外泌體在心血管疾病中的研究進展

1、[ 文章編號]1 0 0 0 — 4 7 1 8 ( 2 0 1 4 ) 0 4 ． 0 7 4 6 ． 0 5中國病理生理雜志 C h i n e s eJ o u r n a lo fP a t h o p h y s i o l o g y2 0 1 4 ， 3 0 ( 4 ) ： 7 4 6 - 7 5 0外泌體在 心血 管疾病 中的研 究進展 水· 綜 述 ·肖靜 ， 余 細勇 (廣東省人 民醫(yī)院 ， 廣東

2、省 醫(yī)學科學院 醫(yī)學研究 中心 ， 廣東 廣州 5 1 0 0 8 0 ；南方 醫(yī)科 大學 藥學 院， 廣東 廣州 5 1 0 5 1 5 )Re s e a r c hp r o g r e s so ne x o s o m e si nc a r d i 0 v a s c u l a rd i s e a s e sXI AOJ i n g， - 。YUXi ． y o n g(M e d i c 口 l R e s e n r

3、 c hC e n t e ro fG u a n g d o n gG e n e r a l H o s p i t a l ， G u a n g d o n gA c a d e m yo f M e d i c 。 lS c i e n c e s ， G u a n g z h 。 “ 5 1 0 0 8 0 ， C h i n a ；S c h o o lo fP h a r m a c e u t i c a lS c

4、i e n c e s ， S o u t h e r nMe d i c a lU n i v e ~ i t y ，G u a n g z h o u5 1 0 5 1 5 ，C hi n a． E — m a i l ： y u x y c n @h o t m a i l ． c o m)[ A B S T R A C T ] A I M： E x o s o m e sa r eb i - l i p i dm e m b r

5、 a n eo r i g i n a t e di nt h ec e l le n d o c y t o s i ss y s t e ma n ds e c r e t e di n t ot h ee x t r a e e l l u l a rma t r i x ．T h ec e l l ss e c r e t ee x o s o me si n t oe x t r a c e l hl a rma t r i

6、xt oi mp a c tt a r g e tc e l l sw i t ht h es i g n i f i c a n tf u n c —t i o n so fc e l l - c e l li n f o r ma t i o nt r a n s m i s s i o na n di m m u n o l o g i c a lr e g u l a t i o n ，R e c e n ts t u d i

7、e ss h o wt h a tc e l l - c e l lc o m m u n i c a t i o nr e g ul a t e db ye x o s o me sc a nb ef o u n di nb o t hp h y s i o l o g i c a la ndp a t h o l o g i c a lc o n d i t i o n so fc a rd i o v a s c u l a r

8、 d i s e a s e s( C V D) ．E x o s o m e sd e r i v e df r o mm a n yt y p e so fc e l l s ( s u c ha sm y o c a r d i a lc e l l s ， e n d o t h e l i a lc e l l sa n ds t e mc e l l s ) p l a ya ni m p o r t a n tr e g

9、u l a t o r yr o l ei nt h ep a t h o g e n e t i cme c h a n i s m o f C VD．Me a n w h i l e， e x o s o me — b a se di n v e s t i g a t i o n sh a v es h o w nh u g ep o t e n t i a l f o rt h et r e a t m e n to fC

10、V D ．T hi sr e v i e ww il lf o c u so nt h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n df u n c t i o n so f e x o s o m e si nt h ed i a g n o s i sa n dt r e a t me n to fC VD．fK E YWO R D S ]E x o s o m e s

11、 ； C a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e s ； I n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n[ 關鍵 詞] 外泌體 ； 心血管疾病 ； 信息傳遞 [ 中圖分類號] R 3 6 2[ 文獻標志碼] Ad o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 - 4 7 1 8 ． 2 0 1 4 ． 0 4． 0

12、3 1人體諸多生理功能的發(fā)揮是通過細胞間的信息 交換來完成的。目前細胞之間的信息交換涉及 的機 制較為復雜 ， 其中比較重要 的有分泌生長因子 、 各種 小分子物質( 多肽類、 生物活性脂類和核苷酸 ) 、 細胞 間接觸和分泌到胞外的基質成分等。新近發(fā)現的外 泌體 ( e x o s o m e s ) 作為一種細胞分泌到胞外的囊泡狀 小體 ， 自 發(fā)現 以來就不斷引起研究者的興趣。近年 來對于 e x o s o m e s 參與心血

13、管疾病生理及病理過程 的機制探索以及將基于 e x o s o m e s 的研究轉化于臨床心 臟疾病的診治已成為研究前沿和熱點。1E x o s o me s 的基本情況 E x o s o m e s 是 由多種細胞分泌 的雙層模型結構 的 囊性小泡 ， 直徑為 3 0— 1 0 0n m， 是已發(fā)現的眾多胞外 微粒體 的一種 。E x o s o m e s由 J o h n s t o n e 等¨在 1 9 8 7年

