外泌体对巨噬细胞极化调控的相关研究进展

李斌斌 综述 张良清 审校

广东医科大学附属医院麻醉科，广东 湛江 524000

无论是在正常生理状态下或是病理状态下，细胞都可释放出一系列的细胞外囊泡，根据目前分类，可分为微囊泡(100～1 000 nm)和较小的外泌体(30～100 nm)[1]。其中外泌体的生物功能已经得到广泛的研究，它们包含多种生物分子，例如脂质，蛋白质和核酸[2]，大量文献研究表明，外泌体在器官保护过程起到重要的作用，它能够发挥促进血管生成，细胞迁移以及细胞存活的生物作用[3]。同时病理状态如缺氧，炎症刺激等来源的外泌体，亦能够导致细胞凋亡比例的增加，炎细胞的浸润，肿瘤细胞的侵蚀等不良效应[4]。并且来源于各种环境以及各种细胞的外泌体所运载的货物各不相同，凭借此生物特性，外泌体亦具有作为判断疾病进展和病情转归生物标志物的潜在能力[5]。总而言之，外泌体通过旁分泌的作用对周围细胞起到诸多影响，尚需要更多的研究探讨外泌体的生物过程。

巨噬细胞是构成机体防护功能的关键部分，发挥吞噬作用以清除入侵的微生物，从而组成先天性免疫的第一道防线，除此之外，它能够通过抗原加工和呈递作用从而调节机体对病原体的适应性免疫反应[6]。巨噬细胞作为一种具有异质性、功能多样的细胞，可根据所处的环境因素发生作用与表型的变化，分为经典激活的促炎亚型M1型极化以及替代激活的抗炎亚型M2型极化[7]。其中M1型巨噬细胞通过释放丰富的白细胞介素-1β (IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)、一氧化碳合酶等促炎因子，从而发挥促炎作用，清除病菌[8]。相反，M2型巨噬细胞其特征是CD206、Arg-1、IL-13的表达上升，在组织损伤后的炎症反应消退过程中起到调控效果[9]。本文将汇集有关外泌体介导巨噬细胞表型变化的相关信息，讨论外泌体通过不同的途径激活巨噬细胞，使其分化为M1型或M2型巨噬细胞。

1 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与肿瘤的发生发展

众所周知，肿瘤微环境作为肿瘤细胞生存发展的空间，巨噬细胞在其中发挥着不可估量的影响作用，已有文献表明，肿瘤微环境中包含大量巨噬细胞，这类巨噬细胞被称为肿瘤相关巨噬细胞，它们表现为M2表型，能够分泌促血管生成因子以及多种细胞因子介质促进肿瘤细胞的生长、侵袭、肿瘤相关血管生成[10]。来源于肿瘤细胞的外泌体承担了癌细胞与免疫细胞之间关键的通讯媒介的职能。最近，许多研究证明肿瘤来源的外泌体通过激活巨噬细胞M2极化促进肿瘤的发生发展。HSU等[11]发现，缺氧刺激下来自肺癌细胞的外泌体中富含miR-103a，PTEN作为miR-103a的靶基因与其相互结合，最终导致了PTEN的表达下降，PTEN的表达下调造成PI3K/AKT和STAT3信号通路的激活，通路的激活使巨噬细胞发生表型的改变，大量分泌的IL-10，CCL2与VEGF-A降低了抗肿瘤免疫反应，促进肿瘤细胞的迁移和血管的生成。除此之外，LI等[12]通过实验证明，肝癌细胞衍生的外泌体中含有高水平的lncTUC339，这些外泌体可被巨噬细胞大量内化，通过对巨噬细胞的过表达以及敲低实验发现，lncTUC339的表达能够减少IL-1β、肿瘤坏死因子(TNF-α)以及CD86的表达，并且CXCL10、iNOS和CD206的表达上升，由此反映，肝癌细胞的外泌体能够有效激活巨噬细胞向M2表型的极化。但是，肿瘤微环境是由不同细胞类型错综复杂相互作用形成的，巨噬细胞的极化主要依赖于微环境的信号或刺激，尚有文献支持另一种观点，癌细胞来源的外泌体能够促进巨噬细胞M1型的极化。XIAO等[13]表明口腔鳞状细胞癌分泌的外泌体能够激活巨噬细胞的p38，AKT和SAPK/JNK通路，促进巨噬细胞发生M1型的极化变化，随后通过蛋白质谱分析外泌体内容物发现，THBS1蛋白在外泌体的大量富集导致了巨噬细胞极化改变的发生，并且发生表型改变的巨噬细胞有效的促进癌细胞的迁徙。另外，SHAO等[14]通过小鼠体内实验发现来源于结直肠癌细胞的外泌体能够靶向肝组织，这些外泌体富含miR-21，当把这些外泌体和RAW264.7与Thp-1巨噬细胞共培养后发现，这些巨噬细胞分泌IL-6与TNF-α因子的能力得到增强，相反，抗炎因子IL-1与IL-10因子的释放水平下降，有利于形成转移部位的炎症环境，从而阐明了大肠癌向肝转移的分子机制。综上所述，探讨癌细胞外泌体对巨噬细胞的极化变化的分子机制研究，有利于阐明肿瘤发展的生物过程，并为癌症治疗和疾病诊断提供了巨大的希望。

