外泌体在心肌疾病中的研究进展

赵云鑫 张 贝

滨州医学院附属医院心血管内科，山东滨州 256603

心血管疾病目前仍然是世界上疾病负担的重要原因，心血管疾病很常见，且生存率低，当前主要的治疗方式仍然无法满足心血管疾病患者的需求。在心血管疾病中，心肌疾病的种类繁多，病因复杂，临床表现多样，目前各种心肌疾病具体的发病机制仍未明确。研究发现，外泌体可由心脏和血管细胞分泌，能介导内皮细胞和平滑肌细胞，内皮细胞和外膜细胞、心肌细胞和内皮细胞，以及成纤维细胞和心肌细胞之间的通讯，影响心血管系统的发育、损伤、修复和再生[1]。作为一种新型生物标志物，外泌体通过实现细胞间的通信为各种心肌疾病的机制和诊疗提供了新的途径。本文主要针对近年发现的不同细胞来源的外泌体在各种心肌疾病中的作用研究进展做一综述。

1 外泌体概述

外泌体是直径为30～150 nm的具有脂双层膜的细胞外囊泡，几乎可以从所有类型的细胞产生和释放[2]。外泌体广泛存在于各种体液中，通过携带微小RNA（microRNA，miRNA）等大量生物分子，将信息从供体细胞转移到受体细胞，在维持周围细胞的生理和病理条件起着关键作用。在疾病状态下，外泌体可以反映发生改变的细胞和组织形态，通过在体液中检测外泌体为疾病的诊疗提供了新的手段[3]。治疗药物如小分子或核酸药物也可以掺入到外泌体中，运输到特定的组织或细胞，完成靶向药物的运送增加局部药物的浓度，并最大限度地减少副作用，而且外泌体介导的药物递送具有低毒性，低免疫原性和高可工程性的特点，有望为各种疾病提高治疗效果[4]。

2 外泌体在不同类型心肌疾病中的作用

2.1 扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）

DCM是最常见的心肌病，主要表现为左心室或双心室扩大且伴有不同程度的收缩功能障碍。干细胞来源的外泌体具有其母干细胞的心脏保护属性，且外泌体具有低温保存期间更稳定、无免疫原性、无致畸性及更好地保留潜力的特点[5]。SUN等[6]向DCM小鼠静脉注射间充质干细胞来源的外泌体后，小鼠的心脏功能得到改善、心脏扩张减弱，而且心肌细胞凋亡和炎症细胞浸润显著降低，进一步发现干细胞来源外泌体还可以抑制心肌组织的炎症反应，改善DCM的炎症微环境发挥保护作用。NI等[7]发现滋养层干细胞来源的外泌体可以通过let-7i/YAP通路减轻阿奇霉素诱导的DCM引起的心脏损伤。柳爽爽等[8]向DCM大鼠尾静脉注射人脐带间充质干细胞外泌体后能显著降低心肌纤维化程度，改善大鼠心脏功能。因此通过干细胞外泌体可能为DCM带来更有效的治疗方式。

2.2 肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）

HCM在年轻人尤其是运动员的发病率和病死率中占相当大的比例，心肌细胞肥大和纤维化是困扰HCM心功能不全和心律失常的主要组织学异常，目前针对HCM的治疗手段主要在于改善症状和预防并发症，但对改变其病程几乎无作用[9-10]。YF1是心肌球细胞来源的外泌体中的一段非编码片段，HUANG等[10]研究发现YF1可以减少HCM相关的心肌细胞肥厚和纤维化信号通路，改善心脏功能，并且进一步通过RNA测序发现YF1在基因表达、调节免疫疾病和炎症反应相关的通路方面具有实质性和广泛的改变，推断YF1可能是治疗HCM的一个新的候选靶点。

2.3 缺血性心肌病

氧化应激在冠心病的发展中起着重要作用，在氧化应激期间，细胞释放的外泌体可以通过介导信号传导，改变受体细胞的防御机制，增强对氧化应激的抵抗力[11]。缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF1）是一种转录因子，介导对缺血的适应性反应。ONG等[12]将心脏祖细胞与携带HIF1的非病毒微圆质粒共同递送到小鼠的缺血心肌中，发现HIF1可以使内皮细胞分泌富含miR-126和miR-210的外泌体，通过激活促生存激酶，增加血管生成和减少代谢需求来改善对缺血性应激的耐受性。DAWKINS等[13]建立缺血性心肌病猪模型，将心肌球细胞来源外泌体注射到心脏延迟传导区域，其诱发室性心律失常的能力被显著抑制，心肌球细胞来源外泌体可以减少心肌瘢痕，抑制缓慢传导的电通路，通过抗纤维化的作用改善电路传导，而且有抗炎、促进心肌细胞增殖作用，协同降低致心律失常的底物，也改善了左心室的结构和功能。研究证实了心肌球细胞来源外泌体在缺血性心肌病中的抗心律失常作用，为缺血性心肌病并发室性心律失常的预防提供了新策略。