14、首次從網織 紅細胞 的培養(yǎng)上清液 中分離 出來 ， 之 后的研究不斷發(fā) 現其它 多種類型細胞 也可 以分 泌 e x o s o m e s ， 如 ： T細胞 【 2 j 、 B細胞 J 、 樹突狀細胞l 4以及其它非血源性細胞如腫瘤細胞 J 、 施旺細胞 J ， 甚 至在其它體液 中也可見 ， 如尿液 。E x o s o m e s 的產 生機制十分復雜 ， 涉及到多種 因子 的調控作用 。目前大多數研究者 比較認 同的機制

15、是 ： 細胞 在內吞 時 形成的多泡體 ( m u l t i v e s i e u l a rb o d i e s ， M V B s ) ， 在胞外 分泌的過程 中， M V B s 包含 的腔 內囊泡 ( i n t r a l u m e n a lv e s i c l e s ， I L V s ) 可以從 M V B s 的內腔釋放到胞外環(huán)境 中， 而 釋放 的 這些 3 0—1 0 0n m 的 I L V s 就

16、是 e x o 一[ 8 ]s om eso 細胞分泌的 e x o s o m e s 內包含許多遺傳物質和蛋 白質 ， e x o s o m e s 到達胞外后可作用到靶細胞 ， 從而在 細胞間信息傳遞以及免疫調節(jié)等過程中發(fā)揮著復雜 的調節(jié)作用。E x o s o m e s 內的 D N A或 R N A可 以通過 e x o s o m e s 傳遞到鄰近細胞 ， 引起周 圍細胞 基因表達 的改變 ； 來源于 e x o s

17、o m e s 的微小 R N A ( m i c r o R N A，m i R ) 在干細胞分化 的調控 ( 1 e t - 7 ) 、 胚胎發(fā)育 和器官 發(fā)生 ( m i R 一 1 ) 、 造血( m i R 一 1 8 1 ) 和腫瘤發(fā)生 ( m i R 一 1 7 、． 1 8 、 一 1 9 、 ． 1 9 b 等 ) 等生理和病理生理過程中起關鍵調 節(jié)作用【 1 0 ] ； e x o s o m e s 內的脂質對于維

18、持其正 常的結 [ 收稿 日期 】 2 0 1 3 — 0 9 - 2 1[ 修 回日期 ] 2 0 1 4 - 0 1 — 0 8[ 基金項 目] 國家 自 然科學基金資助項 目( N o ． 8 1 3 3 0 0 0 7 ； N o ． 8 1 1 2 0 1 0 8 0 0 3 ) ； 國家 9 7 3 計劃項 目( N o ． 2 0 1 2 C B 5 2 6 6 0 2 )△通訊作者 T e l ： 0 2 0 — 8 3

19、 8 2 7 8 1 2 轉 5 1 1 5 5 ； E — m a i l ： y u x y c n @h o t m a i l ． c o m將這一變化轉遞到周 圍的細胞。E x o s o m e s 內所包含 的組蛋白是其來源細胞分泌的所有組蛋 白中的一部 分 ， 有研究提示 心肌成纖維細胞分泌的組蛋 白可 以在體外緩解再灌注心臟 的缺血性損傷 ； 但進一步 卻發(fā)現， 條件 培養(yǎng)基 的心臟保護性效應只有在培養(yǎng) 基內存在分子量

20、大于 5 0k D的碎片時才出現。對這 一 現象可能的解釋是成纖維細胞分泌的 e x o s o m e s 足 夠容納分子量在 5 0k D以上的片段， 像血管緊張素 Ⅱ 和 內皮素 l l 2這類的低分子量心肌保護性 因子 ，可以在 5 0k D大小的碎片中單獨表達， 也可 以包裝 在 e x o s o m e s 之中到達靶細胞后 發(fā)揮效應 。另外 ， 心 肌細胞在乙醇 、 高糖等非正常條件刺激下可 以增加 e x o s o

21、m e s 的分泌量 ， 這一現象提示 當心肌細胞處 于某些病理條件下 時， 心肌損害 的出現可能 同其本 身所釋放出的 e x o s o m e 有關。4E x o s o me s 對心肌疾病的治療潛能 目 前對于心血管系統來源 的 e x o s o m e s 功能的研 究還處于初始 階段 ， 但是 e x o s o m e s 作為缺血性心肌 疾病的治療潛能已得到初步證實 。最近 ， 有研究者采用微泡作為藥物傳遞系統 ，

22、利 用 e x o s o m e s 特異定位細胞的能力治療某些疾病_ 2 9J ，該藥 物傳 遞 系 統甚 至可 以傳遞 遺 傳 物質 到 靶 細 胞_ 1。這個方法與 e x o s o m e s 模擬物不同， 后 者采用 人工合成 的 e x o s o m e s ， 其 內容物 只包含基 本 的定位 成分 ， 并且將其它 內源性成分 ( e n d o g e n o u sc a r g o ) 減 到最少_ 3。這個藥

23、物傳遞系統同目前利用脂質體進 行藥物傳遞的方法非常相似 ， 但是， 相 比一般 的脂 質體藥物傳遞 系統 ， e x o s o m e s 具有靶 向特定 的細胞 甚至細胞亞群的優(yōu)勢。例如 ， 含有外生 s i R N A的 e x —o s o m e s 可以通過血腦屏障傳遞其 內容物到達特定 的神經靶細胞 、 小膠質細胞、 少突膠質細胞 ， 使這些細 胞 內特定 的轉錄和翻譯水平下調 。使用 e x o s o m e s還可以

