外泌体miRNA在心血管重构中的研究进展

邱家媛，徐建军，晏 浩

(南昌大学a.基础医学院病理生理教研室； b.第二附属医院心胸外科, 南昌 330006)

心血管疾病是威胁人类健康的重大疾病之一，随着心血管疾病病程的进展必将出现不可逆性的心血管重构，并以循环衰竭而终结。传统观点认为早期的心血管重构是机体应对压力增高的主动代偿性改变，而近年来的研究已发现早期心血管重构与心血管疾病的发病率和死亡率密切相关[1]。外泌体作为一种细胞间信息交流的稳定载体，其内容物miRNA可靶向调控细胞信号通路，进而参与如血管重塑、心肌缺血、心肌肥厚以及免疫炎症反应等多个病理生理过程[2]。本文对外泌体的来源和功能以及其中的miRNA在病理性心血管重构形成过程中的作用作一综述，以探究外泌体在疾病发生发展中的具体机制，并为其在临床治疗中的应用提供理论基础。

1 外泌体

1.1 外泌体的来源

20世纪80年代，PAN等[3]首次报道在体外培养的羊红细胞中发现了一种囊泡结构，随后通过电子显微镜再次证实了这种囊泡结构的存在。最初研究者们认为外泌体是网织红细胞转向成熟过程中形成的一个载体，用来清除转铁蛋白受体。随后越来越多的研究发现外泌体在各种病理生理过程中起到重要作用，尤其是细胞间通讯。外泌体与凋亡小体及微泡不同，它来源于细胞的内体途径，以向内出芽的方式形成。在外泌体生物合成的不同阶段需要经过多种机制的共同介导，其中多泡体的形成通常是由转运必需内体分选复合物(the endosomal sorting complex required for tansport，ESCRT)介导[4]，且形成的多泡体一部分与质膜融合，以腔内囊泡的形式释放到细胞外，即为外泌体，而另一部分则与溶酶体融合，最终被溶酶体完全降解，即为自噬。此外，研究发现敲除ESCRT后细胞依然可以分泌外泌体，因此也存在ESCRT非依赖的外泌体形成机制[5]。

1.2 外泌体的主要组分和功能

外泌体的内容物主要是蛋白质、mRNA、miRNA、lncRNA、DNA以及脂质等生物活性物质[6]。外泌体的主要生物学功能是介导细胞间的信息交流、参与机体免疫应答、信号传导、废物清除等多个病理生理过程[7]。近年来，越来越多的研究结果显示外泌体通过自分泌、旁分泌或远分泌的方式递送蛋白质、miRNA等内容物作用于受体细胞，介导细胞间的信息交流，进而影响受体细胞的生物学功能。外泌体与受体细胞结合的方式包括：1)释放有效成分于受体细胞附近；2)与靶细胞表面特异性受体结合；3)与质膜融合；4)受体细胞的内吞作用[8]。细胞在不同的状态下会启动一种或多种方式将外泌体与受体细胞结合。此外，在疾病的诊断中外泌体的内容物也发挥重要作用且具有一定的优势，这是由于脂质双层膜保护它们不被核酸酶降解[9]。

最新的研究还发现细胞能够通过外泌体代偿性的外排机制来清除有害物质。例如，在帕金森疾病的研究中，当自噬体形成受阻时，含有α-突触核蛋白的外泌体分泌增加，以此减少神经细胞内的α-突触核蛋白的蛋白毒性，从而抑制神经细胞死亡[10]。

2 外泌体与心血管重构

2.1 外泌体介导的血管重塑

血管重塑是指血管在应对管腔内压力、流量的变化及血管壁损伤时发生的适应性结构改变，是心血管重构的重要环节。

2.1.1 血流动力学

血流量及血流速率的变化可引起血流剪切力的改变，为了保持剪切力的恒定，血管壁张力增加进而导致血管重塑。OTANI等[11]发现，高血压大鼠血浆外泌体可显著提高正常大鼠的收缩压。相反，正常大鼠血浆外泌体可显著降低高血压大鼠的收缩压。高血压大鼠血浆外泌体可诱导胸主动脉的结构发生变化，如血管壁增厚及胶原含量降低，显著增加左心室的湿重和血管周围的纤维化程度，进而导致血压的改变，而正常大鼠血浆外泌体可逆转这些病理性的结构改变。这一研究首次证明血浆外泌体可以调节血压及心血管组织的结构和功能。

