 广东省人民医院 广东省心血管病研究所心内科

急性心肌梗死（AMI）是全球高发病率、高死亡率的主要疾病之一，心肌再灌注治疗是AMI最重要的处理措施之一，包括溶栓、经皮冠状动脉介入治疗（PCI）等，可最大限度挽救缺血心肌，缩小心肌梗死（心梗）范围，降低心梗后的死亡率。然而，心肌缺血再灌注损伤（MIRI）可显著增加AMI患者不良事件的发生。研究表明[1]，50%的心肌梗死面积是由缺血再灌注损伤导致。MIRI的发生涉及一系列的病理生理过程，包括炎症反应、氧化应激、细胞内钙超载、内皮功能障碍、微血栓栓塞等[2]。截止目前，MIRI的发生机制尚不明确，尚无有效防治MIRI的方法。因此，探讨MIRI的发病机制及其潜在的治疗靶点具有重要意义。

外泌体是一种来源于细胞的细胞外囊泡，在细胞间信息交流、维持内环境稳定等方面中扮演着重要作用。近年来，外泌体在疾病诊断、治疗方面的作用已成为研究热点，越来越多研究证明了外泌体在MIRI中的重要作用。本文就外泌体非编码RNA在心肌缺血再灌注损伤中研究进展进行综述，以期为临床转化应用提供参考。

1 外泌体结构、来源

外泌体是机体细胞分泌的一种有脂质双层结构、电镜下呈圆形或椭圆形的膜性囊泡，其粒径介于30～100/150 nm之间[3]，广泛存在于血液、脑脊液、心包积液等体液中。外泌体中富含核酸、蛋白、非编码RNA等[4]，通过传递这些生物活性物质进行细胞间的信息交流。外泌体的生成机制复杂，不同来源的外泌体具有相似的产生机制。目前普遍认为，外泌体的产生过程包括细胞膜的内陷和多囊泡胞内体的形成。多囊泡胞内体包含的腔内小泡通过多囊泡胞内体与细胞膜融合，腔内小泡排出胞外并最终形成直径为40～160 nm的外泌体[4]。外泌体携带的内含物受细胞所处的局部微环境的调节[5]。此外，外泌体表面常表达一些表面蛋白（如CD9、CD63、CD81、Alix、Tsg101、热休克蛋白等），常用作外泌体鉴定的标记蛋白[6]。除了表达这些特征性表面蛋白外，不同细胞来源的外泌体还可表达特异性表面蛋白。如心肌细胞来源外泌体表达特定的标记蛋白，如flotilin-1蛋白、caveolin 3蛋白、肌节蛋白和线粒体蛋白等；内皮细胞来源外泌体含基质金属蛋白酶-2、基质金属蛋白酶-9等特异标记蛋白[7]，这些表面标记蛋白在细胞与细胞间的信息交流中发挥着重要作用。

2 外泌体在细胞信号交流的作用

20世纪80年代首次发现外泌体时被认为是细胞的垃圾站，随后的研究不断证实外泌体广泛参与多种疾病的过程（如肿瘤、心血管、代谢性疾病等）。众多研究已经证实，心肌细胞、血小板、脂肪细胞、免疫细胞、内皮细胞、肿瘤细胞、干细胞等都可分泌外泌体。目前外泌体功能研究主要集中在其携带的生物活性物质上，尤其是miRNA、lncRNA、circRNA等，揭示了其在疾病发生发展过程中扮演的角色、细胞间信息传递等方面的作用[4]。在心脏中，心肌细胞、心脏成纤维细胞、血管上皮细胞、巨噬细胞等是外泌体的主要分泌细胞[8,9]，在心肌梗死患者和动物模型中，外周血中心肌细胞来源外泌体显著增加[10]。大量研究证实，心脏组成细胞分泌的外泌体参与心脏疾病的病理过程，包括心肌损伤、心脏纤维化、炎症反应等[11-13]。此外，心脏组成细胞分泌的外泌体可运输到其他组织或器官，发挥信息传递作用；而其他组织器官分泌的外泌体也可运输到心脏组织，参与心脏疾病的病理过程。研究发现[14]，心肌梗死时心肌细胞释放含有microRNA的外泌体至血液中，外泌体通过血液循环向骨髓传递microRNA以动员骨髓单核细胞，从而介导心脏修复。由此可知，外泌体在心脏疾病的病理生理过程中扮演着重要角色。