24、提高藥效 ， 當 e x o s o m e s 內被裝上外源性 c u r ．c u m i n ( 一種消炎 藥 ) ， 可 以觀察 到該 藥 的生物利用 度 、 溶解度及穩(wěn)定性都明顯提高 ， 在由脂多糖誘導 的感染性休克的小 鼠模型中， e x o s o m e s 傳遞 的 c u r c u —m i n可以減少炎癥細胞 因子 I L - 6和腫瘤壞死 因子 僅的濃度 ， 從根本上提高細胞在感染性休克狀態(tài)下 的 生存率。類似

25、 的策略可以利用 e x o s o m e s 表面的蛋 白靶向心肌細胞 ， 以期能夠提高藥物作用的專一性 ， 減 少治療副作用 。E x o s o m e s 作為藥物的傳遞系統克服 了藥物生物利用率低的缺點 ， 為靶 向性 特異治療 提 供 了全新的方法 。近年來 ， 除 了作 為藥 物傳遞體 的應用 價值外 ，e x o s o m e s 作為信息載體應用于疾病 的治療 以及在再 生醫(yī)學方面的應用前景也得到初步體現。研究發(fā)現

26、 干細胞分泌的 e x o s o m e s 具有心肌保護作用 J ， 間充 質干細胞( m e s e n c h y m Ms t e mc e l l s ， M S C s ) 分泌的 e x o -s o m e s 可 以保 護 心肌組 織免 受缺 血 與再灌 注 的損 傷 、 縮小心肌梗死中梗死心肌的范圍【 3以及急性 腎小管損傷的范 圍。在豬缺血再灌注模型 中， 來 源于間充質干細胞和胚胎干細胞分泌的 e x o s

27、o m e s 也 有類似研究發(fā)現 ， 這種細胞產生的 e x o s o m e 可以縮小 心肌梗死范圍， 提高心功能 。M a n o l e 等 在心梗 周圍區(qū)域發(fā)現有來 源于 t e l o c y t e s 的 e x o s o m e s出現 ，提示其可能有潛在的血管生成功能。本課題組近期 研究發(fā)現 S c a 一 1干細胞通過熱休克 ( 4 2c I = 處理 3h )處理后 ， 其存活率可顯著提高 ； 我們進一步研究

28、發(fā)現 熱休克干細胞通過 e x o s o m e s 分泌熱休克 因子 1 ( h e a ts h o c kf a c t o r1 ) 到胞外并作用于處于缺血狀態(tài) 的心肌 細胞 ， 使心肌細胞凋亡減少 ， 從而顯著改善心功能 ，這一研究對研發(fā)心肌保護藥物及解決干細胞移植治 療心肌梗死 的瓶頸 問題具有 重要臨床意義_ 加 J 。另外 ， 在心臟受到損傷時 ， 除了干細胞分泌保護性作用 的 e x o s o m e s 外 ，

29、C h e n 等H研究者證實心肌祖細胞分 泌的 e x o s o m e s 也可 以保護缺血的心肌細胞不受急性 缺血再 灌 注 的傷害 ， 因此心 肌祖 細胞來 源 的 e x o ．s o m e s 治療心臟疾病或同樣具有廣泛 的前景。5 展 望 對于缺血性心肌病 ， 干細胞療法具有廣 泛的應 用前景 ， 但是宿主細胞對外來 干細胞 的排斥 以及 干 細胞進入體 內后細胞的完整性被破壞是運用干細胞 療法主要的困難與挑戰(zhàn)。 目前

30、研究熱點正立足于運 用 e x o s o m e s 解決干細胞在治療缺血性心臟病中面臨 的干細胞存活率問題 ， 以有利于心肌保 護性 藥物治 療靶點 的探索和完善。因此 ， 心血管系統 e x o s o m e s的研究對于了解心臟細胞之 間的通訊機制 、 疾病的 發(fā)生發(fā)展過程 、 探 尋心血管疾病潛在的分子標記物 以及優(yōu)化心臟疾病 的診治均具 有重要 的臨床 意義。此外 ， 通過心臟 e x o s o m e s 的研究技術與

31、思路 ， 對我們 攻克其它難治性疾病 ( 如 惡性腫瘤 、 免疫系統 疾病 等) 也具有借鑒和指導意義。[ 參 考 文 獻 ][ 1 ]J o h n s t o n eR M， A d a mM， H a m m o n dJ R ， e ta 1 ．V e s i c l ef o r ma t i o nd u r i n gr e t i c u l o c y t ema t u r a t i o n ． As s o c

32、i a t i o no fp l a s mam e m b r a n ea c t i v i t i e sw i t hr e l e a se dv e s i c l e s( e x o —s o m e s ) [ J ] ． JB i o lC h e m， 1 9 8 7 ， 2 6 2 ( 1 9 ) ： 9 4 1 2 - 9 4 2 0 ．[ 2 ] A n d e r s s o n — Wi l l m