2.1.2 内皮细胞的通透性

当血管壁发生损伤时，内皮细胞的通透性增加、功能发生障碍，进而促进心室重构和动脉粥样硬化的发生发展。ZHENG等[12]发现，Krüppel样因子5可诱导人主动脉平滑肌细胞来源的外泌体中miRNA-155的表达显著上调，含有miRNA-155的外泌体可被内皮细胞摄取，从而增强内皮细胞的通透性，促进动脉粥样硬化的进程。而血管平滑肌细胞分泌的外泌体通过递送miRNA-150介导VEGF-A/VEGFR/PI3K/Akt通路的激活，进而促进内皮细胞的迁移[13]。这些研究表明，外泌体是血管平滑肌细胞干预内皮细胞功能的重要介质。

2.1.3 内皮细胞的炎症

炎性细胞分泌的外泌体可通过调控相关的促炎因子来介导内皮细胞炎症反应。OSADA等[14]认为，高血压大鼠心脏中巨噬细胞标志物CD68表达上调，即巨噬细胞浸润增强。进一步研究显示巨噬细胞分泌的外泌体作用于内皮细胞，可上调细胞内黏附分子-1和纤溶酶原激活物抑制剂-1等促炎因子的表达。ISMAIL等[15]研究发现，巨噬细胞分泌的外泌体中miRNA-223可促进内皮细胞的炎症反应，进而诱导内皮细胞功能障碍。此外，单核细胞分泌外泌体中的miRNA-155通过激活NF-κB信号通路，进而调节内皮细胞中促炎因子(细胞内黏附分子-1、趋化因子CCL2)的表达，从而使内皮细胞功能障碍[16]。GAO等[17]研究显示，树突状细胞分泌的外泌体经由促炎因子肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor α，TNF-α)激活NF-κB信号通路，进而促进内皮细胞的炎症反应。这些研究结果表明炎性细胞分泌的外泌体通过调控细胞因子参与内皮细胞炎症的发生机制。

2.1.4 血管平滑肌细胞表型转化

平滑肌细胞的表型转化是血管重塑的重要环节之一，且内皮细胞的旁分泌效应在表型转化中发挥重要作用。LIN等[18]研究发现，内皮细胞分泌外泌体中的miRNA-206可靶向作用于ADP-核糖基化因子6和钠/钙交换剂1，进而维持平滑肌细胞的收缩表型，抑制血管重塑进程。

2.2 外泌体介导心肌缺血与凋亡

心血管重构往往导致缺血性疾病的发生，且目前心肌缺血的常规治疗无法从根源上解决心肌细胞的既有损伤问题，而干细胞疗法意在通过分化取代受损的心肌细胞，因此受到广泛关注。但早期的研究发现与对照组相比，移植间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)能够明显改善急性心肌梗死72 h内的心脏功能，而短期内移植到体内的MSC并未完全分化成有正常收缩功能的心肌细胞[19]，提示干细胞的旁分泌效应，即干细胞分泌的外泌体可能在缺血心肌恢复中发挥了关键保护作用。

BARILE等[20]研究发现,心脏祖细胞分泌的外泌体能够抑制小鼠HL-1心肌细胞凋亡，同时能够促进人脐静脉内皮细胞中的血管新生。进一步的实验证实这些作用都是由外泌体中的miRNA介导的，其中miR-210下调ephrin A3和PTP1b，抑制心肌细胞凋亡，miRNA-132下调RasGap-p120的表达，从而促进内皮细胞的血管生成，进而增加左心射血分数，改善心肌功能。KHAN等[21]研究发现，胚胎干细胞分泌的外泌体miRNA-290家族，尤其是miRNA-294可显著提高心肌细胞的存活和迁移，进而加快心梗后心脏功能的修复过程。WANG等[22]研究证实,诱导多功能干细胞分泌的外泌体miRNA-21、210可通过抑制caspase3、7的活化来减少心肌细胞的凋亡，进而减轻缺血再灌注损伤。YU等[23]发现,过表达GATA4的MSC分泌的外泌体能够增加低氧环境下心肌细胞的存活率、减少心肌细胞凋亡以及保持线粒体的完整性，进而发挥心脏保护作用。WANG等[24]认为,人子宫内膜来源的MSC同样具有心脏保护作用，且这种保护作用是由外泌体中高分泌的miRNA-21介导的。miRNA-21可抑制下游靶蛋白PTEN的表达，从而增强了心肌细胞中Akt的磷酸化和Bcl-2的表达，抑制心肌细胞凋亡。

除了外泌体miRNA，外泌体包含的蛋白质在细胞凋亡中也发挥重要的保护作用。VICENCIO等[25]发现,在缺氧/复氧模型中对大鼠进行远端缺血预处理后提取血浆中的外泌体，这些外泌体能够减少心肌细胞凋亡，这种保护效应是由于外泌体包含的HSP70与Toll样受体4结合，激活下游的ERK和p38MAPK信号通路，磷酸化HSP27而抑制心肌细胞凋亡。