2 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与神经系统疾病的发生发展

小胶质细胞作为脑巨噬细胞，在调节大脑发育、维持神经元网络与损伤修复中起到关键作用，其生物功能受到中枢神经系统微环境的严格调控[15]。JIANG等[16]于2018年收集急性缺血性脑病与健康患者外周血通过比较发现，急性缺血性脑病患者血清中miR-30d-5p表达明显降低，但是炎症因子的表达水平上升。通过构建过表达miR-30d-5p的脂肪干细胞进一步实验验证，来源于这些干细胞的外泌体有效抑制了糖氧剥夺模型下小胶质细胞IL-6，TNF-a和iNOS的表达水平，相反抗炎因子IL-4与IL-10的表达却上升，其中涉及的机制为miR-30d-5p能够靶向自噬相关蛋白Beclin-1，通过阻止小胶质细胞的自噬流通路促进其M2极化，并通过小鼠体内模型验证注射富含miR-30d-5p外泌体有效减轻MCAO诱导的大脑损伤，提示了外泌体可作为一种治疗工具有效促进巨噬细胞的极化表型的改变从而影响疾病发生发展。此外，LI等[17]同样发现，骨髓间充质干细胞分泌的外泌体治疗能够降低自身免疫性脑脊髓炎模型小鼠的神经行为评分，并且减少炎症细胞的浸润，无论是体内实验或是体外实验，这些外泌体用于治疗皆能促进小胶质细胞IL-10、TGF-β的释放，提示了M2极化的表现。同样，YANG等[18]利用大量包含miR-124的外泌体注射创伤性脑病模型小鼠，发现miR-124能够抑制TLR4通路促进小胶质细胞发生M2型表型的变化，从而强化海马神经再生能力改善创伤性脑病的预后。外泌体是否能够作为有效的治疗工具已得到许多研究人员的广泛关注，但是外泌体与周围细胞之间发生如何的相互作用尚未得到有效的探究，通过上述文献证明，外泌体与巨噬细胞之间的信号交互是疾病治疗的一个潜在方向。

3 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与心血管疾病的发生发展

SUN等[19]构建小鼠扩张型心肌病模型，通过尾静脉注射骨髓间充干细胞来源的外泌体发现，与对照组相比，外泌体注射组改善了小鼠心肌功能，减弱了心肌扩张并且减轻了心肌细胞的死亡，进一步研究发现，外泌体激活JAK2-STAT6的分子机制介导了巨噬细胞发生表型变化，促进Arg1、CD206的表达，提示外泌体对巨噬细胞表型的调控作用是保护心肌功能的重要机制。此外，心肌缺血再灌注损伤是当今人们关注的焦点，炎症细胞的激活与其息息相关，ZHAO等[20]通过心脏注射外泌体有效缩小缺血再灌注模型小鼠的心肌梗死范围，通过分析心肌巨噬细胞，外泌体注射组包含更多的M2亚型巨噬细胞和更少的M1亚型巨噬细胞，其分子机制为外泌体中丰富的miR-182通过TLR4/NF-κB/PI3K/Akt信号通路导致巨噬细胞的极化改变。同样，DENG等[21]通过小鼠体内与体外实验发现，外泌体能够通过激活S1P/SK1/S1PR分子信号诱导巨噬细胞的发生M2亚型变化，减少心肌梗死损伤。动脉粥样硬化是心血管系统常见疾病，LI等[22]发现干细胞外泌体能够通过miR-let7/HMGA2/NF-κB途径促进心肌巨噬细胞向M2亚型改变减轻动脉粥样硬化；但是，XIE等[23]发现脂肪组织来源外泌体却能够激活巨噬细胞M1极化促进动脉粥样硬化的形成，提示不同来源外泌体对巨噬细胞亚型的调控对疾病进展转归起到关键作用。

