不同干细胞源性外泌体在急性心肌梗死中的研究进展

梁艳胜 刘文卉 盛其萍 刘 平

（山东大学第二医院，山东济南250033）

随着经济社会的发展，我国心血管疾病的发病率日益增加，已成为重大的公共卫生问题。《2018年中国心血管疾病报告：最新摘要》中指出，我国急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）的死亡率不论性别或城乡差异都会随年龄增加而增加，并且40岁以后增加最明显[1]。虽然近几年经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉旁路移植得到迅速发展，使很多AMI患者得以幸存，但是大部分幸存者最终会发展为心力衰竭，远期预后仍较差。心脏移植是治疗终末期心力衰竭的一种方式，但是所涉及的操作复杂、供体来源等问题使其难以广泛开展。近年来随着对外泌体研究的逐渐深入，不同干细胞源性外泌体在AMI中的促细胞增殖、血管新生等作用为无细胞治疗提供了一种新的选择。本文就不同干细胞来源外泌体在AMI中的研究进展进行综述。

1 外泌体概述

外泌体是一类大小约40-100nm具有脂质双分子层膜结构的细胞外囊泡，内含蛋白质、脂质、mRNA、miRNA、lncRNA、DNA 等多种生物学分子，可由B淋巴细胞、血小板、树突状细胞、肥大细胞、脂肪细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和干细胞等多种细胞产生，广泛分布在唾液、血液、尿液、母乳、脑脊液、淋巴液等多种体液中[2-3]。

干细胞来源的外泌体通过转运蛋白质、lncRNA和miRNA等生物活性分子可以在干细胞和损伤细胞的细胞通讯中发挥作用。外泌体介导的组织特异性信息从损伤细胞到干细胞的转移可能会使干细胞重新编程，从而获得来源细胞的表型和功能特征。而干细胞释放的外泌体也会赋予损伤细胞类似干细胞的表型，激活细胞的自我再生[4]。

2 不同干细胞源性外泌体在AMI中的作用

2.1 间充质干细胞源性外泌体

2.1.1 促进新生血管形成 Ju等人[5]建立小鼠AMI模型，通过心肌内注射将心脏间充质干细胞(Cardiac mesenchymal stem cells，CMSCs）分泌的外泌体和磷酸缓冲盐溶液（Phosphate buffer saline，PBS）注射至心肌梗死边缘区，发现与对照组相比，接受CMSCs外泌体治疗可以促进心肌细胞增殖和心脏血管生成。Ma等人[6]结扎大鼠左前降支建立大鼠AMI模型，通过尾静脉注射人脐带间充质干细胞（Human umbilical cord mesenchymal stem cells，HucMSCs）来源的外泌体和经腺病毒将Akt转染至HucMSCs后来源的外泌体，结果发现血小板衍生生长因子D（Platelet derived growth factor-D，PDGF-D）在 Akt转染的HucMSCs的外泌体中表达明显上调，具有促进血管内皮细胞的增殖、迁移和血管形成的作用。可见，不同的间充质干细胞在AMI动物模型中均发现了促进血管生成的作用。Huang等人[7]还发现AMI后30min心肌内注射外源性骨髓间充质干细胞（Bone mesenchymal stem cells，BMSCs）外泌体联合AMI后第3天BMSCs移植可以缩小梗死面积，增加新生血管，对心功能的改善效果最好。这为干细胞源性外泌体治疗AMI的时机提供了强有力的指导。

