外泌体在心律失常中的研究进展

王晓霏，李雯，王转转，韩林，黄辰

作者单位： 710061 西安，西安交通大学

心律失常是一种心血管疾病，由于窦房结激动异常或激动产生于窦房结以外，导致心脏搏动的频率和/或节律异常。这种疾病可单独发病，也可与其他心血管疾病伴发，如心肌缺血缺氧、心力衰竭、氧化应激及长QT 综合征等。目前的治疗方法主要通过药物或导管消融来恢复和维持窦性心律，但效果有限[1]。近年来，外泌体成为了心律失常相关领域的研究热点。外泌体是一种细胞分泌的膜性囊泡，其携带的组分可以反映细胞的生理状态，因此成为疾病标志物筛选的有效工具。同时，外泌体因其免疫原性较低，膜的生物相容性良好，因此也成为药物及基因递送的高效载体[2-3]。本文对外泌体在心律失常研究方面进行综述，为该领域提供新的治疗视角和方法。

1 外泌体的生物学特征与发生

外泌体是一种细胞分泌的细胞外囊泡组成成分之一，直径30 ～150 nm，包含复杂RNA、蛋白质、脂质和DNA 等[2]。外泌体膜富含胆固醇和鞘磷脂，并含有多种膜蛋白，根据功能可以分为四类：（1）CD9、CD63、CD81 和CD82 蛋白等转运相关蛋白；（2）MHCⅠ、MHCⅡ和CD86 等抗原处理与呈递相关蛋白；（3）信号传导相关蛋白，如外泌体膜蛋白黏蛋白-1（MUC1）亚基含有羧基末端结构域，其可以通过磷酸化和蛋白质-蛋白质相互作用参与细胞信号传导；（4）Rab GTP 酶家族成员、SNAREs、flotillin 以及annexins 等胞吐和胞吞相关蛋白。不同细胞或同种不同生理状态细胞分泌的外泌体，其囊腔中所含蛋白种类不同。此外，外泌体中还含有miRNA、lncRNA、mRNA 和DNA 等多种非编码RNA 和编码RNA 分子，参与生物体的生命活动调节[4]。

外泌体是通过细胞内吞和胞吐过程形成的细胞外囊泡，其分泌过程复杂有序。最初，新摄入的受体、脂膜和细胞外液等物质被包于早期内体中，然后通过ESCRT-0、ESCRT-Ⅰ及ESCRT-Ⅱ等作用，识别泛素化膜蛋白并捕获到早期内体膜表面，以“逆出芽”方式向内凹陷出芽，并进一步选择性地包裹部分细胞质成分形成管腔内小体。随着ESCRT-Ⅲ的剪切作用，管腔内小体与内体质膜分离形成多囊体（MVB），MVB可被转运到溶酶体融合被降解，或者与细胞膜融合后释放其内部小囊泡，产生外泌体[5]。此外，HSC70、HSP90 等蛋白参与了特异性结合内容物分选入外泌体的过程[6]。外泌体还能够富集AGO2 与RISC 等miRNA 结合相关蛋白[7]，为miRNA 分选进入外泌体提供了条件。因此，外泌体在细胞间传递信息和物质方面具有重要作用，其在许多生物学过程中发挥着至关重要的作用。外泌体可以通过多种途径作用于靶细胞，包括：（1）外泌体膜上的信号蛋白与靶细胞膜上的受体结合，从而影响靶细胞的信号转导途径；（2）外泌体将供体细胞表面的功能蛋白转运到靶细胞膜上，改变靶细胞的功能；（3）外泌体与靶细胞发生膜融合，向靶细胞传递mRNA、非编码RNA 等遗传物质，或者释放传染性颗粒以及功能蛋白质；（4）外泌体被受体细胞内吞或吞噬，作为营养物质被受体细胞的溶酶体降解[4]。因此，外泌体在医学研究中有着广泛的应用前景。

