外泌体在肝脏疾病中的研究概况

白纪红　李凡

【摘要】 外泌体是直径为30～100 nm，由各种类型细胞释放到生物学体液中的胞外囊泡。外泌体首要的生物学功能是在细胞间通讯，它内含细胞相关的蛋白质、脂质、RNA分子和循环DNA等重要分子，从供体细胞转移到受体细胞而发挥细胞间联络作用。在肝脏中，外泌体由肝细胞、非实质肝细胞和免疫细胞分泌，研究显示外泌体参与代谢性障碍引起的肝脏疾病、酒精性肝病、病毒性肝炎及肝细胞癌等的发病机制，是肝病诊断和预后判断的潜在新型分子生物标志物，也是肝病新的潜在治疗手段。本文对外泌体在肝脏疾病中的作用及其对肝脏疾病潜在的诊治价值等做一简要概括。

【关键词】 外泌体； 肝脏疾病； 生物标志物

A Review of Study on Exosomes in Liver Diseases/BAI Ji-hong，LI Fan.//Medical Innovation of China，2017，14（26）：145-148

【Abstract】 Exosomes are about 30-100 nm in diameter and released from a various types of cells into biological fluids.The primary biological function of the exosomes is the intercellular communication，which contain cell-related proteins，lipid，RNA molecules and circulating DNA and other important molecules，and plays a role in cell-mediated interaction from donor cells to the recipient cells.In the liver，exosomes are secreted by hepatocytes，non parenchymal hepatocytes and immune cells.Studies had shown that exosomes were involved in the pathogenesis of the liver disease caused by metabolic disorders，alcoholic liver disease，viral hepatitis and hepatocellular carcinoma and so on.They were the potential new biomolecules of the diagnosis and prognosis in liver disease，but also new potential treatment of liver disease.This article does a brief summary on the role of exosomes in liver disease and their potential value for the diagnosis and treatment in liver disease.

【Key words】 Exosomes； Liver disease； Biomarkers

First-authors address：The Affiliated Hospital of Guilin Medical University，Guilin 541001，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.26.038

肝脏疾病是一种严重危害人类健康、生命安全的常见病和多发性疾病，已成为我国面临的较为严重的公共卫生问题之一。代谢性障碍引起的肝脏疾病如非酒精性脂肪性肝病（NAFLD），现在被认为是一种严重和流行的疾病，有助于炎症和纤维化。目前，肝组织活检仍然是NASH诊断的黄金标准[1]。活检是一种高度侵入性的程序，并受到抽样误差的变异性。乙型肝炎病毒（HBV）和丙型肝炎病毒（HCV）是感染肝脏并在肝细胞中复制的两种类型病毒[2]。而HBV、HCV感染，酒精滥用及非酒精性肝病是发达国家肝硬化的主要原因。肝细胞癌（HCC）是最常见的原发性肝癌，大约80%的HCC病例与慢性HBV或HCV感染和肝硬化有关[3]。但目前，仍缺乏用于该肿瘤早期诊断的适当标记物。切除术、肝移植、介入放射治疗和不可切除HCC的化疗栓塞仍是HCC治疗的主要选择。然而越来越多的文献表明，外泌体介导的细胞间通讯可以改变肿瘤生长，细胞迁移，抗病毒感染和肝细胞再生，因此外泌体可能对以上肝脏疾病具有巨大的潜在诊断或治疗作用。

1 外泌体概述

外泌体是由各种类型的细胞释放到生物体液中（30～100 nm）膜结合的胞外囊泡并携带有各种生物大分子，包括蛋白质、mRNA和miRNA。外泌体可以由多种细胞释放，如B细胞、T细胞、肝细胞[4]、干细胞[5]、红细胞[6]、肥大细胞、上皮细胞等均有释放外泌体的能力。外泌体被各种细胞释放到细胞微环境中，这使得它们可以在生物体液如血液，尿液和腹水中检测[7-9]。不同的细胞类型可以通过在细胞上转移生物学和功能活性蛋白质以及RNA来介导细胞间通讯。外泌体蛋白和miRNA可以调节生理细胞活性，修饰靶细胞中的微环境。外泌体中最常被鉴定的蛋白质为膜转运蛋白和融合蛋白（如GTPases、annexins和flotillin），热休克蛋白（如HSP70、HSP90），四跨膜蛋白超家族成員 tetraspanins（如CD9、CD63、CD81和CD82），还有多泡体生物合成相关蛋白，（如Alix和TSG101）。一些外泌体所特有的四跨膜蛋白超家族成员Tetraspanins 被认为是外泌体的标记蛋白，如CD63和CD81。此外，Alix、flotillin、TSG101和Rab5b 等蛋白也可作为外泌体的标记蛋白，用于外泌体的鉴定[10]。endprint

