外泌体在糖尿病肾病中的研究进展*

赖丽莎 综述，徐军发， 付文金 审校

1.广东医科大学检验医学研究所，广东东莞 523808；2.广东医科大学附属厚街人民医院检验科，广东东莞 523945

糖尿病肾病(DN)为糖尿病常见的微血管并发症，是导致糖尿病患者终末期肾衰竭的主要原因，也是糖尿病的主要死因之一[1]。DN发病机制复杂多样，目前临床尚无有效手段能阻止DN 的发生与发展。因此，深入了解其发病机制，对早期诊断和防治DN具有重要的临床意义。外泌体作为细胞与细胞间信号传递的重要载体,参与多种肾脏疾病的发生、发展，本文主要就外泌体在DN中的研究进展予以综述。

1 外泌体的形成和释放

外泌体在真核细胞内的多泡体(MVB)中形成，是分泌囊泡的一种亚型，为直径40～200 nm的脂质双分子层膜性囊泡。外泌体产生途径如下：首先，细胞膜向内凹陷，形成一种特殊类型的脂质囊泡称为内体，内体通过出芽形成MVB；随后，蛋白质与RNA[包括长非编码RNA(lncRNA)、信使RNA(mRNA)、微小RNA(miRNA)和环状RNA(cirRNA)]通过选择性包装进入MVB，MVB中的囊泡可分为早期内体、晚期内体和回收内体。早期内体经过一系列转换成为晚期内体；部分晚期内体通过与溶酶体融合而降解，而另一部分晚期内体则通过Rab27介导的质膜融合，将MVB内的囊泡以胞吐的形式释放到胞外，所释放的膜性小囊泡即为外泌体[2-4]。目前，不同的分子家族已被证明参与外泌体的细胞内形成及分泌，这表明在外泌体中也存在不同的亚型。

外泌体含有丰富的蛋白质、mRNA和miRNA等生物信息分子，并可将信息分子靶向运输到远端组织，结合到靶细胞膜上，通过直接与质膜融合或被靶细胞内吞的形式于靶细胞内释放内容物。通过这种方式,外泌体完成细胞间信息和核酸等物质的交流。外泌体通过将miRNA传递到靶细胞胞质中,再特异性结合靶基因mRNA的3′非翻译区 (3′-UTR),诱导mRNA降解或抑制蛋白质的翻译，从而调节特定靶蛋白在细胞内的表达，改变靶细胞的基因表达或信号转导途径。这种细胞间交互作用的新方式，在DN的发生、发展过程中发挥着重要作用[5-6]。

2 外泌体在DN病理机制中的研究

DN的基本病理改变为肾小球肥大、基底膜增厚、细胞外基质积聚、肾小球系膜扩张、肾小管间质纤维化、足细胞足突融合及消失等[7]。目前普遍认为高血糖、转化生长因子-β1(TGF-β1)是DN的关键信号转导和基因调控机制。近年来，随着研究的不断深入，有大量研究报道了外泌体及其miRNA广泛调控肾小球、肾小管及肾间质的病变过程，而该过程是影响DN预后的重要因素。外泌体及其miRNA通过介入炎症、纤维化和氧化应激等病理过程参与DN的发生与发展。

2.1参与肾小球系膜细胞损伤 系膜细胞肥大及ECM堆积是肾小球系膜细胞在DN状态下最重要的病理改变[8]。BARUTTA等[9]通过使用高糖刺激肾小球系膜细胞发现，虽然系膜细胞外泌体分泌量明显下降，但过量表达了外泌体源miR-145，后者可能通过促进TGF-β1过度表达，在系膜细胞肥大、肾小球基底膜增厚、肾小管间质纤维化及表皮生长因子受体下调等方面发挥作用。提示外泌体miR-145可作为DN早期诊断的潜在指标。

2.2参与肾小球足细胞损伤 足细胞损伤也是DN发生、发展的关键环节，足细胞损伤发生在慢性肾脏病的早期阶段。当肾小球发生功能障碍时常伴有足细胞脱落，并随尿液排出。有研究提示，源于外泌体的蛋白标志物比全尿分析更能准确反映DN患者肾损伤改变,更适合作为DN病情的监测指标[10]。ABE等[11]检测了糖尿病患者尿液外泌体肾母细胞瘤-1(WT-1)蛋白发现，WT-1蛋白水平可有效反映糖尿病患者肾小球足细胞的损害，随着肾功能的下降其表达水平逐渐升高,可作为DN早期诊断的非侵入性标记物。SAKURAI等[12]研究证实，骨形成蛋白(BMP)4可诱导糖尿病患者足细胞中Elf蛋白的表达；尿液外泌体Elf蛋白可作为一种新型的预测足突细胞损伤的早期无创标志物。同时，该研究显示Elf蛋白通过激活足细胞中的Smad3而独立地调控WT1蛋白的表达。LIN等[13]研究发现，KDM6A(一种组蛋白赖氨酸去甲基化酶)和足细胞中的KLF10蛋白在DN患者的尿液外泌体中显著升高。KDM6A通过上调其下游靶标KLF10，产生正反馈回路，加重糖尿病足细胞功能障碍，同时KLF10蛋白的上调也能增加KDM6A的蛋白表达。而小鼠KDM6A或KLF10的失活或敲除可显著抑制糖尿病诱导的蛋白尿和肾损伤。研究显示，KDM6A-KLF10强化反馈机制可加重糖尿病足细胞功能障碍，靶向抑制KDM6A-KLF10反馈环可能有利于减轻糖尿病引起的肾损伤[13]。

