白色脂肪组织来源细胞外囊泡在代谢性心血管疾病发病中的作用机制研究进展

宋丹丹，宋延彬，张富洋，赵小娟

1延安大学研究生院；2延安大学附属医院心血管内科；3西京医院心血管内科

肥胖、胰岛素抵抗及2型糖尿病等代谢性疾病是冠状动脉粥样硬化、心力衰竭等心血管疾病的危险因素。先前有研究发现，由脂肪组织中的脂肪细胞分泌的细胞外囊泡(EV)在影响全身糖脂代谢方面发挥重要作用。如特异性敲除小鼠脂肪组织miRNA加工酶Dicer会导致白色脂肪组织(WAT)降低，胰岛素抵抗和循环脂质改变会导致WAT降低，胰岛素抵抗和循环脂质水平改变[1]。越来越多的研究表明，WAT来源的EV通过miRNA来介导脂肪组织和其他组织之间的信号传导和互相调节，从而调节胰岛素敏感性、葡萄糖稳态和脂肪形成。在以前的蛋白质组学报告中，从培养的脂肪细胞来源的EV中鉴定出的绝大多数蛋白质可在人类WAT来源的EV中检测到[2-7]。有研究表明，脂肪是EV循环miRNA的主要贡献者[8]。除了对糖脂代谢的影响，WAT来源的EV还可以通过抗心肌细胞凋亡、抗病理性重构和抗动脉粥样硬化(AS)等机制影响心血管疾病的发病。因此，靶向WAT来源的EV有望成为干预代谢性心血管疾病的新策略。现就WAT来源的EV在代谢相关性心血管疾病发病中的作用机制研究进展作一综述。

1 WAT分泌的EV在AS发病中的作用机制

AS是许多心血管疾病的病理基础。EV主要通过影响内皮功能、炎症反应、血管钙化、胰岛素抵抗和脂质代谢等途径参与AS的发生发展。

1.1 调控内皮功能 EV主要包括微粒和外泌体，其中外泌体是调节体内关键信号、炎症和脂质代谢平衡的重要途径[9]。外泌体已被证实参与血管内皮功能紊乱的病理过程。而外泌体携带的miRNA在AS的病理过程中发挥重要作用。比如外泌体携带的miRNA通过影响内皮型一氧化氮合酶的活性从而调控NO合成，进而加重内皮功能紊乱[11]；其还可通过激活氧化应激反应，增强白细胞黏附功能介导炎症反应等机制参与内皮功能障碍的病理过程[10]。

1.2 调节炎症反应 动脉粥样硬化是一种以动脉壁慢性炎症为特征的疾病，巨噬细胞是炎症发生的关键因素[12]。有研究发现，小鼠脂肪细胞来源的外泌体携带的miR-155通过靶向细胞因子信号转导抑制因子1(SOCS1)并调节JAK/STAT信号来介导M1巨噬细胞表型活化，从而导致炎症的发生[13]。炎症发生在AS的早期和晚期。这种慢性炎症是一个以脂质堆积和免疫细胞募集为特征的渐进过程。现已证明，用肿瘤坏死因子α处理的3T3-L1脂肪细胞分泌的EV可上调人脐静脉内皮细胞中黏附蛋白表达[14]，这能够促进白细胞与内皮细胞的附着，是AS斑块形成的先决条件。来自内脏脂肪组织(VAT)的外泌体已被证明可通过激活M1巨噬细胞加重载脂蛋白E缺陷(ApoE-/-)小鼠的AS[15]，但也可能通过促进白细胞与血管壁的黏附而加剧AS。其次动脉内膜脂质堆积和炎症之间的一个重要联系是巨噬细胞脂质过载。有研究表明，VAT分泌的外泌体通过转运miRNA抑制ATP结合盒转运体A1(ABCA1)，使得胆固醇在巨噬细胞内积聚，促进泡沫细胞产生，导致脂质斑块形成[16]。综上所述，脂质和白细胞的浸润和积聚是AS病变发展的驱动力。而脂肪细胞来源的外泌体更是促进了这一病理过程的进展，这提示抑制脂肪细胞分泌EV或阻断EV分泌途径可以缓解AS的血管炎症，减少斑块形成。这有望成为一种新的治疗模式，以改进和补充抗AS的方法。

1.3 影响血管钙化 血管钙化是晚期AS的典型病理表现。有研究证实EV参与了病理性血管钙化，可通过促进平滑肌细胞转分化，调控钙、磷等矿物质沉积等机制导致血管钙化的发生[17]。但是WAT来源的EV在血管钙化中的作用机制报道较少，我们仍需进一步了解其功能及其在血管钙化发病过程中的作用。