2 外泌体生物标志物与心律失常相关疾病

2.1 心房颤动（AF） AF是成年人中最常见的持续性心律失常，其主要原因为基因突变、功能损伤、离子通道与转运体及钙离子加工蛋白的表达紊乱，以及异位兴奋灶的发生，导致心房纤维化、重构、电异常和流变功能障碍[8]。引起AF 的心房电重构和结构性重构与外泌体密切相关。

心房电重构是指心房肌细胞的结构和功能发生改变，导致心房电活动异常，为促进持续性AF 的关键因素[9]。心房肌细胞的结构和功能改变可导致外泌体的内含物组成发生变化，检测差异的外泌体标志物具有预测心房电重构和AF 的价值。L 型钙电流的改变和电压门控型L型钙通道亚基1c（Cav1.2）的表达减少导致动作电位持续时间缩短，与AF 有关。AF 患者血清源性外泌体中的miR-21-3p 和miR-21-5p 均上调，其中miR-21-3p 直接靶向作用于编码Cav1.2 的CACNA1C 基因，抑制Cav1.2 蛋白表达[10]。在风湿性心脏病合并AF 患者和AF 犬心房模型中，富含miR-328 的外泌体通过靶向编码L型钙通道的CACNA1C 和CACNB1 基因参与心房电重构[11]。与AF 患者相比，AF 相关的缺血性脑卒中患者血清外泌体miR-641 和miR-30e-5p 显著升高，可作为AF 与AF 相关的缺血性脑卒中的鉴别指标[12]。miR-122-5p 在术后AF 患者中上调，提示其是预测术后AF 的生物标志物[13]。在持续性AF 患者血清外泌体中，miR-142-5p、miR-483-5p、mir-223-5p和miR-223-3p 可能与AF 的进展有关[14]，外泌体miR-92b-3p、miR 1306-5p 和Let-7b-3p 表达有助于评估AF 的风险和进展[15]。在人心包液中检测到的外泌体miR-382-3p、miR-450a-2-3p 和miR-3126-5p，可以反映心脏纤维化相关的AF进展[16]。除了miRNA以外，lncRNAs 也可以作为AF 的标志物。lncRNAs LOC105377989 和LOC107986997 在持续性AF 患者血清外泌体中表达上调，两者对AF 的诊断均具有显著的有效性，其中lncRNA LOC107986997 还参与AF 相关的病理生理调节[17]。

心肌纤维化是AF 的病理表现。起搏心肌成纤维细胞的外泌体（CF-exos）引起快速起搏h9c2 细胞铁死亡，其高表达的miR-23a-3p 可直接靶向抑制SLC7A11 的翻译，抑制miR-23a-3p 可以逆转CFexos 诱导h9c2 细胞铁死亡的过程[18]。经Ang-II 处理的人心肌细胞来源的外泌体高表达PVT1，并通过抑制miR-145-5p 增加IL-16 的表达促进M1 巨噬细胞极化，进而促进心房成纤维细胞的细胞外基质重塑，因此提示PVT1 可能是AF 的治疗靶点[19]。有研究发现AF 患者和AF 大鼠模型中miR-324-3p 表达降低，导致其下游靶点TGF- 1 升高，PI3K/AKT 信号通路开放，引起成纤维细胞增殖[20]，这表明miR-324-3p 可能是AF 的保护因子。

2.2 心肌梗死（MI） MI 是冠状动脉急性、持续性缺血缺氧所引起的心肌坏死，可并发心律失常、休克或心力衰竭，常危及生命。寻找MI 早期标志物，通过快速诊断，可提高MI 的救治效率。研究发现MI患者外泌体的大小和浓度明显高于年龄匹配的非MI患者，并且血浆源性外泌体中LDLR 和APOA5 水平显著降低，提示其可作为MI 的诊断标志物[21]。另外，与对照组相比，AMI 患者中 lncRNAs ENST00000556899.1 和ENST00000575985.1 显著上调。ROC 曲线分析显示，循环外泌体lncRNAs ENST00000556899.1 和 ENST00000575985.1 的AMI 曲线下面积（AUC）分别为0.661 和0.751。其中，ENST00000575985.1 与炎症生物标志物、预后指标、心肌损伤标志物等临床参数的关系更为显著[22]。

