外泌体miRNA治疗心肌梗死的研究进展

梁丽英，陈晶

广西中医药大学第一附属医院科研部生物样本库，广西 南宁 530023

中国因中国心血管健康与疾病报告编写组最近编撰出版的《中国心血管健康与疾病报告2021 概要》指出，中国心血管病(CVD)患病率处于持续上升阶段，心血管病死亡率仍居首位[1]。心血管疾病，以急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)的临床症状最为严重，死亡率在2002—2018 年总体呈上升态势，防治急性心肌梗死已成为目前医学研究的重点。近期的科学研究已证实，外泌体在心肌细胞间进行信息传递，对心血管疾病有作用[2-3]。外泌体分泌的特定微小RNA(microRNA，miRNA)调控细胞的增殖、凋亡、自噬等，在治疗心肌梗死过程中可改善心肌功能、减少梗死体积、提高新生血管数量，外泌体的心肌防护功能效果已逐渐显现[4-6]。本文主要阐述近年来外泌体miRNA 作为心肌梗死的生物标志物及在心肌梗死治疗的研究进展，以期为外泌体miRNA 的应用提供参考。

1 外泌体概述

外泌体是一个尺寸40～100 nm、具有脂质双分子层膜构造的细胞外囊泡，携带着蛋白质、miRNA、脂类、长链非编码RNA 和短信使RNA 等各种物质。外泌体由B 淋巴细胞、肥大细胞、干细胞等多种细胞分泌，血液、唾液、脑脊液、胸腹水和关节滑液等各类体液中都可检出并提取到外泌体及其内含物质。外泌体在其表面具有许多特殊标记蛋白，如CD63、CD9、CD81、TSG101、和 Hsp70 等[7-9]，在不同的病理生理条件下会形成不同的外泌体，经细胞释放后入血液，激活并控制靶细胞的活力，传送化学物质和信息至靶细胞，从而影响细胞间的通讯，这些细胞间的通讯方式在多种疾病的发生发展及其损伤修复过程起了关键性的作用。

2 外泌体miRNA 及其生物特性

miRNA 在 1993 年被发现，自第 1 个 miRNA 出现以来，miRNA就成了新一代调控细胞命运的重要决定因素，作为基因组表达的主要转录后调控因子而备受重视[10-11]。2007 年，研究者在实验中发现肥大细胞分泌的外泌体中包含了一种新的物质，后来证实为miRNA[12]。随着外泌体miRNA 不断被发现，外泌体来源的miRNA 在多种疾病的发生发展及其损伤修复过程起了重要的作用，研究成果也不断增多。外泌体miRNA 的功能一般可分成两个类别：一个是常规功能，即通过与靶基因的严格融合来调控细胞中的基因表达；另一个是配体作用功能，即miRNA 作为特定受体家族的激动剂，直接与蛋白质作用。包裹在外泌体内的miRNA是通过细胞主动分泌或旁分泌的途径，介导细胞之间的信息传导，直接或间接影响细胞功能，参与了疾病的发生、发展过程，在心血管疾病的发展过程中起关键的调节作用[13]。

3 外泌体miRNA在心肌梗死中的调节作用

3.1 外泌体miRNA 成为心肌梗死的生物标志物 外泌体在保护损伤的心脏组织过程中所携带的miRNA 起到了关键的生物学功效。作为在心血管疾病中研究最多的生物分子，miRNA已成为早期治疗和预后的重要生物标志。心肌梗死对组织结构产生破坏的主要原因是在恢复血液供应后的“组织缺血再灌注损伤”，主要表现为心肌功能损害、心肌细胞坏死、自噬、细胞凋亡、心肌纤维化形成等，从而影响心脏的功能。心肌梗死是心脏病变中的急危重症，能早期发现并快速诊断对心肌梗死的治疗和预后意义重大。大量研究指出，外泌体miRNA可成为心肌梗死的生物标志物，可用来评价正常的生物学功能以及心肌梗死的发生进展过程，并可作为疾病治疗干预[14]。研究者证实，心肌梗死早期的发展阶段，患者外周血中miRNA-208a 表达显著增加，表明miRNA-208a 是心脏梗死早期发展阶段的潜在标志。与健康个体相比，心肌梗死患者中的miR-21、miR-126、miR-183显著上调，随着心肌缺血损伤程度的增加而增加[15-16]，急性心肌梗死患者和急性心绞痛患者血浆中，miR-1 及miR-133a 的表达均明显高于正常人。陈珍珍等[17]认为急性ST 段抬高型心肌梗死患者血清外泌体miRNA-204 表达下调。KUWABARA 等[18]研 究则发现，心肌梗死后，梗死区及周边区域的心肌细胞出现凋亡和坏死，并将其外泌体中包含的miR-1 和miR-133a 分泌入血液，从而使血浆中的miR-1 和miR-133a 水平显著增多。实验结果提示血浆中外泌体来源的miRNA 的miR-1 和miR-133a，可成为确诊心肌梗死的潜在标志物，为早期诊断心肌梗死提供实验依据。

3.2 外泌体miRNA 拮抗心肌梗死 外泌体通过直接靶向细胞受体信号、与受体细胞质膜融合和内化到受体细胞3 种方式，将其内含物质直接送入目标细胞中，以实现细胞内和细胞之间的直接沟通，在疾病进程中发挥作用。近年来，研究者们已找到大量的外泌体miRNA，外泌体来源的miRNA 与心血管疾病的功能机理也逐渐被发现，渐渐变成了研究热门话题。多名研究者证实，外泌体来源的miRNA与心肌梗死的产生、进展有关[19-21]，以不同方式在心肌梗死治疗中发挥了作用。

