细胞外囊泡在脓毒症中作用的研究进展

马玉刚，杨晓明 ，杨福顺，陈梦飞，吕 刚

脓毒症(Sepsis)是由各种感染因素造成的机体反应不平衡，常累积多个脏器[1]，其中最重要的环节是炎症失调，这发生在脓毒症病程的从头到尾，造成这种现象的致病物质包含细菌、真菌、寄生虫、病毒等生物体。尽管脓毒症的治疗方法取得了重大进展，但它仍然是威胁全世界人民生命健康安全的关键因素。据统计，截至2017年的脓毒症病例约为4 890万人，其中大概有100万最终为死亡[2]。由于脓毒症的表现形式多样，临床医生在脓毒症患者的诊断、治疗和管理方面继续面临严峻挑战。细胞外囊泡(EVs)是一种含膜小泡样物质，能够于各种各样细胞间定向运输物质，对于细胞彼此间的联系及转运递质发挥着不可或缺的作用。越来越多关于EVs的研究为脓毒症的诊治提供了思路，现就EVs在脓毒症中的作用机制进行综述。

1 概述

EVs是囊括细胞中释放的各种有膜亚型的统称，主要包含外泌体、微囊泡和凋亡小体，能够携带各种核酸、脂质、胞浆蛋白、受体和其他小信号分子[3]。在细胞外环境中对EVs的首次观察可以追溯到1940年后期，当时学者CHARGAFF和WEST观察到EVs作为血小板促凝衍生颗粒存在于正常血浆中[4]。此后，EVs已能够在大多数细胞和生物体液中分离开来。在过去的十年中，EVs因可以运载生物大分子，并造成受体与亲代细胞的性能改变，被看作不同细胞间传递信息的有效载体。最近的证据表明它们在基本细胞功能中起着关键作用，如免疫防御、遗传和表观遗传信息共享等。EVs可以呈现不同的受体、分子，通过与细胞膜的融合或胞吞功能把信号分子传递给另外的细胞以表达作用。

2 EVs在脓毒症发病机制中的作用

2.1 内皮细胞EVs参与脓毒症炎症反应:内皮细胞(ECs)是血管内的免疫细胞，能够在细菌感染后的全身反应中限制其传播。内皮细胞与无数炎症介质以及先天免疫和凝血系统的元素处于动态平衡状态，以协调脓毒症中的宿主反应。内皮表面的屏障功能在感染性休克中几乎均匀受损，这很可能导致不良后果。研究表明，外泌体可通过调节内皮细胞炎症反应、氧化应激和细胞凋亡参与脓毒症的发生发展。外源性内皮祖细胞(EPC)可以减少血管渗漏、改善器官功能并提高脓毒症患者存活率。ZHOU Y[5]等假设EPC通过外泌体介导的microRNA(miRNA)转移来保护微血管系统，并通过研究证明，EPC外泌体治疗减轻了肝肾功能损害，降低了细胞因子和趋化因子，显著改善了脓毒症小鼠的存活率。

2.2 巨噬细胞EVs启动脓毒症炎症级联反应:巨噬细胞分为传统激活(M1)和交替激活(M2)两种，它们分别表现出促炎和抗炎表型，这两种亚型之间的平衡在调节组织炎症、损伤和修复过程。最近的研究表明，组织细胞和巨噬细胞通过释放小的EVs相互作用，在这些过程中受压组织细胞释放的EVs可以促进相邻巨噬细胞的活化和极化，进而释放EVs和促进细胞应激的因子和组织炎症和损伤[6]。脓毒症期间会出现具有明显免疫抑制的抗炎表型，在此期间中性粒细胞和单核细胞/巨噬细胞限制其Toll样受体4对细菌脂多糖(LPS)的反应。之前报道显示，在这种LPS耐受状态下，不同的信号通路抑制不同的促炎细胞因子如TNFα和IL-6的转录和翻译[7]。郑伯俊等[8]通过研究发现，LPS刺激下巨噬细胞释放的EVs能够造成小鼠急性肺损伤。DING L等[9]研究证明，巨噬细胞衍生的EVs(Mac-EVs)不仅能抑制炎症性单核细胞的动员，而且可以缓解随之而来的细胞因子风暴，从而缓解小鼠的脓毒症症状。

2.3 其他来源EVs通过复杂机制参与脓毒症炎症反应:在脓毒症中，血小板低于50×109/L往往表明情况危急，作为凝血反应和免疫系统的汇聚点，血小板被看作是脓毒症治疗的切入点。血清外泌体产生的miR-155分别通过作用于SHIP1和SOCS1增加巨噬细胞的生长和炎性反应。研究表明，分泌到外周血中的循环外泌体释放的miR-155是造成脓毒症肺损伤的重要物质。免疫细胞衍生的EVs会导致循环单核细胞功能受损，并有助于脓毒症的发展和持续存在。高水平的单核细胞EVs与死亡率相关，有助于对病情较重的患者进行早期分级。肠上皮细胞(IEC)衍生的腔内EVs携带减轻促炎反应的miRNA，在脓毒症期间释放的IECEVs将调节性miRNA转移到细胞，可能有助于改善肠道炎症[10]。