外泌体具有高度的异质性和唯一性，包装在外泌体中的各种各样的RNA可以产生生理状态和疾病状况信息的分子特征，外泌体在不同肝脏疾病的发病机理中发挥作用，且正受到密切关注。

2 肝脏疾病中外泌体的改变

2.1 药物诱导肝损伤（DILI） 最近研究已经分析了DILI的大鼠尿中的外泌体蛋白水平，并报道了与对照大鼠尿中的外泌体相比，DILI大鼠尿中的外泌体含有减少的外泌体蛋白，包括CD26和CD81以及标记蛋白[11]。另一项研究表明，从DILI大鼠的血清中分离的外泌体含有更高表达水平的外泌体蛋白，其包括HSP70和HSP90[12]。

2.2 酒精性肝炎（AH）和非酒精性脂肪肝病（NAFLD） 研究发现酒精喂养的小鼠血液中外泌体分泌显著增加，并且miRNA在酒精喂养小鼠的外泌体中也显示增加。酒精诱导的单核细胞分泌含有增加水平的miR-27a的外泌体，导致细胞因子分泌增加，使得其他单核细胞的活化和极化[13]。酒精诱导肝细胞胞外囊泡的释放，这与活化的胱天蛋白酶-3相关。另外，酒精诱导的胞外囊泡含有CD40配体，其促进巨噬细胞活化，发生酒精性肝病的炎症[14]。另有研究显示在慢性酒精喂养的啮齿动物模型中，发现血清miR-122升高与肝损伤相关[15]。

在肝细胞中脂毒性脂质积累期间形成和释放囊泡，是NAFLD中肝损伤和疾病进展的关键机制[16]。NAFLD或非酒精性脂肪性肝炎（NASH）患者巨噬细胞和自然杀伤T细胞分泌微泡水平增加。另一项研究表明，在NAFLD的小鼠模型中，囊泡内各种蛋白质的表达增强，在疾病条件下的细胞分泌的外泌体升高，然而这可能引发各种病理生理变化。

研究证实了在NAFLD期间细胞外囊泡的增加对非侵入性监测疾病进展的潜在作用。从胆碱缺乏L-氨基酸（CDAA）喂养小鼠分离的4、8或20周的细胞外囊泡，在8周时间点含量更高，这与NAFLD的组织病理学特征密切相关[17]。特别是，饮食诱导NAFLD期间释放的细胞外囊泡水平与肝纤维化，细胞死亡和病理血管发生密切相关。此外，CDAA饮食中小鼠的细胞外囊泡富集了miR-122和miR-192，是肝细胞中两个丰富的miRNA。在NAFLD进展期间，这些miRNA随时间的推移在囊泡中增加，而在肝脏中下降。这些研究表明miRNA在肝脏病理学中的重要作用，但是相同的miRNA根据肝脏疾病差异而表达不同。

2.3 病毒型肝炎 外泌体和细胞间通讯参与病毒感染期间的免疫调节和抗病毒反应。病毒感染的细胞分泌外泌体，其含有病毒衍生的miRNA，导致受体细胞中靶基因的抑制。不同类型的病毒，如人类免疫缺陷病毒，HBV和HCV，通过外泌体将信号转导的蛋白质和功能性miRNA转移到未感染的细胞[18-19]。研究比较20例HBV患者报道，HCC患者血清外泌体中，miR-18a、miR-221、miR-222和miR-224增加，而miR-101、miR-106b、miR-122和miR-195减少，miR-21没有显著区别。对于HCV，将HCV感染患者与健康个体进行比较的研究表明，HCV患者分泌的CD4+和CD8+T细胞微泡水平升高[20]。

2.4 肝细胞癌（HCC） 肿瘤来源外泌体是癌症特定信号的重要载体，并影响肿瘤生长和转移。在HCC中，细胞通常释放高水平的外泌体，而外泌体含量确实影响损伤后肝细胞增殖。热休克蛋白质（HSP）-衍生自HCC肿瘤细胞的外泌体增加自然杀伤（NK）细胞的抗肿瘤作用，从而增强HCC免疫治疗。研究报道通过外泌体水平转移激活PI3K/AKT和MAPK信号通路的分子，赋予非侵袭性肝细胞迁移能力[21]。

