外泌体在脓毒症诊疗作用中的研究进展

韩 丹

（上海交通大学医学院附属松江医院<筹>急诊危重病科，上海 201600）

脓毒症（Sepsis）是严重感染引起宿主反应失调导致的危及生命的器官功能障碍疾病。该病极易引发机体多器官功能障碍（multiple organ dysfunction），是重症监护病房患者死亡的主要原因之一[1]。因此，尽早诊断并早期治疗对阻碍脓毒症进展至关重要。目前，脓毒症的诊断方式主要依赖于临床表现和血液化验检查，缺乏特异性生物标志物，导致脓毒症早期阶段识别极其困难。外泌体（Exosomes）是细胞释放出来的大小50～150 nm 的囊泡，包含蛋白质、mRNAs 和lncRNA 等多种信号分子，被分泌出来后作用到受体细胞调节相关目的基因表达，进而发挥相应的生物学效应[2]。近些年，大量研究揭示了外泌体在脓毒症诊疗中的关键作用，尤其是作为生物标志物和信息分子介质的用途已经被逐步的认知。本文就外泌体在脓毒症诊治中的作用及前景进行综述，旨在为该病的诊疗提供参考。

1 外泌体的生物学特点

最初，研究人员发现哺乳动物释放一种微小囊泡，该囊泡表面由一层质膜覆盖,随着研究不断深入，最后将其命名为外泌体[3]。细胞的界膜向内凹陷形成管腔状囊泡，形成多囊泡体，部分多囊泡体分泌到循环中与胞膜融合，在转运必需内吞体分选复合物（ESCRT）作用下，以向内出芽方式形成小囊泡释放到细胞外环境中[4]。间充质基质细胞（MSCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）、血小板、脂肪干细胞、巨核细胞、T 细胞、神经元和少突胶质细胞等多种类型的细胞均可分泌外泌体[5]。主要存在于血液、尿液、精液、唾液、羊水和母乳等多种生物体液中，是一种结构高度复杂的细胞外囊泡，在多种病理生理过程中发挥作用。外泌体富含CD63、CD9 和CD81 等体细胞特殊表面标记蛋白[6]。近些年，越来越多的研究热点聚焦于外泌体内在组分的生物效应，揭示外泌体潜在的疾病诊疗作用的机制[7]。

2 血浆中外泌体的特点

正常情况下，机体释放外泌体进入血浆，可以起到维持生理稳态关键作用。外泌体在人体内水平较低，血浆中外泌体的浓度取决于肝和脾中形成与消除之间的动态平衡水平。在机体损伤应激情况下，血小板、内皮细胞、上皮细胞以及白细胞分泌的外泌体在血浆中的浓度明显增加[8]。外泌体在脓毒症发生情况下发挥了明显的促炎作用[9]。在生理或病理条件下，人体血浆中大多数参与循环的外泌体都是来源于血小板，血小板源性外泌体可以通过刺激白细胞、内皮细胞，甚至刺激血小板本身作为炎症反应的催化剂，促进相应细胞进一步分泌外泌体[10]。其中内皮细胞来源的外泌体和白细胞来源的外泌体在炎症反应过程中发挥关键作用。来自炎症细胞的外泌体可促进受体细胞中炎症因子的合成、细胞粘附分子的表达、溶血磷脂酸和花生四烯酸等脂质介质的产生[11]。因此，在此正反馈回路中，炎症细胞因子可以反过来继续刺激靶细胞分泌外泌体，促进炎症反应进一步发展。

3 外泌体在脓毒症中的作用机制

3.1 外泌体在脓毒症伴发多器官功能障碍的作用多器官功能障碍是脓毒症期间患者死亡的主要病因。在脓毒症发病期间，血浆中外泌体的水平显著升高，并且有可能通过体循环播散到远处的器官。有研究提取了脓毒症实验动物外泌体刺激实验大鼠，结果发现其氧化应激明显增加，并在多个器官中不同程度地表达，提示血浆循环中的外泌体在远处传播及其在脓毒症伴发多器官功能障碍的发病机制中发挥作用[12]。另一项研究发现[13]，从脓毒症患者血浆中提取的外泌体可通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶依赖途径，促进体外氧化应激反应及内皮细胞凋亡，表明外泌体在脓毒症的发展和传播中都起着关键作用。

3.2 外泌体在脓毒症累及主要脏器损伤的作用 肺是最易受炎症影响的器官之一。目前，研究者已经利用不同类别外泌体检测及治疗脓毒症对肺损伤的影响。研究发现[14]，来源于内皮祖细胞的外泌体可抑制内皮功能障碍，并且可改善脓毒症中的肺损伤及急性呼吸窘迫综合征，该研究发现内皮祖细胞源性外泌体中miR-126 在脂多糖诱导的败血症小鼠模型中可改善微血管性肺损伤的症状。急性肾损伤（AKI）是脓毒症患者的常见并发症，并且与发病率和死亡率增加密切有关。研究发现[15]，急性肾损伤患者的外泌体携带表达的GPRC5B 可促进细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）激活及促进肾小管生成，提示外泌体可能是脓毒症诱导急性肾损伤的潜在靶点之一。研究发现[16]，脓毒性休克患者的外泌体对小鼠的心脏有明显的促炎症反应作用，随着iNOs、COX-2 和NF-κB 表达的增加，活性氧水平增加，同时在肝脏中也发现了氧化应激反应的增加。Wang G等[17]应用脂多糖处理巨噬细胞后，其分泌的外泌体被肝脏吸收，检测结果发现NLRP3 炎性体和caspase-1 的表达上调、巨噬细胞和中性粒细胞浸润增加，以及血清中AST、ALT 和LDH 水平明显升高。免疫细胞所分泌的外泌体可刺激靶细胞的细胞因子释放、单核细胞趋化和组织因子诱导，还可调节内皮细胞中NO 和前列环素的产生，最终均可导致多器官功能衰竭和脓毒性休克的发生发展[18]。