3 外泌体非编码RNA在心肌缺血再灌注损伤中的作用

3.1 外泌体microRNA与心肌缺血再灌注损伤微小RNA（microRNA）是外泌体中含量最丰富，也是目前研究较多的一类外泌体非编码RNA。MicroRNA是一种约24 nt的内源性小非编码RNA，其可通过结合靶mRNA的3'-非翻译区（UTR）或开放阅读框（ORF）区域介导转录后基因沉默，从而参与多种生理和病理过程[15]。在心脏中，多种心脏组成细胞（如心肌细胞、心肌成纤维细胞、内皮细胞、巨噬细胞等）以及间充质干细胞可以分泌携带microRNA的外泌体，参与心脏疾病的调控。MIRI是各种病理过程的综合结果，其中炎症反应起着关键作用。研究发现[16]，心肌缺血再灌注时，间充质干细胞来源外泌体通过传递miR-182作用于巨噬细胞中Toll-like受体4（TLR4），使巨噬细胞向抗炎表型的M2巨噬细胞转化，从而减轻缺血再灌注小鼠的梗死面积和炎症反应。而M2巨噬细胞又可分泌携带miRNA-148a的外泌体作用于心肌细胞，抑制硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）并激活TLR4/NF-κB/NLRP3炎症小体信号通路，减轻心肌细胞钙超载以缓解MIRI[17]。Qiao等[18]研究表明，内皮细胞来源外泌体miR-24-3p可以抑制单核细胞募集以减轻MIRI。此外，Chen等[19]发现，心肌内注射心脏祖细胞来源外泌体可以减轻心肌再灌注后的氧化应激，其机制是通过外泌体传递保护性microRNA。

内皮功能障碍是MIRI的另一重要机制，可引起的冠状动脉（冠脉）微循环障碍以致扩大心肌梗死面积。因此，改善内皮功能障碍、促进血管新生成为MIRI防治的又一重要措施。最近研究表明，生物工程修饰的心脏祖细胞来源外泌体富含促血管生成miR-322，心肌内注射该外泌体可以通过调控Nox2-ROS信号轴促进血管再生，从而改善心肌损伤[20]。由此可知，心肌缺血再灌注时，各种细胞分泌的外泌体呈“网络状”调控，影响MIRI的各个病理过程。

目前，越来越多的动物治疗性实验证明外泌体在心肌梗死和MIRI的作用。Zhang等[21]对外泌体与心肌缺血再灌注损伤的动物治疗性实验进行荟萃分析，发现间充质干细胞来源外泌体可以减小心肌缺血再灌注损伤后心肌梗死面积、改善心功能等。Yang等[22]荟萃分析也发现，在心肌梗死动物模型中，干细胞来源外泌体可减小心肌梗死面积、改善心功能。临床研究发现对患者肢体远端进行缺血再灌注预处理可提高血清细胞外囊泡浓度，细胞外囊泡中表达具有心脏保护性外泌体microRNA，并可降低冠脉搭桥术后血清肌钙蛋白I水平[23]。但目前尚无临床研究证实外泌体microRNA可改善心肌缺血再灌注损伤，其临床应用有待进一步研究和临床试验。因此，包含具有保护功能microRNA的外泌体可能成为未来MIRI的一种新治疗手段。