4 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与代谢性疾病的发生发展

肥胖作为一种慢性代谢性疾病，在其进展演变过程之中，脂肪组织细胞扩张会导致炎症细胞的趋化与活化，与此同时，巨噬细胞是驻留在脂肪组织中最主要的免疫细胞，这些巨噬细胞的生物功能对于胰岛素抵抗与代谢失调的程度有着十分密切的关联，因此如何干预这些巨噬细胞能够为解决肥胖问题提供新的治疗依据。PAN等[24]通过实验证实，给予小鼠高脂饮食能够有效上调脂肪组织中miR-34a的表达水平，并且检测浸润的巨噬细胞发现多已发生M1亚型的改变，随后进一步探究发现，这些脂肪组织是经过旁分泌的途径将包含大量miR-34a的外泌体运送于巨噬细胞，klf4作为维持巨噬细胞M2亚型的重要蛋白是其靶基因，由此可见外泌体的传递能够有效影响巨噬细胞的表型变化，对肥胖的病理生理改变起调控作用；同时，SONG等[25]发现了外泌体同样相似的作用过程，来自于脂肪组织的外泌体传递Shh于巨噬细胞，从而激活细胞内Ptch/PI3K信号通路，促使其发生M1型极化，当把接受外泌体作用的巨噬细胞与脂肪组织细胞一起进行培养发现脂肪细胞中IRS-1与HSL表达明显受到抑制，表明脂肪组织细胞发生胰岛素抵抗的变化。综上所述，在肥胖疾病的发展过程中，通过阻断外泌体的传递作用，减少巨噬细胞的活化可作为疾病治疗的有效手段。

5 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与肾脏疾病的发生发展

急、慢性肾损伤的共同特征为肾小管间质性炎症，肾小管上皮细胞与间质细胞之间的交互在疾病的发生发展中发挥相互促进作用，上皮细胞响应各种损伤因素能够促进炎症细胞向损伤区域浸润从而进一步加重肾脏损伤，但是上皮细胞释放的炎症相关信号是如何传播至炎症细胞的机制尚未清楚，因此探讨其中的分子机制有利于寻找崭新的肾脏疾病治疗手段。LV等[26]利用LPS建立急性肾损伤小鼠模型分析血清中外泌体发现miR-19b-3p表达明显上升，这些外泌体能够刺激RAW264.7中iNOS、TNF-α、IL-1β表达的上升，通过生物信息学分析，SOCS-1作为miR-19b-3p的靶向基因受其影响发生翻译水平的下降，从而激活NF-κB分子通路，导致巨噬细胞发生M1亚型的改变。

6 外泌体对巨噬细胞极化的调控参与肝脏疾病的发生发展

肝脏是一个独特的解剖学与免疫学部位，脂质毒性与巨噬细胞介导的炎症在肝脏疾病的发病机制上起到关键作用。ZHAO等[27]通过实验发现胆固醇负荷能够诱导溶酶体的降解并抑制了多泡体的降解，这一生物过程能够使外泌体的释放数量增加，通过对外泌体内容物的分析以及与巨噬细胞共培养发现，这些外泌体通过传递miR-122-5p促进巨噬细胞IL-1β、IL-6和TNF-α的释放增加。LI等[28]在胆管结扎胆汁淤积小鼠模型中发现外泌体包含lncRNA-H19增强kupffer细胞激活M1极化，并表达分泌CCL-2和IL-6，发生极化改变的kupffer细胞可促进骨髓源性巨噬细胞的募集和分化。由此可见，干预外泌体对巨噬细胞的激活作用可作为治疗肝脏系统疾病的重要靶点。

7 展望

随着对外泌体在生理与病理作用的广泛研究，它的生物特性与参与的生物过程为疾病的诊断与治疗提供了巨大的希望，外泌体参与了细胞间的通讯，调节正常与异常的生物过程，目前关于外泌体如何调控巨噬细胞从而参与炎症反应的机制尚未得到完全阐明。一方面，外泌体能够促进巨噬细胞发生M1亚型的改变，加重疾病损伤，为临床治疗提出新难点，在另一方面，通过外泌体亦能够激活巨噬细胞M2型极化，提供了抗炎，减少病理过程进展。因此，外泌体在巨噬细胞极化过程中可作为一把双刃剑，深入了解其在不同病理生理过程，不同疾病中的调控作用，可为解决临床疾病治疗难点提供崭新的视角。