2.3 动脉粥样硬化（AS） AS是由于脂质代谢障碍而引起脉粥样硬化病变的一类疾病，为冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因。其特点是受累动脉病变从内膜开始，先由脂质和复合糖类在血管内沉积，导致动脉壁增厚变硬、血管腔狭窄。随着病变发展，导致动脉腔阻塞，引起该动脉所供应的组织或器官缺血或坏死。外泌体通过细胞间信息交换参与血管钙化，在血管粥样硬化中发挥重要作用。研究表明，miR-146a通过负调控IRAK1 和TRAF6 表达抑制泡沫细胞的形成、RAW264.7 巨噬细胞的凋亡和促炎反应，从而增强动脉粥样硬化斑块的稳定性[23]。而在致AS 外泌体中，miR-146a 高度富集，其可抑制巨噬细胞IGF2BP1 和HuR的表达，进而降低巨噬细胞迁移，从而促进血管平滑肌的钙化[24]。巨噬细胞来源的外泌体miR-4532 通过靶向SP1 和下游NF- B P65激活，显著破坏人脐静脉内皮细胞（HUVECs）功能，可能与AS 的发生相关[25]。血小板分泌高表达miR-223 的外泌体可以调节平滑肌细胞增殖和迁移，影响内皮炎症和AS 的进展，而用吲哚酚可以降低miR-223 的表达，限制AS 的发展。内脏脂肪来源的外泌体miR-27b-3p 进入血管内皮细胞，可以靶向下调PPAR ，激活NF- B 通路，增加炎症和AS[26]。携带miR-16 和miR-21 的外泌体可以抑制NF- B 通路，阻断TNF- 诱导的内皮炎症反应，从而延缓AS的进展[27]。与稳定斑块患者相比，不稳定/易损斑块患者的血清外泌体中circ_0006896 的表达明显增加，其水平与三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇和C-反应蛋白水平呈正相关，这提示circ_0006896 与斑块的不稳定性有关[28]。

2.4 冠状动脉疾病（CAD） CAD 是一种常见的心脏疾病，其中冠状动脉血流减少导致心肌缺血。外泌体循环RNA 在CAD 的诊断中具有重要的作用。circNPHP4 在CAD 患者单核细胞分离出的外泌体中表达显著升高，通过抑制miR-1231 促进EGFR/PI3K/AKT通路，影响人冠状动脉内皮细胞对单核细胞的招募[29]。稳定型心绞痛（CCS）患者血浆外泌体lncRNA ENST00000424615.2 和 ENST000005607 69.1 较对照组高，两个lncRNA 的ROC 曲线下面积分别为0.654 和0.722，可作为诊断CCS的生物标志物。更多病变血管的CCS 患者中外泌体lncRNA ENST00000560769.1 更高，提示其可能与预后不良有关[30]。外泌体 miRNAs miR-133a、miR-208a、miR-1、miR-499-5p 和miR-30a 在CAD 患者中表达上调，可以用于急性MI 的早期诊断。在CAD 患者中，外泌体蛋白如纤维蛋白原/ 链、间-胰蛋白酶抑制剂重链和-1 抗胰蛋白酶表达上调，提示其为潜在的蛋白质生物标志物；而白蛋白、簇蛋白和维生素D结合蛋白下调，可作为预后指标[31]。此外，外泌体circ_0005540 与SOCS2-AS1 在CAD 患者中也普遍升高[32]。研究发现，稳定性冠状动脉疾病（SCAD）组血 清 外 泌 体 中 miR-942-5p、miR-149-5p 和miR-32-5p 的表达水平显著高于对照组，诊断SCAD的AUC 分别为0.693、0.702 和0.691；GO 分类和信号通路分析提示这些miRNA 参与了SCAD 的病理生理过程[33]。