2.1.2 抑制细胞凋亡 Zhang等人[8]将低氧预适应的BMSCs外泌体注射到大鼠心肌内，观察到AMI大鼠的miR-24水平显著上调，凋亡蛋白表达下调，心肌梗死面积缩小，心功能得到改善。将H9c2细胞与低氧预适应的BMSCs外泌体孵育后，也可以观察到miR-24表达上调，凋亡率降低。这表明在体内和体外低氧预适应BMSCs外泌体均可通过上调miR-24抑制心肌细胞凋亡。Zhu等人[9]用低氧或常氧条件下BMSCs来源的外泌体干预AMI小鼠，观察28天后发现与常氧条件相比，在低氧条件下干预的外泌体中富集miR-125b-5p，也可以改善心肌细胞凋亡。可见，低氧处理后的BMSCs外泌体可以使miR-24和miR-125b-5p表达增强，抑制AMI时的心肌细胞凋亡。此外，也有学者发现了脂肪间充质干细胞（Adipose tissue-derived stromal cells，ADSCs）来源的外泌体在抑制心肌细胞凋亡中的作用：Pan等人[10]构建大鼠AMI模型和缺氧诱导的H9c2细胞模型，用miR-146a修饰的ADSCs来源的外泌体干预，证实了来自miR-146a修饰的ADSCs的外泌体通过下调早期生长反应因子1（Early growth response factor 1，EGRF1），逆转AMI或缺氧诱导的Toll样受体4（Toll-likereceptor4，TLR4）/核 因 子 κB（Nuclear factor-κB，NF-κB）信号的激活，可以抑制细胞凋亡，减轻AMI诱导的心肌损伤。

2.1.3 抑制炎症反应 Luo等人[11]建立大鼠AMI模型和体外缺氧诱导的H9c2心肌细胞损伤模型：在体外实验发现由miR-126高表达的ADSCs衍生的外泌体可通过减少炎症因子和纤维化相关蛋白的表达减轻缺氧诱导的H9c2心肌细胞损伤。在体内研究证实miR-126富集的ADSCs来源的外泌体可显著减少心肌梗死损伤面积以及心肌纤维化和炎性细胞因子的表达。可见，miR-126增强的ADSCs来源的外泌体在体内和体外实验中都表现出现可以减轻炎症和纤维化的作用。Liu等人[12]在体外缺氧H9c2细胞模型中发现包裹miR-93-5p的外泌体可以通过靶向调节TLR4，也能抑制缺氧诱导的炎性细胞因子的表达。Shi等人[13]构建AMI动物模型，于术中心肌内注射HucMSCs来源的外泌体，还发现外泌体在心肌梗死后的炎症期能够增加梗死区肌成纤维细胞的密度，促进炎症环境中成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化，减弱炎症反应，从而保护心肌细胞。

2.1.4 其他保护作用 Wang等人[14]发现HucMSCs来源的外泌体可以通过抑制miR-125b-5p来促进心肌修复。Huang等人[15]还发现HucMSCs来源的外泌体也能通过miR-19a靶向调节SOX6，激活AKT和抑制JNK3/caspase-3来保护心肌细胞免受AMI损伤。

2.2 心脏祖/干细胞源性外泌体

上文已详述间充质干细胞在AMI中重要作用，有研究表明心脏祖细胞（Cardiac progenitor cells，CPCs）分泌的外泌体可能比BMSCs分泌的外泌体具有更强的心肌保护作用。Barile等人[16]在研究中发现CPCs外泌体通过妊娠相关性血浆蛋白-A（Pregnancy associated plasma protein-A，PAPP-A）调节胰岛素样生长因子结合蛋白-4（Insulin-like growth factor binding protein-4，IGFBP-4）释放胰岛素样生长因子-1（Insulin-like growth factor-1，IGF-1），可以发挥比BMSCs分泌的外泌体更强的减少心肌细胞凋亡和AMI后瘢痕大小，改善心功能的作用。此外，心脏干细胞（Cardiac stem cells，CSCs）或CPCs也可以通过其他途径在AMI中发挥保护作用：Youn等人[17]给予AMI小鼠miR-322修饰的CPCs来源的外泌体进行治疗，证实这些外泌体可以增加活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的产生，增加内皮细胞的迁移和毛细血管的形成，在AMI中发挥保护作用。Cambier等人[18]发现心脏球源性细胞（Cardiosphere-derived cells，CDCs）外泌体中富含丰富的Y RNA片段，在缺血/再灌注后的冠状动脉内注射含有Y RNA片段的外泌体可缩小梗死面积。Vandergriff等人[19]还发现如果将CSCs来源外泌体与心脏归巢肽（Cardiac homing peptide，CHP）结合，可以靶向作用于AMI的心脏，使外泌体摄取增加，提高细胞存活率，增加细胞增殖和血管生成，减少心肌纤维化和瘢痕的面积。这也为AMI后的干细胞靶向治疗提供了指导。

