外泌体与COPD

卢文静 卢丽琨 汪宇

COPD是一种可预防、可治疗的疾病，特点是持续的呼吸系统症状和气流受限，临床主要表现为气急、咳嗽、咳痰，严重者有呼吸衰竭的危险。多种因素参与了COPD的进展，炎症是COPD的中心标志；遗传和环境因素通过建立或维持慢性炎症，在COPD发病机制中发挥作用；此外，细菌或病毒感染是COPD发病的常见病因[1]。

外泌体是细胞外囊泡，可能会影响受体细胞中DNA、微小RNA(miRNA)的表达过程。外泌体被释放到体外之后，其将生物活性物质运送到靶细胞，调节凝血、炎症、细胞凋亡、血管生成和增殖的过程。外泌体可以通过多种途径将信号传递至靶细胞，常见的传递介质有信使RNA、miRNA和蛋白质等。外泌体作为一种细胞间的通信工具，影响了COPD的生理及病理过程[2]。

1 外泌体概述

1.1 外泌体来源 外泌体是一种晚期胞内体，即多泡体向内萌芽而形成的双脂质结构的囊泡。多种细胞可以分泌外泌体，并能在多种体液中检测出外泌体[3]。外泌体首先是由内泌体向内出芽，随后形成细胞内多囊泡体(MVBs)；随后MVBs与质膜融合释放到细胞外空间，MVBs直接从质膜脱落。研究显示，不同组织分泌的外泌体含有不同种类蛋白，从而导致外泌体与靶细胞结合时表现出特异性。例如来源于树突状细胞的外泌体，可以分泌组织相容性复合体，该复合体具有抗原呈递功能；结肠上皮细胞主要分泌特异性蛋白A33等[4]。

1.2 外泌体的生理特征 外泌体是一种细胞间信号传递介质。目前研究显示，外泌体主要通过3种途径被受体细胞识别、摄取：第一种途径是外泌体表面具有特异性的膜蛋白，其可以与靶细胞受体相互作用，激活受体细胞，传递信号；第二种途径是细胞外基质中有切割外泌体表面膜蛋白的蛋白酶，外泌体表面膜蛋白可以被这种蛋白酶切割为小片段，其可以作为与靶细胞结合的配体，激活细胞内的信号传导过程；第三种途径是外泌体可以直接与靶细胞融合，在靶细胞中释放出活性物质，激活受体细胞内信号，发挥信号转导作用[4]。

2 外泌体在COPD发病机制中的作用

COPD是一种炎症性肺部疾病。COPD的适应性免疫反应与长期吸入香烟烟雾及其他有害的刺激性颗粒有密切关系，气道内长时间炎症反应会导致气道重塑、肺气肿，甚至加重病情。外泌体受到外界有害物质刺激后，其内容物发生改变，并到达不同的部位，从而影响细胞生物学传递过程。

2.1 外泌体可促进炎症反应 COPD的炎症特征主要是中性粒细胞、T淋巴细胞等炎症细胞数量增加。在外界刺激下，炎症细胞显著增加，加速COPD炎症进展。研究发现，肺上皮细胞可以分泌外泌体，在香烟烟雾提取物(cigarette smoke extract，CSE)的刺激下分泌富含半胱氨酸蛋白61(CCN1)的外泌体，CCN1参与细胞增殖、黏附、迁移、分化等病理生理过程[5]。研究同时发现，CCN1可以促进IL-8 分泌，IL-8 可以促进炎症反应的发生、加速炎症细胞进入肺实质，引起肺部炎症反应。

天然免疫系统在COPD中起着主要的作用。参与COPD适应性免疫反应的主要细胞是CD8细胞毒性T细胞，这种类型细胞在气道中可以持续存在很长一段时间。在重度COPD病人中，IL-8与淋巴聚集物相关，可以促进Th1应答，B细胞反应可能是由于疾病引起抗原暴露的结果。最近，先天性淋巴细胞(ILC)在疾病中的作用受到关注。ILC1与淋巴样细胞浸润有关。有研究表明,在COPD加重过程中，ILC2可以转化为ILC1，因此促进了气道炎症反应的发生。

miRNA是外泌体的主要内容物之一。Dang等[6]发现，miRNA中的一些基因主要作用于节点样受体(NLRs)和toll受体(TLRs)，巨噬细胞和树突状细胞中通常含有TLRs，参与病原体入侵的第一道防线。NLRs存在于树突状细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和非免疫细胞等多种细胞中，这两种受体协同调节炎症反应。

流行病学研究表明，空气污染物对基因表达谱的修饰产生不利的影响，这可能与miRNA的调节有关[7]。长期暴露于空气颗粒物污染的环境中，可以改变miRNA-222、miRNA-21及紧张素同源基因(PTEN)。PTEN是COPD的易感基因，通过AKI信号通路调控细胞周期进展和细胞存活。miRNA-222与炎症相关[8]。Cordazzo等[9]发现，CSE可以动员细胞内钙离子，从而激活单核细胞，诱导炎症反应的发生。