3.3 外泌体内miRNA 在脓毒症发病机制中的作用随着研究不断深入，越来越多的研究发现外泌体内miRNA 在脓毒症发病机制中起重要调节作用[19]。Hashemian SM 等[20]提取脓毒症小鼠模型内皮祖细胞分泌的外泌体，检测到miR-125b 表达下调；此外，收集脓毒症患者血浆，提取内皮祖细胞分泌的外泌体，检测到其miR-15a、miR-34a 和miR-27a 的表达均有明显下调。Song Y 等[21]研究发现，间充质干细胞外泌体内的miR-146a 可介导M2 巨噬细胞极化，从而使脓毒症的炎症反应减轻，最终提高小鼠的存活率。Real JM 等[22]研究发现，可能是由于血浆来源外泌体中miRNA 介导了炎症反应和氧化应激，最终导致脓毒性休克患者伴随血管凋亡和心肌功能障碍等并发症。另一项研究利用脂多糖刺激小鼠后，获取小鼠血清源性外泌体，用外泌体干预另外的小鼠，结果发现在中枢神经系统中炎症相关miRNA 的表达上调[23]。Wu X 等[24]研究发现，内皮组细胞外泌体可能是通过miR-126 介导关键信号通路，缓解或治疗急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征。以上研究结果均证明外泌体miRNA 在脓毒症中起关键作用，并且主要参与脓毒症发病机制的调节。

4 外泌体在脓毒症中的诊断潜能

不同疾病人群体内循环中的外泌体种类及组分是完全不同的。体内外泌体的循环水平与疾病危重程度相关。因此，检测外泌体特异性生物标志物（特殊miRNA 和特殊蛋白质种类及表达水平）可作为脓毒症诊断标志物，最终用于早期诊断脓毒症。目前，大量临床实验研究发现多种外泌体特异表面标记物可用于脓毒症早期诊断。有研究对比了脓毒症伴急性肾损伤患者和正常人尿液外泌体，结果发现脓毒症伴急性肾损伤患者尿液外泌体中的激活转录因子3（ATF3）水平明显较高，且ATF3 的表达上调与急性肾损伤的加重成正相关[25]。Zhang GS 等[26]的研究结果发现，可以根据ICU 患者循环血中外泌体的miR-34a 表达的上调与miR-15a 及miR-27a的表达下调来判断并鉴别是否合并脓毒性休克。Reithmai M 等[27]提取脓毒症患者、脓毒症休克患者及健康人群血清中的外泌体，对其miRNA 成分进行分析，结果发现miR-21-5p 及miR-193a-5p 在不同人群中的表达水平比较具有明显的统计学差异，建议将miR-21-5p 及miR-193a-5p 两项指标作为诊断脓毒症的特异标志物。另有研究建议将外泌体中CD105、CD31 及细胞因子信号转导抑制因子-1 作为诊断脓毒症的特异性生物标志物[28]。以上大量研究结果均证明外泌体特异表面标记物具备早期诊断脓毒症的潜能。

5 外泌体在脓毒症中的治疗潜能

利用外泌体本身特性结合细胞类型或组织特异性的特点，可以通过特定靶向性制定有效的全身炎症治疗的方案。将药物包裹或负载于外泌体内制备一种新的靶向药物递送系统，为临床治疗脓毒症及伴随症提供新的研究方向。一些学者建议将间充质干细胞外泌体作为治疗肺损伤的靶向药物载体[29]。Jia P 等[30]通过基因工程手段上调外泌体中miR-21的表达，结果显示可以明显减轻脓毒症条件下的细胞凋亡，并降低促炎因子的产生，为临床治疗脓毒症提供新的思路。Qiao L 等[31]采用高表达miR-21-5p的外泌体治疗心肌梗死小鼠模型，结果发现miR-21-5p 可抑制小鼠心肌细胞凋亡，并可促进心脏血管的新生进而改善心脏功能。以上大量研究结果均可证实多种外泌体（尤其其内在信息分子）具备高效的治疗脓毒症潜能。

6 总结与展望

外泌体在脓毒症及多器官功能障碍的发生发展中发挥重要调节作用。由于其内部包含多种生物活性分子，使其成为早期诊断脓毒症的最佳选择，且作为关键载体在脓毒症的诊疗方面也具有重要应用前景。目前，针对外泌体或其内部miRNA 诊断及治疗脓毒症及其并发症的相关研究已取得广泛的成果。由于外泌体携带无数的信号分子、促炎因子和激活细胞信号通路关键因子，因此其在脓毒症中发挥多效作用。未来可作为脓毒症特异性生物标志物以及作为治疗药物的靶向载体，发挥作用，其内部具体信号分子在脓毒症病理生理学的作用及影响可能将是未来研究的热点方向。