HCC来源的外泌体介导miRNA转移是HCC生长和进展的环境调节的重要机制。HCC外泌体将其miRNA内容物转移到受体细胞中，抑制TAK1表达及TAK1相关的下游信号传导，因此导致HCC发展和转移。miR-122是肝特异性抗增殖性miRNA，与肿瘤周围的正常肝细胞相比，肿瘤抑制因子miR-122的表达在HCC细胞下调[22]，且健康肝细胞外泌体miR-122的转移抑制肿瘤进展。miR-122的丢失或下调不仅与HCC发展和进展相关，同时与HCC的不良预后和转移密切相关。因此得知，细胞外囊泡参与肿瘤的进展，转移和治疗，并且作为药物传递系统治疗HCC将具有巨大潜力。

3 肝脏疾病中的新型生物标志物

外泌体携带反映不同细胞功能和条件的多种特定类型的蛋白质/RNA/miRNA。研究发现越来越多的外泌体蛋白/RNA/miRNAs是急性和慢性肝病，以及多种疾病的潜在生物标志物。miR-122是肝脏疾病中最常识别和研究的miRNA，它是肝脏中的主要miRNA。外泌体miRNA成为在肝硬化患者中诊断HCC的生物标志物。Sohn等[23]报道，慢性乙型肝炎（CHB）、肝硬化和HCC患者血清分离的外泌体，与HCC或肝硬化患者相比，在HCC患者中发现miRNA水平升高，如miR-18a、miR-221、miR-222和miR-224。同时，与CHB患者相比，HCC患者中miR-101、miR-106b、miR-122和miR-195的血清水平较低。

miR-21是在几种肝病研究中鉴定的另一种外泌体生物标志物，研究表明miR-21可能具有与miR-122相反的功能。在HCC中，与健康个体相比，miR-122在阳性患者血清或循环外泌体中的表达较低，但另一方面，miR-21在HCC患者中较高[24]。另有研究比较30例HCC患者和30例慢性乙型肝炎病毒（HBV）感染患者，HCC患者的血清外泌體含有更高水平的miR-21[25]。这些研究表明一些miRNA能寻求一种新的生物标志物，同时有助于了解机制而治疗肝脏疾病。

研究证实肝脏提取物和从血清中分离的外泌体之间的蛋白质表达不同。这些结果表明，肝脏疾病的生物标志物只能在从特定体液分离的外泌体中鉴定，并且可能不在肝组织或血清中鉴定。endprint

4 外泌体在肝脏疾病中的治疗

外泌体及其组成部分参与肝细胞再生和迁移的机制，因此它们可以成为肝脏疾病和损伤的潜在治疗工具。外泌体介导抗肿瘤治疗的作用，由脂肪来源的间充质干细胞分泌的外泌体，在大鼠中显著抑制HCC发展而治疗HCC。抗肿瘤反应主要由自然杀伤（NK）细胞介导，并且通过脂肪来源间充质干细胞的外泌体增强[26]。

此外，肝纤维化伴随多种慢性损伤（如病毒性肝炎，酒精，药物，代谢疾病和肝细胞的自身免疫攻擊），其特征是肝组织中过量的细胞外基质沉积。人脐带间充质干细胞移植到急性损伤和纤维化肝脏可以恢复肝功能和改善肝纤维化。研究发现移植人脐带间充质干细胞的外泌体能减少表面纤维性胶囊并使其质地柔软，减轻四氯化碳（CCl4）诱导的肝纤维化，肝脏炎症和胶原沉积[27]。

5 展望

广泛研究揭示了外泌体在肝脏疾病中的作用，与肝脏的生理和病理生理学密切相关。外泌体的功能主要取决于接受外泌体信号和内含物的细胞。一些外泌体是特异性的，并且可以用作肝病的生物标志物，在诊断中具有重要价值。 一些外泌体是潜在的治疗靶标，然而对此相关研究仍然很少，研究有待需要进一步阐明外泌体和肝脏疾病之间的关系。靶向不同类型的外泌体可以帮助临床医生更好地控制肝脏疾病，目前进一步的研究将是需要获得外泌体在细胞间的形成，及其功能，以更好地利用他们的能力。此外，外泌体靶向细胞的机制也还不明确，因此外泌体所介导细胞间的信号途径仍是今后研究需要探明的重点。

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（收稿日期：2017-05-31） （本文編辑：程旭然）endprint