外泌体在消化系统疾病中的作用机制及中药干预研究进展

杨 艺,王 伟,寇然冰,王佑辉,路士华

(山东中医药大学附属医院,山东 济南 250014)

“脾胃为后天之本”,五脏六腑、四肢百骸皆赖脾胃运化水谷以充养,为人体正气之大源。若因饮食所伤、情志不遂、药物损伤、劳逸失度及素禀脾胃虚弱,可致脾胃纳运失司,升降失调,导致脾胃病变。根据“异病同治、异病同治”理念,消化系统疾病虽有不同的临床表现,但其发病机制却有一定相似之处,在治疗中需进行辨证施治。中药以其简、便、廉、验的独特功效在脾胃病的治疗中发挥着重要作用。

相关研究发现,外泌体是一种特殊类型的囊泡,能够通过自身携带的诸多蛋白质及大量的核酸,实现细胞间的信息传递,进而介导疾病的发生发展,影响机体的生理病理过程[1]。

因此,深入研究外泌体在消化系统疾病中的发病机制,尤其是中药通过干预其介导发挥治疗作用,有重要的临床意义。鉴于目前该方向研究较少,且缺乏全面系统的总结,本文将展开系统综述,以期为中医药治疗消化系统疾病提供新的思路与方法。

1 外泌体的特点与功能

作为细胞分泌的微泡的一种,外泌体是一种具有独特的杯状结构,能够携带蛋白质、核酸等具有多种生理活性成分的双层囊泡,其直径多在30～100 nm之间。随着技术的发展,人们对外泌体的认识逐渐深入,大量研究证实,外泌体是细胞通讯过程中不可或缺的重要媒介。外泌体绝大部分情况下利用下列3种方式发挥其独特的生物通讯功能:①通过自身的膜蛋白巧妙地与靶细胞上对应的膜蛋白受体相结合,从而更快、更准确地激活靶细胞的信号传导通路。②外泌体膜蛋白能够精确地被特定的蛋白酶分割,分割后的部分能够与细胞膜上相对应的受体结合,以此达到激活信号通路的目的。③外泌体自身携带大量蛋白质及miRNA等物质,当与靶细胞膜径直结合时,可将自身携带的物质大量释放[2]。

2 外泌体介导的消化系统疾病

2.1 食管疾病 主要包括食管恶性肿瘤、反流性食管炎等。Risa在建立大鼠反流性食管炎模型后,将大鼠分为急性期、亚急性期、慢性期三组,并采用微阵列分析的方法监测四种不同miRNA在不同阶段的动态变化。结果显示,慢性期阶段miR-29a-3p的表达水平较另外三种miRNAs(128-3p、223-3p和3473)明显增高,并且具有显著特异性[3]。Lin 等[4]研究证明外泌体Wnt-5a可以通过干预作为细胞凋亡的重要信号通路Wnt/β-catenin的信号传导及其相关的上皮间充质转变阶段及进程,阻碍癌细胞转移和分化,从而在食管癌的侵袭和转移过程中发挥作用。Shi等[5]通过高通量测序分析的方法证实外泌体miRNA193能够通过减少细胞毒药物如顺铂对癌细胞的抑制来促进食管肿瘤细胞对顺铂耐药性的生成。

2.2 胃部疾病 主要包括慢性胃炎、胃溃疡、胃癌(Gastric carcinoma,GC)等。Fu等[6]指出GC细胞迅速分化和生长能够经由GC外泌体将通路PI3K/Akt和MAPK/ERK唤起的方式出现。并且,外泌体还能通过激活NF-κB通路刺激炎症反应的发生,进而促进GC细胞的繁殖和转移。Kahroba等[7]研究发现在人体正常细胞中,可以分泌一种具有抗肿瘤作用的外泌体即富含miR-101的外泌体。GC早期,细胞中的miRNAs水平由于肿瘤细胞的破坏而降低,同时miR-101无法从细胞微环境中获得足够的补充,导致其在一定程度上能够刺激GC迅速生长。Liu等[8]通过30例慢性萎缩性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)患者血清外泌体中提取部分RNA,并利用下一代测序的方法探究两者miRNA表达谱的不同。最终发现,两组患者之间hsa-miR-122-5p的表达具有显著区别,由此得出hsa-miR-122-5p可能是CAG的一个检测标志物。