3 外泌体与心律失常相关疾病的治疗

3.1 AF AF的发展与外泌体miRNA密切相关，提示外泌体miRNA 可能在AF 治疗中扮演着关键的角色。间充质干细胞分泌的外泌体可以改善心肌损伤并减小MI 面积。其中外泌体miRNA-22 可调节甲基化结合蛋白，改善心肌纤维化并抑制心肌细胞凋亡[34]；外泌体miRNA-126 和血管内皮生长因子可促进血管生成过程，并在一氧化氮刺激下具有更好的效果[35]。胚胎干细胞来源的外泌体miRNA-294 可抑制心肌纤维化，从而改善MI 后的心功能[36]，而大鼠血浆的外泌体miRNA-24[37]和脂肪组织的外泌体miRNA-320d[38]也具有保护心脏的作用。另外，心球细胞的外泌体富含miRNA-146a，可通过抑制心肌细胞凋亡，降低瘢痕组织形成来修复受损心肌[39]。

3.2 MI 发生MI 时，由于部分心肌细胞死亡和破坏会导致炎症反应和心肌细胞凋亡，从而加重心肌缺血缺氧，导致心肌功能不全。外泌体治疗能够通过多种途径对心肌细胞进行保护，减轻心肌缺血再灌注伤害，快速抑制心肌凋亡并促进免疫系统的再生治疗。有研究表明，外泌体可以被有效释放到心肌组织中，抑制心肌细胞凋亡和炎症反应，进而降低梗死面积和缩短肌细胞恢复期。外泌体来源的miR-146a[40]和miR-21[41]等能够促进心肌细胞生长和再生，抑制心脏炎症反应，对心肌细胞和纤维化细胞起到保护作用。miR-126 能够促进血管新生和心肌再生，对梗死心肌发挥保护作用[42]。近年，工程化外泌体在MI 治疗中的应用得到了广泛重视。金属蛋白酶-2 的组织抑制剂修饰的人脐带msc来源外泌体通过Akt/SFRP2 途径增强大鼠MI模型的修复[43]；过表达HIF-1 的msc 来源外泌体可以增强AMI 后的血管生成[44]；间质干细胞衍生因子（SDF）-1 外泌体可抑制缺血心肌细胞的自噬，促进内皮细胞微血管生成[45]。缺血心肌靶向肽（IMTP）设计的外泌体可以特异性靶向缺血心肌，使MSC 衍生的IMTP 外泌体对AMI 的治疗作用增强[46]。心脏祖细胞（CPC）分泌外泌体的膜上富集有妊娠相关血浆蛋白A（PAPP-A），PAPP-A可以切割IGFBP-4，释放IGF-1，进而触发心肌细胞Akt 和ERK1/2 的激活以及caspase-7 的抑制，对心肌细胞发挥保护作用[47]。

3.3 AS 外泌体不仅可以诱导AS 的形成，同时也可以抑制其病理过程，成为治疗的手段。来自间充质干细胞、内皮祖细胞、骨髓源性巨噬细胞和血小板的外泌体可以改善AS。其中，间充质干细胞来自的外泌体富集了包括miR-100-5p[48]、miR-512-3p[49]、let-7 家族[50]和miR-21a-5p[51]等多种miRNA，能够减少AS 斑块的面积和斑块中巨噬细胞的浸润，促进M2 巨噬细胞极化，并且通过靶向不同的信号通路来调节巨噬细胞的迁移、胆固醇代谢和炎症反应等生物过程。这提示MSC 来源的外泌体可能成为治疗AS 的新型药物。

血小板源性外泌体在预防AS 方面也发挥着重要作用。凝血酶激活的血小板源性外泌体中含有多种miRNA，如miR-223、miR-339、miR-21[52]和miR-25-3p[53]等，这些 miRNA 可以通过靶向ICAM-1、Adam10 等分子，调节NF- B 信号通路，从而抑制内皮炎症和炎症反应，缓解AS 的发生。

综上所述，外泌体作为一种具有广泛应用前景的生物学信号载体，可以通过作为诊断标志物、参与疾病治疗等方式，为心律失常相关疾病的临床治疗提供更加精准、有效的手段。随着对外泌体研究的不断深入和技术的不断进步，将会在心血管领域的应用得到更加广泛的开展。

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