3.2 外泌体circRNA与心肌缺血再灌注损伤环状RNA（circRNA）是一类由线性RNA前体在细胞核内经过反向拼接形成的闭合环状结构分子，因此不受RNA外切酶的影响，表达更稳定。CircRNA最主要的功能之一就是作为microRNA“海绵”，在细胞质中竞争性吸附microRNA而调控靶基因的表达[24]。此外，circRNA可直接在胞核中影响基因转录或与RNA结合蛋白结合参与转录后调节，少数circRNA可作为模板翻译成短肽[25]。研究发现，circRNA在外泌体中含量丰富并能稳定存在，目前已有较多研究发现外泌体circRNA参与肿瘤的转移、血管生成等过程。Shang等[26]研究发现，直肠癌细胞来源外泌体可向直肠癌细胞传递circPACRGL，circPACRGL可以吸附miR-142-3p/miR-506-3p促进转化生长因子β1的表达，从而促进肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭等；进一步研究发现，circPACRGL可以通过miR-142-3p/miR-506-3p-TGF-β1轴使肿瘤组织中中性粒细胞由N1向N2极化。中性粒细胞在MIRI炎症反应过程中扮演着重要角色，且N1型中性粒细胞具有促炎作用，而N2型中性粒细胞具有抗炎作用[27]。在心脏中，外泌体来源circRNA是否也能调控心肌缺血再灌注时中性粒细胞表型极化，还有待进一步研究。Ge等用小鼠缺血再灌注损伤后心脏组织来源细胞外囊泡进行RNA-seq发现[28]，有119个circRNA表达下调，66个circRNA表达上调，说明外泌体circRNA可能参与MIRI的病理过程。自2015年Li等[29]首次发现外泌体circRNA以来，目前有较多研究报道circRNA参与缺血再灌损伤过程（如circHIPK3、circPAN3、circDLPAG4/HECTD1等），而外泌体来源circRNA在MIRI中的作用尚鲜有报道。因此，后续研究中，应更多关注外泌体circRNA在MIRI中的作用。

3.3 外泌体lncRNA与心肌缺血再灌注损伤长链非编码RNA（lncRNA）也是外泌体中一类重要的生物活性物质，其长度＞200 nt。众多研究表明，lncRNA参与许多重要的病理生理过程，尤其是lncRNA可以包裹在外泌体中，由外泌体携带至靶细胞，从而发挥其功能[30]。内皮细胞与心肌细胞间的交互作用，在MIRI中起着重要作用。中药通心络预处理心肌细胞来源外泌体高表达Linc-ROR，心脏微血管内皮细胞摄入外泌体后Linc-ROR吸附miR-145-5p，进而激活eNOS通路，减少心肌缺血再灌注时心肌细胞和微血管内皮细胞损伤[31]。同样Su等[32]发现，血管内皮细胞来源外泌体LINC00174可通过抑制P53介导的心肌细胞自噬和凋亡，从而减轻MIRI。此外，MIRI时重要的炎症细胞—多形核细胞在钙敏感受体（CaSR）刺激下分泌外泌体，其中的lncRNA ENSRNOT00000039868可调控AKT信号通路，减轻MIRI[33]。以上研究表明，外泌体lncRNA在缺血再灌注损伤过程中也起着一定的作用，但其在MIRI时各种心脏组成细胞间的通讯作用并未完全揭示，有待进一步研究和探索。

4 总结与展望

外泌体中携带的非编码RNA在心血管疾病中扮演着重要角色，在心血管疾病的早期诊断、治疗等方面具有广阔的应用前景。深入研究外泌体中非编码RNA在MIRI中的作用，有利于进一步揭示MIRI的发生发展机制，为MIRI的防治提供新的思路和方法。近年来，外泌体来源microRNA在MIRI中的研究如火如荼，但外泌体来源circRNA、lncRNA等在MIRI中的研究尚鲜有报道。因此，深入对这些非编码RNA的研究将有助于进一步了解外泌体的生物功能和对MIRI的调控机制。此外，目前已有大量研究证实外泌体可通过传递这些非编码RNA发挥抗心肌凋亡、促进血管新生、抑制炎症反应等作用，外泌体作为药物载体的研究也越来越多，通过生物工程技术使外泌体携带有功能的microRNA、circRNA、lncRNA用于防治MIRI，将为MIRI的治疗翻开新的篇章。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突