3 EVs在脓毒症疾病评估中的作用

实验显示，脓毒症休克患者释放的EVs浓度明显增加，在白细胞来源的EVs中，中性粒细胞产生的EVs数量最高。这些发现提高了采用EVs计数作为脓毒症休克识别工具的可能性。研究表明，EPC衍生的EV通过巨噬细胞M2极化传输TUG1以减轻脓毒症，该研究还强调了miR-9-5p介导的 SIRT1 能够抑制相关的促炎机制，这些结果有助于更全面地了解脓毒症的发病机制[11]。内皮细胞外泌体含有HSPA12B，可以被巨噬细胞摄取。有趣的是，在LPS刺激的巨噬细胞中，内皮细胞外泌体HSPA12B明显增加IL-10水平，并减少TNF-α和IL-1β的产生。研究表明，内皮外泌体HSPA12B下调了LPS刺激的巨噬细胞中NF-κB的激活和核转位。这些数据表明，内皮细胞HSPA12B在脓毒症期间通过外泌体调节巨噬细胞促炎症反应方面发挥了新的作用，脓毒症诱发的心肌病和死亡率与内皮细胞HSPA12B的缺乏有关[12]。在脓毒症诱导的急性肾损伤中，EPC衍生的EVs对携带miR-93-5p的内皮细胞保护作用通过调节KDM6BH/3K27me3/TNF-α轴介导，其中的miR-375-3p可激活BRD4介导的PI3K/AKT信号通路改善脓毒症大鼠心肌损伤，为脓毒症心肌损伤提供治疗靶点[12]。MIN GAO等[13]关于脓毒症期间外泌体miRNAs对内皮细胞影响的调查研究发现，在对大鼠进行盲肠结扎和穿刺(CLP)后，miR-1-3p的增加和应力相关内质网蛋白1(SERP1)的减少在大鼠体内和体外都有表达。SERP1是miR-1-3p的一个直接靶基因，上调的miR-1-3p通过靶向SERP1抑制细胞增殖，促进细胞凋亡和细胞骨架收缩，增加单层内皮细胞的通透性和膜损伤，造成内皮细胞损伤，减弱血管屏障保护作用，参与急性肺损伤的发生。骨间充质干细胞(BMSC)衍生的细胞外囊泡已被证明可以转移微小分子(蛋白质、mRNA、microRNA 和脂质)以缓解脓毒症。有研究表明，源自BMSCs-EVs的MiR-17调节BRD4介导的EZH2/TRAIL轴，从根本上抑制LPS诱导的巨噬细胞炎症[14]。YAO M等在白细胞介素1β(IL-1β)预处理的小鼠MSCs(βMSCs)中分离出外泌体，并将它们注射到CLP脓毒症模型中，证明了βMSCs衍生的外泌体抑制了miR-21的靶基因PDCD4对巨噬细胞极化和败血症的影响。外泌体miR-21 成为 IL-1β 预处理诱导的 MSCs 免疫调节特性的关键介质，该研究为 MSCs 在脓毒症中的治疗应用提供了新的基础[15]。

4 EVs在脓毒症治疗中的作用

脓毒症可诱发心肌功能障碍，而EPCs衍生的EVs可减轻脓毒症炎症反应，实验说明EPCs-EVs中的miR-375-3p可激活BRD4介导的PI3K/AKT信号通路改善脓毒症大鼠心肌损伤，为脓毒症心肌损伤提供治疗靶点。同时研究发现，EPCs-EVs过表达miR-125b-5p，通过抑制TOP2A来保护脓毒症诱导的急性肺损伤，这可能有助于急性肺损伤的治疗策略[16]。最近的证据证明，糖酵解在通过代谢重编程调节巨噬细胞极化中起重要作用。骨髓间充质干细胞(BMSCs)可通过分泌外泌体减轻脓毒症引起的肺损伤，并具有有效的免疫调节和免疫抑制特性。BMSCs-EVs通过抑制缺氧诱导因子1(HIF-1)下调了几种糖酵解必需蛋白的表达，建立了 LPS 诱导的小鼠急性呼吸窘迫综合征(ARDS)模型后，研究人员发现BMSCs衍生的外泌体改善了LPS诱导的炎症和肺病理损伤。同时，气管内递送BMSCs衍生的外泌体可有效下调 LPS诱导的小鼠肺组织糖酵解[17]。硫醇特异性过氧化物酶(Peroxiredoxin-4，Prdx4)通过干扰Caspase-1活性直接调节IL-1β的产生，Prdx4确定为炎症小体活性的关键调节因子，并为通过巨噬细胞衍生的EVs对炎症小体的远程细胞间通讯功能提供新的见解[18]。间充质干细胞(MSCs)已被证明可以减轻ARDS和脓毒症造成的器官损害；研究发现脂肪来源的间充质干细胞(ADSCs)增加的Akt磷酸化主要由外泌体在组蛋白诱导的细胞毒性和肺损伤中介导。此外，来自组蛋白暴露的ADSC在外泌体中miR-126 的表达增加。值得注意的是，抑制 ADSCs中的miR-126未能增加暴露于组蛋白的HUVECs中的Akt 磷酸化，这说明ADSCs衍生的外泌体可能通过激活PI3K/Akt通路对内皮细胞发挥保护作用[19]，证明了ADSCs 外泌体通过调节 Nrf2/HO-1 的表达来减轻LPS诱导的炎症并在脓毒症中发挥保护作用。ADSCs 外泌体增强 Nrf2 的表达和核转位，同时下调其介质 Keap1。在体内脓毒症模型中，静脉注射 ADSCs 外泌体可缓解炎症细胞因子风暴和器官损伤，同时促进 HO-1的表达[20]。

EVs在脓毒症中的应用具有广泛的临床前景，许多研究都说明了EVs可能在脓毒症中发挥着重要作用，然而，EVs在脓毒症诊治的实际应用中还面临很多困难。不同来源的EVs作用机制大有不同，并且EVs的分离、提取过程尚未规范化，在处理方面仍需要建立标准化流程。同样，我们了解到是大部分关于EVs的实验均以动物模型或是在生物体外为基础，并未在人体上应用，未来还须进一步完善相关实验，以便于更好地观察EVs的临床疗效，从生物标志物到脓毒症的临床治疗，EVs需要更多、更完善的研究进行评估。