2.2 外泌体可促进氧化应激(ROS)反应 活性氧和氮(ROS/RNS)具有参与细胞稳态信号传导的能力。他们在细胞内的积累可以导致氧化失衡、体内平衡改变以及细胞死亡。ROS来自暴露于有刺激性烟雾的气道或炎症白细胞和上皮细胞中氧化剂的释放，超过抗氧化防御机制的最高水平[10]。血管内皮生长因子(VEGF)是一种调控血管系统的生长因子，常在慢性炎症中过度表达。ROS可以下调VEGF,此外，ROS可以增强miRNA的表达，进而通过蛋白激酶B(AKT)磷酸化抑制AKT的激活，降低缺氧诱导因子1(HIF-1)的表达。HIF-1的低表达可能抑制VEGF的表达，抑制AKT的磷酸化，使肺内的肺泡细胞等结构细胞凋亡，导致COPD发生[10]。

目前研究显示，除miRNA参与COPD的研究外，长链非编码RNA(lncRNA)也可能在COPD的病理过程中发挥着调节基因表达，并介导气道上皮细胞的ROS保护的作用。研究发现，用CSE刺激人支气管上皮细胞后， lncRNA-1水平升高，因此，推测lncRNA-1可能与气道炎症抑制性调节有关，lncRNA-1可能作为气道炎症早期反应的生物学标志物[7，11]。

2.3 外泌体促进COPD急性加重 COPD急性加重期表现为呼吸困难、痰量增多且多为脓性，长期反复加重可能导致呼吸衰竭，死亡风险增加。Wnt信号通路被认为是介导COPD发展的重要靶点。研究显示，COPD急性加重期的病人，miRNA-15a、miRNA-16表达明显增多，而两者可以抑制Wnt信号通路的表达，从而影响肺的发育，引起肺部损伤。一项研究表明，在COPD急性加重期病人血清中miRNA-125b水平明显高于COPD病人或健康者，而在稳定期未见明显差异；同时发现，与稳定期病人相比，COPD急性加重期病人血清TNF-α/IL-6、IL-1β和白三烯B4(LTB4)水平明显升高，提示miRNA-125b可能是一种促炎因子[12]。另一项队列研究发现，稳定状态的嗜酸性粒细胞增多与更严重的疾病和加重频率增加相关。

此外，COPD病人对甲型流感病毒(IAV)感染的易感性升高可导致急性加重，并且由于IAV具有强烈的耐药性，对疫苗的应答较差。目前，miRNA被证实可直接降低COPD病人体内外IAV感染情况下基因的表达和线粒体抗病毒信号(MAVS)的表达，导致炎症加重和抗病毒受损，提示miRNA有可能作为病毒感染的呼吸系统疾病的抗病毒治疗靶点[11]。

3 外泌体在COPD诊断中的价值

多数细胞都可以分泌含有特殊蛋白及核酸的外泌体，外泌体又可以反映其来源的生理状态及微环境。外泌体广泛分布于体液中，具有不同于其他细胞的磷脂双分子层。正是这种特殊磷脂双分子层可以保护外泌体中的内容物不易被酶降解，从而可以稳定地存在于细胞外环境中。因此，研究认为外泌体的内容物如蛋白质、核酸等有望成为COPD诊断的生物标志物[13]。

谢羽飞等[14]研究了miRNA在COPD病人血清中外泌体的临床意义，结果显示,COPD病人血清外泌体miRNA的水平明显高于正常组，认为外泌体可成为诊断COPD、评估病人疾病进展情况的重要生物标志物。Xie等[15]的研究显示,与健康者相比,无症状重度吸烟者和COPD病人血清miRNA-21水平显著升高，而 miR-181a 水平则显著降低，认为血清miRNA-21与miR-181a 可能是COPD疾病发展过程中的相关因素。Akbas等[16]研究发现,在COPD病人中，血清miR-20a 、miR-28-3p 、miR-34c-5p 和 miR-100 的表达明显下调，但 miR-7 表达却呈现出上调的趋势，因此认为外泌体可以作为无症状吸烟者COPD的生物标志物。

在COPD病人中，内皮细胞来源的外泌体(EMPs)显著增加，EMPs的增加与肺气肿的肿胀程度及COPD疾病进展阶段有关。在外界有害环境的刺激下，外泌体释放增多，其内的活性物质可能会促进炎症反应，从而促进COPD疾病进展。研究认为，EMPs可能是间充质干细胞(MSCs)分泌的外泌体，能发挥免疫抑制调节作用，其主要是通过上调抑制因子IL-10/转化生长因子β(TGF-β)而发挥免疫抑制作用。除此之外，EMPs还具有促进组织再生、抑制炎症反应等作用。

4 总结

外泌体与受体细胞间的通信是维持生物系统稳态的关键，是肺部疾病生物学重要机制之一。越来越多的证据表明，外泌体中的RNA可以调节宿主基因的表达。外泌体可促进COPD炎症反应、ROS，并有可能加重疾病进展，其主要是以细胞旁分泌的途径进入细胞间隙，参与细胞间通信、信号传递及促进炎症因子释放等。外泌体在呼吸道相关性疾病如哮喘、COPD等疾病中的作用受到关注，这可能会给COPD的临床诊断及治疗提供新思路。