外泌體在心血管疾病中的研究進(jìn)展

1、[ 文章編號(hào)]1 0 0 0 — 4 7 1 8 ( 2 0 1 4 ) 0 4 ． 0 7 4 6 ． 0 5中國(guó)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(jìn)展 水· 綜 述 ·肖靜 ， 余 細(xì)勇 (廣東省人 民醫(yī)院 ， 廣東

2、省 醫(yī)學(xué)科學(xué)院 醫(yī)學(xué)研究 中心 ， 廣東 廣州 5 1 0 0 8 0 ；南方 醫(yī)科 大學(xué) 藥學(xué) 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(guān)鍵 詞] 外泌體 ； 心血管疾病 ； 信息傳遞 [ 中圖分類號(hào)] R 3 6 2[ 文獻(xiàn)標(biāo)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(xì)胞間的信息 交換來完成的。目前細(xì)胞之間的信息交換涉及 的機(jī) 制較為復(fù)雜 ， 其中比較重要 的有分泌生長(zhǎng)因子 、 各種 小分子物質(zhì)( 多肽類、 生物活性脂類和核苷酸 ) 、 細(xì)胞 間接觸和分泌到胞外的基質(zhì)成分等。新近發(fā)現(xiàn)的外 泌體 ( e x o s o m e s ) 作為一種細(xì)胞分泌到胞外的囊泡狀 小體 ， 自 發(fā)現(xiàn) 以來就不斷引起研究者的興趣。近年 來對(duì)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(jī)制探索以及將基于 e x o s o m e s 的研究轉(zhuǎn)化于臨床心 臟疾病的診治已成為研究前沿和熱點(diǎn)。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(xì)胞分泌 的雙層模型結(jié)構(gòu) 的 囊性小泡 ， 直徑為 3 0— 1 0 0n m， 是已發(fā)現(xiàn)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(wǎng)織 紅細(xì)胞 的培養(yǎng)上清液 中分離 出來 ， 之 后的研究不斷發(fā) 現(xiàn)其它 多種類型細(xì)胞 也可 以分 泌 e x o s o m e s ， 如 ： T細(xì)胞 【 2 j 、 B細(xì)胞 J 、 樹突狀細(xì)胞l 4以及其它非血源性細(xì)胞如腫瘤細(xì)胞 J 、 施旺細(xì)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(chǎn) 生機(jī)制十分復(fù)雜 ， 涉及到多種 因子 的調(diào)控作用 。目前大多數(shù)研究者 比較認(rèn) 同的機(jī)制

15、是 ： 細(xì)胞 在內(nèi)吞 時(shí) 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(nèi)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(nèi)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(xì)胞分泌的 e x o s o m e s 內(nèi)包含許多遺傳物質(zhì)和蛋 白質(zhì) ， e x o s o m e s 到達(dá)胞外后可作用到靶細(xì)胞 ， 從而在 細(xì)胞間信息傳遞以及免疫調(diào)節(jié)等過程中發(fā)揮著復(fù)雜 的調(diào)節(jié)作用。E x o s o m e s 內(nèi)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(xì)胞 ， 引起周 圍細(xì)胞 基因表達(dá) 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(xì)胞分化 的調(diào)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(guān)鍵調(diào) 節(jié)作用【 1 0 ] ； e x o s o m e s 內(nèi)的脂質(zhì)對(duì)于維

18、持其正 常的結(jié) [ 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(xiàng) 目] 國(guó)家 自 然科學(xué)基金資助項(xiàng) 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(guó)家 9 7 3 計(jì)劃項(xiàng) 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(zhuǎn) 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(zhuǎn)遞到周 圍的細(xì)胞。E x o s o m e s 內(nèi)所包含 的組蛋白是其來源細(xì)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(xì)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(jìn)一步 卻發(fā)現(xiàn)， 條件 培養(yǎng)基 的心臟保護(hù)性效應(yīng)只有在培養(yǎng) 基內(nèi)存在分子量