2.3 诱导多能干细胞源性外泌体

诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）具有强大的自我更新能力和多向分化潜能，在AMI中也具有重要作用。Wang等人[20]通过分离纯化iPSCs源性外泌体，证实iPSCs来源的外泌体可向体外培养的H9c2心肌细胞递送具有心肌保护作用的miR-21和miR-210；在体内实验中发现再灌注前向小鼠缺血心肌内注射iPSCs来源的外泌体可以保护心肌免受缺血/再灌注损伤。还有学者发现了iPSCs来源的外泌体在促进血管生成中的作用：Dougherty等人[21]通过提取人iPSCs来源的心肌细胞的外泌体，发现这些外泌体可以促进牛主动脉内皮细胞细胞增殖和管状形成，也可以诱导人iPSCs来源的内皮细胞增加促血管生成生长因子的表达。Ding等人[22]也有类似的发现，提取iPSCs来源的外泌体后，用高糖加或不加人iPSCs来源的外泌体处理培养人脐静脉内皮细胞48小时。与对照组相比，高糖培养的人脐静脉内皮细胞存活率和管状形成显著降低。人iPSCs来源的外泌体能恢复高糖培养的人脐静脉内皮细胞存活率和毛细血管样结构的形成。这对于合并有糖尿病的心血管病患者的治疗提供了指导方向。Santoso等学者[23]还发现从iPSCs及其分化的心肌细胞（Into cardiac myocytes，ICMs）培养上清液中沉淀的外泌体，在体外缺氧和外泌体的作用下能够抑制ICMs凋亡；接受ICMs外泌体治疗的AMI小鼠，细胞凋亡和纤维化也显著减少，心脏情况得到改善。同时还发现在体内和体外，ICMs外泌体组中自噬体的产生和自噬通量上调。由此可见，ICMs外泌体也能通过调节缺氧心肌细胞的自噬来改善心肌梗死后的心功能。

2.4 胚胎干细胞源性外泌体

胚胎干细胞（Embryonic stem cells，ESCs）的生物学功能类似于iPSCs，也具有自我更新和多向分化的特性。ESCs源性外泌体在AMI中也表现出有益作用：Khan等人[24]将小鼠ESCs衍生的外泌体注入AMI小鼠心脏，发现ESCs外泌体具有促进新生血管形成，增加心肌细胞存活，减少心肌纤维化，改善心功能的作用。ESCs外泌体在体内移植8周后，还能够增加CPCs的存活、增殖以及新的心肌细胞的形成。进一步研究证实这些生物学作用的产生可能与ESCs外泌体将miR-294递送到CPCs有关。

2.5 造血干细胞源性外泌体

造血干细胞（Hematopoietic stem cell，HSCs）是血液系统中的成体干细胞，有学者发现HSCs来源的外泌体可能通过调节促血管生成及抗凋亡蛋白的表达促使血管新生[25]。Mackie等人[26]还在研究中发现，将音猬因子（Sonic hedgehog factor，SHH）修饰的CD34+HSCs注射到小鼠AMI后的边缘区，能够增加心肌梗死边缘区毛细血管密度，减少心肌梗死面积，减轻AMI所致的心室重塑和心功能下降。

3 展 望

我们阐述了不同干细胞来源外泌体在AMI中的作用，与传统的干细胞移植比较，外泌体治疗创伤更小、特异性更强。随着研究的深入，在未来干细胞源性外泌体很可能应用于AMI的治疗。但目前仍面临外泌体提取及纯化过程复杂以及外泌体如何靶向传递具有生物学作用的活性因子等问题，这可能是干细胞源性外泌体未来的研究方向。