2.3 肠道疾病 主要包括炎症性肠病(IBD)、轮状病毒性肠炎(RVE)、肠易激综合征及结肠癌等。Zhang等[9]指出,通过对唾液中提取IBD患者外泌体RNA进行研究,得出结论,外泌体可激活巨噬细胞,从而通过干扰免疫反应、破坏肠道黏膜屏障功能、促使菌群失调等途径诱导IBD的发生。肿瘤疾病发生的一个重要原因是外泌体RNA miR-128-3p出现异常表达。Liu等[10]通过将对抗肿瘤药物奥沙利铂发生耐药的结肠肿瘤细胞用miR-128-3p进行转染,同时转染正常肠道黏膜细胞,结果发现miR-128-3p能够在一定程度上阻抑细胞上皮间充质转变过程,并增加肿瘤细胞对奥沙利铂的耐药率。纳璐等[11]在实验中将MA104细胞中的miR-125b-1-3p的含量分别采取上调和下调的措施进行处理,处理后分别感染RV,结果发现细胞被RV感染后,miR-125b-1-3p的表达水平发生显著升高的变化,将其上调后,PI3K/Akt通路活性出现显著下降,由此确定miR-125b-1-3p能够在干预PI3K/Akt通路的情况下抑制RV的复制。杜静[12]分别通过体外实验和体内实验两种方式发现vsRNA1755能够通过抑制RV 的VP3基因表达,感染RV的复制,从而降低RV在肠道中的繁殖速度。

2.4 肝胆胰疾病 主要包括病毒性肝炎、酒精性肝病、急性胰腺炎、肝癌、胆囊癌等。研究发现,外泌体不仅能够直接参与乙肝病毒的复制,而且能够在免疫应答的调节中发挥不可忽视的作用[13]。Yang等[14]在实验中通过对HBV编码的miRNA(HBV-miR-3)的表达水平进行追踪,发现了HBV-miR-3能够通过对HBV转录物进行调控从而干预乙肝病毒的复制。Babuta等[15]发现酒精能够使miR-155数量显著上升,并且能够靶向调节雷帕霉素(mTOR)及肝脏中的溶酶体相关膜蛋白等物质,从而抑制溶酶体的自噬量,由此得到“miR-155在酒精性肝病中是调节自噬的重要介质”这一结论。Liu等[16]通过实验研究证实miR-92a-2-5p能够阻碍雄激素受体(AR)的表达,干扰PHLPP/p-Akt/β-catenin酶促反应传导通路,从而加速肝癌细胞的生长繁殖。Zheng等[17]在实验研究中发现在胆囊癌细胞中,miR-182的呈现程度较正常人明显增高,同时miR-182能够增强富含半胱氨酸的蛋白(RECK)的基因表达,进而促进胆囊癌细胞的生长和转移。Jimenez等[18]利用牛磺胆酸诱导大鼠急性胰腺炎模型进行实验,结果发现在急性胰腺炎过程中出现了两种不同的外泌体群,分别是促炎活性较高的miR-155以及低水平表达的miR-21和miR-122。

3 中药干预外泌体治疗消化系统疾病

脾胃为气机升降之枢纽,脾主升,胃主降,脾宜升宜健,胃宜降宜和,升降相因,气机调畅;升降失和,气机凝滞,则胃脘疼痛、吞酸吐杂等诸症丛生。由于脾胃病病因病机有相似之处,根据异病同治理论,其治疗亦有异曲同工之妙。中药因具有多途径、多靶点、双向调节等特点在消化系统疾病的治疗中备受关注。近年来,越来越多的研究发现,中药单体及复方可通过干预外泌体途径,发挥治疗消化系统疾病的疗效。

3.1 中药单体

3.1.1 醌类:紫草是凉血活血药的一种,有凉血活血、解毒透疹之功。作为从中提取的最重要的生物活性成分,紫草素是一种萘醌类化合物,对病毒等微生物及肿瘤、炎症等疾病均有较好的遏制作用。研究证实紫草素能够通过介导外泌体发挥治疗消化系统疾病的作用。紫草素能够通过氧化应激反应刺激活性氧(ROS)的产生,提高ROS水平,进而使外泌体miR-128的释放水平显著降低,在此条件下,抗肿瘤的免疫反应得到了激活,由此发挥其抗癌活性[19]。王延蛟[20]通过对药物诱导的肝恶性肿瘤大鼠模型进行实验研究,结果发现miR-133b的表达水平显著升高,用不同浓度的紫草素处理后,STAT3及Cyclin D1的表达水平显著降低,由此发现miR-133b与肝癌的发生发展密切相关,且紫草素能够在很大程度上促进肝癌细胞的凋亡。作为活血化瘀药的一种,丹参能够逐心腹之邪、治血病凝结之症,同时可发挥破癥除瘕之疗效。其主要生物活性成分丹酚酸A(SAA)是一种菲醌类化合物,具有重要的抗癌作用[21]。葡萄糖调节蛋白78在癌细胞的生长增殖中发挥不可或缺的作用,癌细胞能够在很大程度上将其分泌到细胞间质及其中的体液成分中,并在外泌体的帮助下,使癌细胞不断生长繁殖,促进肿瘤发展。而SAA能够巧妙地与GRP78发生交叉作用,抑制其分泌与释放,从而发挥抗肿瘤作用[22]。