2.3参与肾小球内皮细胞损伤 肾小球内皮功能障碍在早期DN的发病机制中发挥着重要作用，早期DN的一个重要特征为肾小球内皮细胞增殖和毛细血管表面积增加导致肾小球肥大、硬化[14-15]。WU等[16-17]研究发现，经高糖处理的肾小球内皮细胞来源的外泌体数量增加且触发了足细胞的功能紊乱，通过旁分泌引起足细胞的上皮-间质转化(EMT)；此外，这些外泌体还可活化系膜细胞，促使肾纤维化的发生。其研究证实了含有高水平TGF-β1 mRNA的外泌体可使靶细胞TGF-β1高水平表达，通过激活Smad3信号通路参与EMT，使足细胞表型发生改变，影响肾小球滤过膜的通透性，从而加快DN的发展。这表明了DN状态下的外泌体参与了肾小球内皮细胞与足细胞之间的相互作用，提示在高糖环境下，肾脏各细胞间能够通过外泌体产生相互作用，进而引发肾脏病变。这为外泌体在DN中的作用研究提供了新的视角。

2.4参与肾小管上皮细胞损伤 肾小管损伤及其标志物的改变在DN早期即可出现，且可先于肾小球病变，并与DN的预后密切相关[18-19]，提示肾小管损伤可能是DN发病机制中的早期事件。对肾小管损伤的研究常常以HK-2细胞株作为研究对象。LV等[20]研究显示，肾小管上皮细胞外泌体miR-19b-3p可通过肾小管间质炎症介导肾脏炎症中巨噬细胞的激活，促进肾小管间质炎症级联放大，参与DN的疾病进展。在DN发展过程中,外泌体在清蛋白诱导的炎性反应中起关键作用。JIA等[21]研究发现，肾小管上皮细胞吸收的清蛋白可诱导炎性反应并在促进DN进展中发挥关键作用。他们将人血清蛋白(HSA)诱导的HK-2细胞与巨噬细胞共同培养，发现HSA刺激HK-2细胞衍生的细胞外囊泡(EVs)在脂多糖存在下可诱导巨噬细胞M1极化，EVs的miR-199a-5p通过靶向Klotho/TLR4途径诱导巨噬细胞M1极化，进一步加速DN的发展。

3 外泌体在DN治疗中的应用

目前DN的治疗仅限于控制血压或血糖。一旦肾脏疾病进展到不可逆转的阶段，血液透析等替代治疗将不可避免。干细胞分泌的外泌体可能具有治疗DN损伤的作用。JIANG等[22]研究发现,人尿源性干细胞外泌体(USCs-Exo)可减少DN大鼠的尿量和尿微量清蛋白的排泄,减少足细胞、肾小管上皮细胞凋亡,并增加肾小球内皮细胞增殖。USCs-Exo内包含的生长因子、TGF-β、血管生成素及BMP7等可能参与了这一过程,而这些产物被认为与血管再生和细胞生存密切相关。然而，另1项研究显示,干细胞治疗未能改善DN动物模型和临床患者的肾功能，且可能促进肾脏纤维化[23]。因此，干细胞在DN中的治疗作用目前还存在争议，干细胞来源外泌体的安全性和有效性有待进一步研究。最新研究发现，用巨噬细胞源性囊泡作为载体，向炎症肾脏递送地塞米松，可提高细胞对糖皮质激素的敏感性，并降低慢性糖皮质激素治疗的不良反应(如高血糖症、下丘脑-垂体-肾上腺轴的抑制)；该治疗方法可有效抑制肾脏的炎性反应和纤维化，且未出现明显的糖皮质激素不良反应，对肾脏疾病的治疗有很好的借鉴意义[24]。

4 结论与展望

外泌体可作为早期DN诊断和治疗的标志物，也可通过旁分泌途径靶向作用于效应细胞，在DN病理生理过程中发挥重要作用。外泌体源性miRNA能够被外泌体膜结构较好的保护而避免被降解，其作为DN早期诊断的新指标表现出极大的优势，不仅有助于为DN的早期治疗开辟新的靶点，还将延缓甚至逆转终末期肾脏病。

另一方面，由于DN的发病机制复杂，有关外泌体miRNA与 DN 的分子作用机制仍有待进一步深入研究。此外，目前用于分离外泌体的方法烦琐，需要探索更适用于临床推广应用的外泌体分离方法。