2.3 外泌体介导心肌肥厚

心肌肥厚不仅包含心肌细胞肥大，同时伴有心脏间质的改变，进而发生心肌肥大和心肌纤维化等病理改变。外泌体作为细胞间信息交流的载体，在这些病理过程中发挥重要作用。

2.3.1 心肌肥大

肾素-血管紧张素系统在高血压的发病过程中发挥重要作用，其中血管紧张素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)是重要的效应分子，研究发现成纤维细胞分泌的外泌体可抑制Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大。BANG 等[26]研究发现,成纤维细胞分泌的外泌体中富含miRNA-21-3p，而miRNA-21-3p通过调控下游靶点SORBS2和PDLIM5影响心肌细胞功能。体内和体外实验结果均显示沉默SORBS2和PDLIM5可诱导心肌细胞肥大，且在Ang Ⅱ诱导的心肌肥大模型中下调miRNA-21-3p的表达可以抑制心肌细胞肥大。另一研究[27]则发现,Ang Ⅱ诱导心肌成纤维细胞分泌的外泌体还能够通过激活MAPK和Akt来增强心肌细胞中肾素-血管紧张素系统的活性，上调肾素、血管紧张素原、AT1R和AT2R的表达，进而促进心肌细胞肥大，而外泌体抑制剂则能够有效地减弱这一病理过程。这些研究从细胞旁分泌的角度揭示了外泌体在心肌肥大中的重要作用。

2.3.2 心肌纤维化

心肌纤维化是病理性心肌肥厚的重要病理基础，研究发现多种来源的外泌体通过调控心肌成纤维细胞增殖和细胞外基质合成过程参与心肌纤维化的形成。FENG等[28]提出,经缺血预处理后MSC分泌的外泌体中miRNA-22表达高，且miRNA-22通过靶向调控甲基化CpG结合蛋白2来抑制心肌成纤维细胞的增殖，进而抑制心肌纤维化。在2型糖尿病小鼠模型中，运动可诱导心肌细胞分泌的外泌体中富含miRNA-29b和miRNA-455，这两种miRNA通过靶向调节基质金属蛋白酶9来抑制细胞外基质的合成，从而减少心肌纤维化[29]。

2.4 外泌体介导心脏免疫炎症反应

心血管重构这一复杂过程除了由机械刺激诱导外，另一个主要的刺激因素是神经体液因子。多种炎性细胞因子以及免疫细胞参与心血管重构，包括白细胞介素-6(interleukin 6，IL-6)、巨噬细胞、单核细胞和T细胞等。外泌体可包裹炎性细胞因子作用于其他细胞，参与心血管重构中的炎症反应过程。

TENG等[30]指出,MSC分泌的外泌体可增强血管形成和抑制T细胞的功能，进而抑制过度炎症反应，起到保护心功能的作用。在心肌细胞分泌的外泌体中，miRNA-181b可抑制巨噬细胞的浸润过程，介导免疫反应[31]。同样地，免疫细胞分泌的外泌体也参与炎症反应过程。WANG等[32]研究发现,在巨噬细胞分泌的外泌体中，miRNA-155靶向作用于心肌成纤维细胞，促进成纤维细胞的炎症反应。研究发现外泌体在免疫细胞之间也发挥重要的信息交流作用。LIU等[33]认为,缺氧状态树突状细胞分泌的外泌体可上调CD4+T细胞中炎性因子IFN-γ和TNF-α的表达，进而促进T细胞的活化。

此外，在心脏外科手术中，体外循环技术的应用可能诱导患者发生全身性炎症反应综合征。POON等[34]采集使用过体外循环患者的血清，发现血清外泌体中的miRNA-223靶向作用于IL-6和NLRP3，进而抑制炎症反应。另一研究[35]则发现，与健康对照组相比，慢性心力衰竭患者血浆中的外泌体增加，且其中的mtRNA可通过TLR9-NF-κB信号通路来促进炎症反应的发生。这些研究结果显示miRNA以外泌体为载体调控炎性因子的表达，参与心血管重构过程中的炎症反应。

3 展望

自发现外泌体30多年以来，它在疾病中的作用受到越来越多的关注。外泌体作为细胞通讯的载体，递送RNA、蛋白质、脂质等多种物质，参与高血压等心血管疾病诱导的心血管重构的发生和发展，提示可能成为心血管疾病的诊疗新靶点。目前外泌体处于深入研究阶段，但其在心血管重构中靶向调控机制还尚未完全阐明。因此，外泌体在心血管重构的诊断和治疗中的作用值得深入探索，进而为临床提供新思路。