20、大于 5 0k D的碎片時(shí)才出現(xiàn)。對(duì)這 一 現(xiàn)象可能的解釋是成纖維細(xì)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(nèi)皮素 l l 2這類的低分子量心肌保護(hù)性 因子 ，可以在 5 0k D大小的碎片中單獨(dú)表達(dá)， 也可 以包裝 在 e x o s o m e s 之中到達(dá)靶細(xì)胞后 發(fā)揮效應(yīng) 。另外 ， 心 肌細(xì)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(xiàn)象提示 當(dāng)心肌細(xì)胞處 于某些病理?xiàng)l件下 時(shí)， 心肌損害 的出現(xiàn)可能 同其本 身所釋放出的 e x o s o m e 有關(guān)。4E x o s o me s 對(duì)心肌疾病的治療潛能 目 前對(duì)于心血管系統(tǒng)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(shí) 。最近 ， 有研究者采用微泡作為藥物傳遞系統(tǒng) ，

22、利 用 e x o s o m e s 特異定位細(xì)胞的能力治療某些疾病_ 2 9J ，該藥 物傳 遞 系 統(tǒng)甚 至可 以傳遞 遺 傳 物質(zhì) 到 靶 細(xì) 胞_ 1。這個(gè)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(nèi)容物 只包含基 本 的定位 成分 ， 并且將其它 內(nèi)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(gè)藥

23、物傳遞系統(tǒng)同目前利用脂質(zhì)體進(jìn) 行藥物傳遞的方法非常相似 ， 但是， 相 比一般 的脂 質(zhì)體藥物傳遞 系統(tǒng) ， e x o s o m e s 具有靶 向特定 的細(xì)胞 甚至細(xì)胞亞群的優(yōu)勢(shì)。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(nèi)容物到達(dá)特定 的神經(jīng)靶細(xì)胞 、 小膠質(zhì)細(xì)胞、 少突膠質(zhì)細(xì)胞 ， 使這些細(xì) 胞 內(nèi)特定 的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平下調(diào) 。使用 e x o s o m e s還可以

24、提高藥效 ， 當(dāng) e x o s o m e s 內(nèi)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(dǎo) 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(xì)胞 因子 I L - 6和腫瘤壞死 因子 僅的濃度 ， 從根本上提高細(xì)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(xì)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(tǒng)克服 了藥物生物利用率低的缺點(diǎn) ， 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(yīng)用 價(jià)值外 ，e x o s o m e s 作為信息載體應(yīng)用于疾病 的治療 以及在再 生醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用前景也得到初步體現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)

26、 干細(xì)胞分泌的 e x o s o m e s 具有心肌保護(hù)作用 J ， 間充 質(zhì)干細(xì)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(hù) 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(zhì)干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞分泌的 e x o s

27、o m e s 也 有類似研究發(fā)現(xiàn) ， 這種細(xì)胞產(chǎn)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(xiàn)有來 源于 t e l o c y t e s 的 e x o s o m e s出現(xiàn) ，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(xiàn) S c a 一 1干細(xì)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(jìn)一步研究

28、發(fā)現(xiàn) 熱休克干細(xì)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(xì)胞 ， 使心肌細(xì)胞凋亡減少 ， 從而顯著改善心功能 ，這一研究對(duì)研發(fā)心肌保護(hù)藥物及解決干細(xì)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(shí) ， 除了干細(xì)胞分泌保護(hù)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(shí)心肌祖細(xì)胞分 泌的 e x o s o m e s 也可 以保護(hù)缺血的心肌細(xì)胞不受急性 缺血再 灌 注 的傷害 ， 因此心 肌祖 細(xì)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(duì)于缺血性心肌病 ， 干細(xì)胞療法具有廣 泛的應(yīng) 用前景 ， 但是宿主細(xì)胞對(duì)外來 干細(xì)胞 的排斥 以及 干 細(xì)胞進(jìn)入體 內(nèi)后細(xì)胞的完整性被破壞是運(yùn)用干細(xì)胞 療法主要的困難與挑戰(zhàn)。 目前

30、研究熱點(diǎn)正立足于運(yùn) 用 e x o s o m e s 解決干細(xì)胞在治療缺血性心臟病中面臨 的干細(xì)胞存活率問題 ， 以有利于心肌保 護(hù)性 藥物治 療靶點(diǎn) 的探索和完善。因此 ， 心血管系統(tǒng) e x o s o m e s的研究對(duì)于了解心臟細(xì)胞之 間的通訊機(jī)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(biāo)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(shù)與

31、思路 ， 對(duì)我們 攻克其它難治性疾病 ( 如 惡性腫瘤 、 免疫系統(tǒng) 疾病 等) 也具有借鑒和指導(dǎo)意義。[ 參 考 文 獻(xiàn) ][ 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