3 外泌体与心肌炎

心肌炎可由感染、免疫系统激活或接触药物而发生，其中病毒感染是最常见的病因。ZHANG等[14]从暴发性心肌炎、非暴发性心肌炎和健康对照者中收集外周血样本后分析循环外泌体miRNA谱，发现血清中外泌体miRNA可作为诊断暴发性心肌炎的潜在标志物。柯萨奇B3病毒（coxsackievirus B3，CVB3）是引发心肌炎最常见的病毒，可以引起病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）中的氧化应激反应及细胞凋亡过程。LI等[15]研究表明心脏祖细胞来源外泌体可以在CVB3感染的细胞中发挥抗凋亡作用，并且CVB3大鼠体内肌酸激酶同工酶和心肌肌钙蛋白I的增加在外泌体注射后得到恢复，证明了心脏祖细胞来源外泌体对VMC的心脏保护作用。GU等[16]向VMC小鼠尾部静脉注射间充质干细胞外泌体后，明显减轻了VMC小鼠的心肌病理损伤、减少了炎症浸润和炎症细胞因子的表达，改善了心脏功能，此外间充质干细胞外泌体还可以显著抑制CVB3诱导的细胞凋亡。以上研究表明，不同细胞来源的外泌体与VMC的机制相关，可能为VMC的诊疗提供新方法。

4 外泌体与其他类型的心肌疾病

4.1 尿毒症性心肌病（uremic cardiomyopathy，UCM）

UCM是慢性肾病患者的严重并发症，UCM患者会出现病理性心脏重塑，包括肥大、纤维化和炎症。细胞焦亡是伴随炎症反应的程序性细胞死亡的一种形式，于1992年首次在巨噬细胞中被发现，在心血管疾病的发病机制中起着关键作用[17]。WANG等[18]首次发现细胞焦亡与UCM的发病机制相关，巨噬细胞不仅通过分泌细胞因子、自身启动炎症信号影响心肌重塑和炎症，还可以分泌富含有miR-155的外泌体，释放到心肌细胞胞浆中，促进心肌细胞焦亡和UCM改变。在阻断外泌体的分泌后抑制了小鼠的细胞焦亡，并改善了UCM，表明通过直接抑制miR-155或阻断巨噬细胞来源的miR-155外泌体的分泌可能是针对UCM一种新的治疗途径。

4.2 糖尿病心肌病

血液中的高葡萄糖水平可导致内皮功能和微血管生成障碍，心肌血管生成障碍是糖尿病引起的缺血性心血管疾病的主要表现[19]。WANG等[20]发现糖尿病大鼠心肌细胞分泌富含miR-320的外泌体，抑制心肌内皮细胞增殖、迁移和导管形成，表明糖尿病心肌病中的血管生成障碍可能是含有miR-320的外泌体发挥抗血管生成作用所致。WANG等[21]另一项研究发现糖尿病心肌细胞分泌的外泌体中热休克蛋白20（heat shock protein 20，HSP20）的含量低于正常外泌体，在诱导高表达HSP20的转基因小鼠发生糖尿病后，HSP20的过度表达显著减轻了糖尿病引起的心功能障碍、细胞凋亡、纤维化和微血管生成障碍。内皮细胞也可以通过释放外泌体而影响心肌细胞功能。HU等[22]研究表明糖尿病中的微血管内皮细胞可以通过释放外泌体，启动放大心肌细胞损伤，使细胞凋亡加重，损害心脏功能。ZHANG等[23]发现在高葡萄糖状态下，心脏微血管内皮细胞释放的外泌体可以介导成纤维细胞的活化，展示了外泌体在控制心脏纤维化方面的潜在应用。以上研究表明，外泌体参与糖尿病心肌病的病理过程，可能是干预糖尿病心肌病进展的新手段。

4.3 脓毒性心肌病

脓毒性心肌病是脓毒症严重的并发症之一。热休克蛋白A12B（heat shock protein A12B ，HSPA12B）主要在内皮细胞中表达，内皮细胞功能障碍可以造成脓毒症诱导的器官功能障碍和凋亡。TU等[24]建立野生型和特异性HSPA12B缺陷脓毒症小鼠模型，发现HSPA12B缺陷脓毒症小鼠的死亡率更高、心功能障碍更严重，表明脓毒症诱发的心肌病和死亡率与HSPA12B的内皮细胞缺乏有关，并进一步发现内皮细胞HSPA12B可以通过外泌体分泌释放，调节巨噬细胞促炎性细胞因子的产生。在该团队的另一项研究中，还证实外泌体中miR-126可以通过抑制心肌黏附分子表达和减少免疫细胞积聚对脓毒症所致的严重心肌病起到保护作用[25]。PEI等[26]发现骨髓间充质干细胞来源的外泌体可以通过转运miR-141恢复脓毒症小鼠的心肌功能，减轻细胞凋亡和心肌损伤，可能为脓毒性心肌病提供新的诊疗思路。

总之，不同类型心肌疾病发生机制不同，外泌体可通过携带的生物分子影响不同生理病理状态下细胞之间的通信功能参与心肌疾病的发生、发展。外泌体作为传递信息的介质参与了各种心肌疾病的炎症、纤维化、内皮细胞障碍等发展过程，与各种心肌疾病进展心力衰竭的过程也息息相关。

5 展望

心肌疾病病因复杂，种类繁多，且当前发病机制仍未明确。随着针对外泌体研究的进展，作为传递生物信息的载体，外泌体在各种心肌疾病中的作用越来越被发现，可能为心肌疾病的诊断及治疗提供新的更有效的方式。然而，准确、有效和有选择地识别、分离和量化外泌体仍然是一项挑战。外泌体与各种心肌疾病的相关性研究具有广泛的前景。