3.2.1 外泌体miRNA 抑制心肌细胞的凋亡与自噬 外泌体miRNA通过调节心肌细胞损伤和心肌细胞凋亡保护心脏，拮抗心肌梗死，成为参与调控急性心肌梗死病变过程的重要因子。LIAO 等[22]研究发现心肌梗死期间心肌细胞分泌外泌体miRNA-21-5p 抑制了缺血和低氧条件下受体内皮细胞的凋亡，促进了血管生成和心肌梗死后再生，作用机制可能是miR-NA-21-5p 靶向并沉默诱导细胞死亡的p53 靶标1(Cdip1)基因，从而下调了凋亡相关蛋白Caspase-3、Caspase-9。有研究证实缺氧诱导的间充质干细胞衍生的外泌体对缺血性疾病具有保护作用，在心肌梗死后发挥显著的心脏保护功能，其作用机制是通过miR-125b抑制的心肌梗死中的细胞凋亡，减轻心肌缺血再灌注损伤，缩小心肌梗死面积，促进心脏修复[23]。骨髓间充质干细胞外泌体分泌的miR-301可能通过抑制心肌细胞自噬，减少心肌梗死面积。外泌体分泌的miR-486-5p 通过抑制靶向磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)、激活心肌细胞中的 PI3K/AKT 信号通路，抑制心肌细胞的凋亡[24-25]，减轻缺血心肌细胞的损伤。在氧化应激过程中，心脏祖细胞(cardiac progenitor cells，CPCs)来源的外泌体中miR-21浓度明显增加，靶向下调程序性细胞死亡4 (programmed cell death 4，PDCD4)抑制 H9C2细胞的凋亡[26-27]。自噬(autophagy)是细胞内高度保守的自我消化，是一种广泛存在的正常生理过程和防御反应，对维持心肌细胞内稳态非常重要。研究发现，缺血缺氧刺激心肌细胞时，外泌体miR-30a 升高。抑制外泌体miR-30a 分泌可增加自噬调节因子beclin-1、Atg12 和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表达，这有助于维持缺氧后心肌细胞自噬反应通过靶向Beclin1 和Atg12 抑制细胞自噬，减轻缺氧诱导的心肌细胞凋亡[28]。

3.2.2 外泌体miRNA 减少心肌纤维化 心肌梗死后心肌纤维化是因心脏重塑从而引起心肌衰竭的主要因素，在心肌损伤中起主要作用。研究人员研究证实，在缺氧诱导实验中，脂肪干细胞来源的外泌体分泌大量的miR-126，可以降低心肌纤维化程度，其机理可能是通过外泌体miR-126 可降低纤维化中有关蛋白质的表达，减轻心肌纤维化程度，而且还能够通过调控炎症因子的表达，从而降低H9C2心肌细胞损伤，促进微血管的形成与转化，改善心脏供血功能[29]。将巨噬细胞产生的外泌体miR-155 转运至心脏成纤维细胞中，发现miR-155 可以降低鸟苷酸交换因子(son of sevenless 1，Sos1)的表达，调控成纤维细胞生长，改善心肌供血，减轻心肌纤维化。通过缺血预处理小鼠骨髓间充质干细胞，发现其释放的外泌体中富含miR-22，可以靶向抑制心肌细胞中的甲基化CPG结合蛋白 2(Methyl Cp G binding protein 2，Mecp2)，抑制心肌细胞坏死、减少心肌梗死后纤维化，减小梗死面积，提高心肌功能[30]。

3.2.3 外泌体miRNA 促进心肌梗死区新生血管的形成 心肌梗死区新生血管生成指由于冠状动脉狭窄、堵塞而导致心脏组织缺血缺氧，在缺血缺氧区域周边新生毛细血管以促进氧气和营养的供给，对于恢复缺血区的血氧供应和及时挽救受损心肌具有重要的意义。新生血管生成作为缺血性心脏病血运重建的代偿策略之一，与外泌体miRNA 的功能密切相关[31]。有实验研究指出，将骨髓间充质干细胞来源的外泌体miR-23a-3p 和miR-130a-3p 过表达，能促使心肌梗死区新生血管的生成，其机制是靶向调控Ras/促分裂原活化的蛋白激酶通路[32]。人子宫内膜来源的间充质干细胞外泌体miR-21 靶向过PTEN/Akt 途径增强细胞活性，抑制细胞凋亡，促进心肌梗后死梗死区的血管生成[33]。血管生成是改善心肌功能所必需的，是急性心肌梗死(AMI)后长期预后的关键因素。

4 展望

综上所述，外泌体作为细胞的主要信息载体，其携带的大量可变miRNA 能够对受体细胞产生整体的调控效果，在心脏病变过程中发挥着重要作用[34-36]，介入了多种心血管疾病的生理病理过程，特别在心肌梗死的发生发展中具有重要意义。外泌体miRNA的多重生物学功能，使其在复杂的心肌梗死疾病中产生了许多影响机制，包括影响心肌细胞的凋亡与自噬、抑制心肌纤维化、影响新血管形成等具有多向靶点调节的优势。外泌体miRNA 与心肌梗死的相关性也在一定程度上得以证实[37-38]。把外泌体miRNA视为潜在的风险预测因子以补充已有的疾病诊断标志物，并帮助评估患者预后也是很有发展的研究方向。