1.4 影响胰岛素抵抗 糖尿病和肥胖也是AS不容忽视的危险因素。糖尿病引起的AS相关心血管疾病致死风险极高[18]。有报道称，从胰岛素抵抗的3T3-L1脂肪细胞中分离出的外泌体可增强人脐静脉内皮细胞中血管生成，这与AS斑块破裂有关[19]。同时，不论是内源性还是外源性给予胰岛素抵抗的脂肪细胞分泌的外泌体均会导致糖尿病ApoE-/-小鼠血管生成，从而加重斑块负荷和斑块脆性[20]，加重AS。所以，对于有胰岛素抵抗的AS患者，抑制其病态脂肪细胞分泌EV可以降低斑块破裂的风险，减少致死事件的发生。

1.5 调节脂质代谢 肥胖是体内脂肪尤其是甘油三酯积聚过多而导致的一种状态。肥胖AT来源的EV的致AS特性是通过调节巨噬细胞泡沫化和极化来发挥作用的。巨噬细胞分为促炎表型和抗炎表型，即M1型和M2型。从高脂饮食诱导的肥胖小鼠VAT中分离出的外泌体可通过下调ABCA1和ATP结合盒转运体G1介导的胆固醇外流并上调NF-κB活性，促进巨噬细胞泡沫化和M1巨噬细胞极化[21]。脂肪细胞来源的外泌体释放的miR-34a可以转运到巨噬细胞，通过抑制Kruppel样因子(KLF)4的表达而抑制M2巨噬细胞极化[22]。而KLF2可诱导外泌体富集miR-143/145转移到平滑肌细胞中，降低靶基因表达，抑制AS进程[23]。因此，KLF2诱导的EV介导的miRNA转移可能成为抗AS新的策略。此外，还有研究发现，miR-155可以通过脂肪细胞来源的EV转移至骨髓来源的巨噬细胞，通过SOCS1抑制JAK/STAT1信号通路，调节M1巨噬细胞极化[13]。先前也有证据表明，富含miR-155的外泌体会抑制内皮细胞增殖，破坏内皮细胞完整性，增加血管内皮的通透性，并加速AS进展[24]。除了巨噬细胞的激活，脂肪细胞分泌的EV还可通过直接转移脂滴来促进巨噬细胞中的脂质积累[25]，巨噬细胞可以吸收和储存脂质，成为AS的泡沫细胞。

1.6 其他作用 外泌体对AS还具有抑制作用。过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α)是细胞能量代谢的主要调节因子，与包括AS在内的多种心血管疾病有关。有报道称，外泌体携带的miR-19b-3p、miR-221-3p和miR-222-3p通过转录后调控，抑制PGC-1α的产生，限制AS的进展[26]。还有研究发现，脂肪细胞外泌体携带脂联素，具有抗AS的作用[27]。以上结果表明，一方面，抑制功能障碍的脂肪细胞分泌EV可能会减轻AS的血管炎症、减少斑块形成、减轻斑块负荷和脆性、降低斑块破裂风险、抑制巨噬细胞泡沫化和极化，阻止AS的进一步发展；另一方面，外泌体通过转运特定miRNA和脂肪因子还可以起到抑制AS的作用。因此，调节miRNA的表达可能有利于动脉粥样硬化的预防、减轻和消退。过表达和敲低两种方法都可以用来研究miRNA作为抗AS治疗药物的作用。但是目前对于其抑制AS具体作用机制的研究较少，尚需进一步明确。

2 WAT分泌的EV在心肌缺血再灌注(MI/R)损伤发病中的作用机制

在缺血心肌恢复血流量的过程中造成的心肌细胞进一步死亡，这种现象被称为MI/R损伤[28]。该过程涉及内皮功能障碍、心肌细胞凋亡、炎症损伤等，故通过改善内皮功能、减少心肌细胞凋亡、减轻炎症损伤有望减轻MI/R损伤。

2.1 影响糖脂代谢 糖脂代谢紊乱是公认的心血管危险因素。越来越多的证据表明，内脏脂肪细胞功能障碍对代谢性心血管疾病的发生和发展有重要影响。最近有报道称，糖尿病附睾脂肪移植能显著增加非糖尿病小鼠的MI/R损伤，而给予EV生物发生抑制剂可显著减轻糖尿病小鼠的MI/R损伤，这是由于功能障碍的脂肪细胞产生的EV通过转移miR-130b-3p抑制AMP活化蛋白激酶(AMPK)表达，加重糖尿病心脏MI/R损伤[29-30]。AMPK是代谢紊乱相关细胞死亡和器官损伤的主要调节因子[31]。先前也有证据表明，抑制AMPKα可导致糖尿病心肌病和糖尿病心脏病小鼠模型死亡[31]。此外，VAT与肥胖受试者的不良新陈代谢和炎症关系更密切[32-33]。例如，高脂饮食可使小鼠VAT脂肪细胞外泌体miR-34a表达进行性增加，miR-34a选择性地富集在啮齿动物和人类VAT来源的外泌体中，EV将miR-34a转运到相邻的巨噬细胞，并通过抑制转录因子KLF4来驱动巨噬细胞偏向于促炎M1表型转化。KLF4在维持M2巨噬细胞表型中起重要作用。而选择性去除脂肪细胞miR-34a可以保护小鼠免受肥胖引起的脂肪炎症[22]。与此同时，外泌体对MI/R损伤还可以起到干预作用。AT来源的外泌体可以改善内皮功能，被认为有助于保护心血管[34-35]。最近有学者发现，血管周围AT分泌的外泌体在内皮稳态的调节中发挥重要作用。已有研究表明，芒果苷刺激血管周围AT分泌的外泌体可改善内皮功能障碍[36]。

