外泌体在多种衰老相关疾病中的作用研究进展

史 敏 赵 月 李 莹 张明雨 综述，丁欣强 审校

（1.西安培华学院 陕西 西安 710125；2.西安市儿童医院皮肤科 陕西 西安 710003）

衰老是个体随年龄增长发生的组织器官机能减退的过程。在此过程中，由于细胞复制能力衰减、线粒体损伤、癌基因激活、细胞信号传导中断等机制，使衰老已成为大多数疾病的主要危险因素，如皮肤老化、神经退行性疾病、心血管疾病、癌症、糖尿病等。具有强大复制能力的多能干细胞在抗衰老研究领域成果显著。在干细胞移植抗衰老治疗中，相关研究提示其抗衰老作用可能为旁分泌效应，而外泌体（Exosomes，EXOs）是旁分泌效应的主要因子[1]。EXOs作为干细胞衍生物，它不但保留了干细胞的类似功能，而且相对于干细胞治疗，EXOs体积小、免疫原性低、稳定性好，规避了细胞衰老及成瘤等风险，有望成为抗衰老研究的新方向，本文就EXOs在抗衰老方面的作用机制进行综述。

1 外泌体的生物学特性

1983年，EXOs在绵羊网状红细胞中被发现，这是一种双层膜囊泡颗粒，直径为30～150 nm，之后其被定名为“Exosomes”，即外泌体。EXOs是细胞内溶酶体内陷形成的，囊泡内包裹有蛋白质、脂质、DNA、各种RNA等生物活性分子，这些活性分子随EXOs以胞吐方式被释放到细胞间隙，通过膜上特异性配体与靶细胞结合，从而进行细胞间精准信息传递和物质交换。因此，EXOs对维持微环境稳态具有重要作用。EXOs可从血液、尿液、眼泪、腹水、脑脊液等体液中被提取，提取方式有超速离心法、微流控芯片法、免疫亲和法等，但最为常用的是密度梯度离心法。对提取的EXOs颗粒常采用透射电镜、Nanoinsight和blotting等进行生物学鉴定。采用ELISA和蛋白质印迹法可鉴定EXOs膜表面的CD9、CD81、CD63蛋白及内部所含的热休克蛋白90(HSP90)、肿瘤易感基因101(TSG101)和ALIX等复合体。最初，EXOs被认为是细胞的“废弃物”，但随后一系列研究表明，EXOs在各种生物学过程中发挥着重要作用，其参与血管生成和凋亡、组织再生、免疫修复、炎症和细胞间信号传导等过程，因而影响如肿瘤、神经退行性疾病、伤口瘢痕、糖尿病和感染等疾病的生理和病理过程[1]。

2 EXOs与衰老

衰老的机制十分复杂，涉及环境与遗传因素，目前导致衰老的确切机制仍未完全阐明，但在细胞水平的研究表明，细胞衰老可能与线粒体功能异常、基因畸变、端粒缩短、细胞信号传导中断、DNA和生物膜损伤等有关。细胞衰老是组织衰老的关键特征，主要表现为细胞周期阻滞。通常，衰老的细胞特征有脂褐素积聚，p53、p21、p27表达升高，层蛋白B1丢失，分泌含有大量转化生长因子、细胞因子、趋化因子和蛋白酶的因子群，被称为衰老相关分泌表型（Senescence-associated secretory phenotype,SASP）[2]。研究证实，SASP可破坏组织内稳态微环境、抑制组织再生、导致组织和器官功能障碍，从而诱导衰老，且该过程可能会促进肿瘤的发生发展[3]。越来越多的证据表明，衰老细胞分泌的外泌体类似于SASP因子，对于调节靶细胞表型具有重要作用[4]。

近年来，有关衰老细胞与EXOs相关性的研究持续增长。在衰老机制中，Wnt信号通路发挥着重要作用，其在生理和病理衰老过程中被激活[5]，而Wnt通路的关键分子被证明可通过EXOs直接释放到细胞外并激活Wnt通路。该研究表明，EXOs在介导衰老信号胞间信息传递中发挥着重要作用。有证据显示，衰老细胞EXOs的分泌增加可超过10倍[6]，其分泌增加可能与p53及其下游靶标TSAP6有关，而p53蛋白被证明是EXOs合成的转录调节因子，说明衰老细胞EXOs的形成能力与P53密切相关[7]。Du等[8]发现老年人和衰老模型小鼠的心血管中外泌体circ-Foxo3高表达，体外研究显示过表达的circ-Foxo3可阻止抗衰老蛋白ID1、转录因子E2F1核转移，从而诱导小鼠胚胎成纤维细胞衰老；相反，沉默circ-Foxo3可抑制小鼠胚胎成纤维细胞衰老。周琦琦等[9]研究发现，过表达NAMPT脐带间充质干细胞EXOs能够促进人皮肤成纤维细胞增殖和延缓衰老，并延长秀丽隐杆线虫的寿命，提高其抗氧化能力。Liu等[10]研究显示，脐带间充质干细胞EXOs可改善HaCatT细胞老化。综上所述，得益于EXOs以旁分泌方式在调控衰老信号胞间信息传递中的重要作用，其有望发挥延缓衰老及对抗衰老相关疾病的巨大潜力，因此本文将重点回顾EXOs在皮肤老化、心血管疾病、神经退行性疾病、肿瘤、糖尿病等多种衰老相关疾病中的作用，为EXOs抗衰老的研究提供思路。

3 EXOs与衰老相关疾病

3.1 EXOs与皮肤衰老：伴随我国老龄化社会进展，抗衰老美容治疗已成为医学与美容界的研究热点。皮肤衰老作为人体衰老的最直接表现，是遗传因素和环境因素共同作用所致，而环境因素以紫外线辐射引起面部皮肤老化为其主要原因，因此又称光老化。皮肤因紫外线照射导致基质金属蛋白酶表达上调，真皮基质降解加速，胶原蛋白含量减少，皮肤质地干燥暗沉、色素沉着、缺乏弹性、皱纹产生。大量研究证明，EXOs能够促进光老化皮肤恢复。Choi等[11]发现脂肪来源干细胞外泌体（Adiposederived stem cell derived exosomes,ADSCs-EXOs）可促进UVR损伤的成纤维细胞增殖和迁移，显著抑制UVR诱导的MMP-1、2、3、9过表达，并提高Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型胶原蛋白与弹性蛋白的表达。皮下注射脐带间充质干细胞外泌体（Mesenchymal stem cells derived exosomes,MSCs-EXOs）可轻易穿透角质层到达真皮，优化胶原沉积，促进弹力蛋白生成，加快损伤皮肤愈合，这些证实了EXOs在抗皮肤光老化方面的积极作用[12]。神经酰胺因在维护皮肤角质层水合度及保护皮肤屏障中发挥着重要作用，现已成为抗衰、美白、保湿等方面的重要物质。皮下注射ADSCs-EXOs能够促进神经酰胺合成，改善皮肤干燥、开裂现象[13]。这些研究充分表明，EXOs在防止皮肤老化方面具有应用前景。

3.2 EXOs与心血管疾病：伴随人口老龄化的加剧，心血管疾病已成为全球范围内最常见的疾病，同时其也是导致老年人死亡的主要病因[14]。随着年龄增长，血管的结构和功能呈现退行性改变，表现为动脉硬度增加、顺应性降低，继而成为冠心病、高血压、心力衰竭等各种血管疾病发生的病理学基础。越来越多的研究显示，EXOs miRNA(EXOs miR)通过对内皮细胞功能修复、血管平滑肌细胞凋亡、血管细胞炎症和钙化等机制在血管老化和心血管老化相关疾病中发挥着重要作用[15]。Feng等[16]研究证实，在急性心肌梗死缺血状态下，EXOs miR-22可通过靶向作用于甲基化CpG结合蛋白-2来抑制心肌细胞死亡；相反，EXOs miR-133可促进急性心肌梗死的进展。有研究发现，经缺氧处理的心肌细胞产生的HPC-EXOs能够显著缩小心肌梗死面积，并在梗死区域周围生成血管[17]。Yaghoubi等[18]经静脉将脐带血干细胞EXOs注射到模型大鼠体内，于4周后发现大鼠心功能得到改善、炎性反应减弱、心肌纤维化减轻。以上研究表明，EXOs具有的的生物学功能可为心血管疾病的治疗提供新的思路。