2.2 影响氧化应激和钙超载MI/R损伤机制还涉及氧化应激和钙超载。MI/R会造成氧自由基和活性氧增多，加重细胞损伤。研究发现，外泌体携带的miR-144和miR-451可靶向作用于Rac-1基因，降低氧自由基水平，从而减轻MI/R损伤[37]。细胞内游离钙(Ca2+)的变化是再灌注诱导心肌细胞死亡的常见信号机制。各种原因引起胞内Ca2+含量增多都会导致细胞损伤，从而导致MI/R损伤。钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是Ca2+信号的重要调节因子，介导心肌肥大、细胞凋亡、心律失常和心脏病等多种功能的信号通路。miR-214通过抑制编码钠/钙交换因子1 mRNA及下调Ca2+信号下游效应因子如CaMKⅡ、Bcl-2样蛋白11和亲环蛋白D，减少钙超载，从而减少心肌细胞凋亡[38]。同样的，miR-145通过抑制CaMKⅡ的表达，降低细胞内Ca2+，从而减轻心肌细胞损伤[39]。可见EV不仅可以加重MI/R损伤，还可以起到保护作用。

上述研究结果加深了对代谢相关心血管疾病，特别是对肥胖/糖尿病引起的MI/R机制的理解。一方面，预防或阻断异常脂肪细胞来源的外泌体的产生可能对肥胖/糖尿病引起的MI/R有治疗作用；另一方面，利用携带特定miRNA的外泌体靶向治疗对于减轻MI/R损伤也有重大意义。最重要的是，需要确定更多具有一致的促MI/R或抗MI/R作用的miRNA作为可靠和安全的抗MI/R治疗靶点。

3 WAT分泌的EV在心力衰竭发病中的作用机制

心力衰竭是大多数心血管疾病的终末阶段，缺乏特定的诊断标志物和治疗靶点。尽管目前采用了各种治疗方法干预，但心力衰竭患者的病死率和再住院率仍然很高。因此，探索心力衰竭诊治相关的潜在分子标志物非常重要。心力衰竭涉及的病理过程包括心肌细胞肥大、心脏纤维化、心肌血管生成受损等。由于EV miRNA的独特性，研究它们对心力衰竭发病的影响及机制是有意义的。多种miRNA参与调节心力衰竭的过程。YANG等[40]发现，低氧可诱导miR-30a表达上调并向外泌体富集，抑制miR-30a可增加心肌细胞自噬相关因子beclin-1、Atg12和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表达，从而增强缺氧后心肌细胞的自噬反应。越来越多的证据表明，EV miRNA可能有望成为心力衰竭诊断和治疗的分子标志物。MATSUMOTO等[22,41]提出，miR-34a可以用于诊断心力衰竭，而miR-34a选择性地富集在啮齿动物和人类VAT的外泌体中。FANG等[42]将脂肪细胞和心肌细胞共培养，在PPARγ刺激下，脂肪细胞衍生的EV将miR-200a递送到心肌细胞，导致TSC1表达减少，从而激活mTOR信号，导致心肌细胞肥大。TSC1先前已被证实可通过mTOR通路调节心肌细胞大小和心脏重构，而来自PPARγ功能抑制的脂肪细胞来源的EV可以减轻心肌肥厚。这提示抑制脂肪细胞PPARγ功能可以获得具有保护心肌作用的EV。虽然有研究报道，WAT来源EV所携带的一些miRNA可以作为心衰的特异性生物标志物，与其他更成熟的生物标志物相结合，可能具有更好的诊断和预后价值。还需要进行具体和系统的大规模临床研究，以确定这些携带的miRNA作为诊断和预后生物标志物的真正潜力。此外，关于WAT来源的EV参与心衰病理生理过程的报道仍然较少，还需要更深入的研究。

综上所述，WAT来源的EV作为局部或远端信号介质，在调节代谢性心血管疾病中发挥重要作用。WAT来源的EV的产生异常和功能障碍与多种代谢性心血管疾病的发病有关。miRNA是介导WAT来源EV作用的关键分子，WAT来源EV所携带的miRNA有望成为干预代谢性心血管疾病的靶点，也有潜力作为诊断代谢性心血管疾病的标志物。然而，WAT来源EV产生异常和功能障碍的机制及其携带miRNA影响代谢性心血管疾病的机制仍不明确，有待进一步研究。