3.3 EXOs与神经退行性疾病：神经退行性疾病呈年龄依赖性进展，常表现为记忆力减退，运动、语言和认知行为障碍，呈进行性加重，直至患者死亡。阿尔茨海默症、帕金森病、亨廷顿病是最常见的3种神经退行性疾病，此类疾病随年龄增长患病率逐年增加，目前尚无有效的防治手段。Zhang等[19]研究报道，小鼠衰老时下丘脑神经干细胞（Hypothalamic neural stem cells,htNSC）大量损耗，生命周期缩短，认知能力障碍。经脑室给衰老小鼠注射下丘脑来源的EXOs，可观察到小鼠脑组织衰老延缓，寿命延长，衰老各症状指标相应改善。进一步研究发现，EXOs miRNA通过调节htNSC发挥抗老化作用，但效应是在htNSC-EXOs进入脑脊髓液后产生的。牛玉虎[20]将人脐带干细胞EXOs注射到AD模型小鼠，小鼠的认知能力出现显著改善，抑郁和焦虑情绪明显缓解，空间学习能力和记忆力也得到提升。该研究揭示，MSCs-EXOs对AD小鼠具有行为学保护作用，这种作用可能与其对海马的神经再生有关。另外，在神经疾病中，人脂肪干细胞（Human adipose mesenchymal stem cells,hASC）来源的EXOs能够促进HT22细胞增殖，使受损的神经元得以修复[21]。有研究认为，EXOs是神经退行性疾病脑内信息传递的重要媒介，当脑组织损伤后，小胶质细胞释放EXOs miR-124-3p增加，不仅能抑制神经元炎症，同时还可促进轴突生长[22]。因此，EXOs有望成为神经退行性疾病监测的标志物。

3.4 外泌体与肿瘤：衰老是肿瘤发生的重要危险因素。在细胞衰老过程中，机体免疫力下降、微环境炎性反应增加，促进了细胞的恶性转化。肿瘤恶化中细胞间的信息传递非常重要，而EXOs在致癌过程中可能充当了关键的通信分子[4]。在老年癌症患者中，肺癌发病率最高，EXOs通过旁分泌与受体细胞通过“miRNA海绵”发挥特殊功能。Zhang等[23]研究表明，临床非小细胞肺癌患者血清EXOs circSATB2高表达，且与肺癌转移密切相关；进一步研究发现，EXOs circSATB2转移至肿瘤微环境后，通过吸附miR-326引起肌动蛋白结合蛋白表达增加，从而促进肺癌细胞增殖、迁移和侵袭。因此，circSATB2被认为是肺癌有前景的诊断标志物。消化系统肿瘤的发生率与年龄有依赖性关系，研究显示[24]，EXOs miR-1246在食管癌细胞系中的表达高于食管癌细胞，在血液循环中也检测到miR-1246；此外，结直肠癌患者EXOs miR-1246也呈高表达状态，这说明EXOs miR-1246有望作为消化道恶性肿瘤的一个指标。另有研究显示，脂肪组织来源的EXOs环状RNA-DB（exo-circDB）通过抑制miR-34a和活化USP7/细胞周期蛋白A2信号通路，促进肝癌细胞生长，减轻肝癌细胞HepG2的DNA损伤[25]，其在促进肝癌细胞生长中发挥了重要作用。因此，抑制exo-circDB表达可能成为治疗肝癌的新靶点。

3.5 外泌体与糖尿病：近年来，EXOs作为细胞间重要的通信工具，在代谢性疾病，如糖尿病、代谢综合征、肥胖症中不断被探索。我国是全世界糖尿病发病率较高的国家，以2型糖尿病发病最多，发病人群多在50岁以上，且以胰岛素抵抗为主要特征。相关文献报道，脂肪组织EXOs不仅在调节糖尿病的发生发展中发挥着重要作用，并且在其并发症如微血管病变和糖尿病肾病中具有潜在的诊断意义[26]。Thomou等[27]报道，脂肪组织的EXOs miRNA可调节胰岛素抵抗，但与糖尿病并发症的关系尚不明确。糖尿病视网膜病变是糖尿病患者的严重并发症之一。Liu等[28]研究发现，EXOs环状RNA可引起视网膜脉管系统的周细胞与内皮细胞异常，从而引起视网膜血管功能障碍。糖尿病足溃疡也是糖尿病的严重并发症之一，采集患者血清EXOs的芯片数据显示，糖尿病足溃疡患者中的has-circ-0000907显著升高，现已作为糖尿病足疾病的早期诊断指标[29]。此外，脂肪干细胞EXOs mmu-circ-0000250可通过miR-128-3p修复高血糖损伤的内皮细胞，从而促进糖尿病伤口愈合[30]，因此EXOs可作为糖尿病足疾病治疗研究的新方向。

4 小结

科技进步和医疗技术进展极大地提高了人类预期寿命，但随之而来的人口老龄化和衰老相关疾病问题也日趋严峻。尽管衰老不可避免，但衰老具有很强的可塑性，通过研究衰老及衰老相关疾病发生发展过程中涉及的细胞和分子途径，可为衰老相关疾病的诊治提供借鉴。EXOs通过分泌至胞外并转移至附近或远处的细胞，影响靶细胞的衰老表型，从而延缓细胞衰老，有望成为治疗衰老及衰老相关疾病的潜在药物或功能分子。尽管如此，外泌体在衰老进程及衰老相关疾病中的具体机制尚不明确，有待深入研究与探讨。