3.1.2 萜类:作为补气药的一种,黄芪具有大补元气、复脉固脱、托毒排脓之效。其最主要的生物活性成分黄芪甲苷Ⅳ具有抗病毒、提高免疫力等作用。Xiong等[23]以新生儿脐带血分离出的核细胞为研究对象,对其用黄芪甲苷Ⅳ溶液进行培养,发现黄芪甲苷Ⅳ组人内皮祖细胞外泌体中miRNA-126-3p的表达水平明显升高,由此发现黄芪甲苷Ⅳ可以显著提升人内皮祖细胞分泌含miRNA-126外泌体的功能。隐丹参酮是丹参提取物中的重要组成部分,早有研究指出,隐丹参酮具有抗菌、抗炎的作用。Chang等[24]利用隐丹参酮对经过E型前列腺素2(EP2)处理的HA22T细胞为研究对象,得到隐丹参酮能够抑制肝癌细胞中外泌体的表达,从而发挥抗肝癌细胞作用的结论,为其成为新型抗肝癌药物提供了有力依据。斑蝥具有破血逐瘀、散结消瘀的作用,其主要提取物去甲斑蝥素具有抗癌作用,常被用于肿瘤性疾病的治疗。Liang等[25]以去甲斑蝥素(NCTD)为研究对象,以骨髓间充质干细胞来源的外泌体(BMSC-Exos)为观察指标,发现BMSC-Exos-NCTD具有较好的修复受损肝细胞及相关组织的作用,从而认为去甲斑蝥素可作为抗肝癌的重要靶点药物。作为中药桔梗的主要提取物之一,桔梗皂苷D(PD)具有解痉止痛、抗炎、抗癌作用。研究表明,PD能够增强miR-34a的表达水平并且在一定程度上抑制survivin的表达进而发挥其抗胃癌细胞的作用[26]。

3.1.3 生物碱类:作为清热解毒药的一种,龙葵具有散瘀消肿、清热解毒之效。其主要活性成分龙葵碱具有抗肿瘤的作用,被广泛应用于卵巢癌、子宫内膜癌等肿瘤性疾病中。最新研究发现,龙葵碱能够通过外泌体途径抑制肝癌的发展。Lin等[27]指出,龙葵碱能够对以miRNA132(hsa-miR-132)为作用靶点使其迅速凋亡的乙酰胆碱起到干预作用,从而发挥其抗肝癌细胞生长、增殖和转移的作用。青风藤具有祛风通络利尿的作用,作为其主要有效提取物,青藤碱在炎症、癌症及免疫系统等疾病治疗上能够发挥积极作用。有研究发现,青藤碱能够通过外泌体途径干预肝癌的发生和进展。在研究青藤碱的抗癌机制时,通过大鼠肝细胞癌(HCC)释放外泌体的水平进行监测,发现外泌体能够阻止HepG2细胞的转移,从而起到促进肝癌细胞凋亡、预防其转移的功效[28]。

3.1.4 苷类:红景天能够祛邪恶气、理气养血、润肺补肾,其主要生物活性成分红景天苷(Sal)具有不可忽视的抗肿瘤、干扰细胞代谢、增强免疫力的作用。研究发现,Sal能够使外泌体鞘氨醇激酶1(SphK1)呈现低表达状态,降低了肝癌细胞的转移率,达到抗肝癌的作用,并且能够抑制肝细胞凋亡、减轻肝细胞的损伤程度,起到保肝的重要作用[29]。

3.1.5 黄酮类:黄芩是清热燥湿药的重要组成之一,能够有效发挥逐水、下血闭、除热、燥湿之功效。其主要有效提取物黄芩苷可以抑制细菌等微生物的繁殖,同时对泌尿系感染、肿瘤等疾病的治疗有着重要作用[30]。Tao等[31]通过对黄芩苷处理过的人结肠癌细胞进行监测,发现大量肿瘤细胞分泌的外泌体被明显抑制,从而降低了肿瘤基因的表达水平,达到抗肿瘤作用。

3.1.6 其他:作为一种多酚化合物,白藜芦醇存在于虎杖等中草药中,具有高效的抗炎、抗氧化、抗肿瘤作用。研究发现,白藜芦醇能够对外泌体miRNAs和lncRNAs的表达产生显著抑制作用,从而发挥对胃癌、结肠癌等消化道肿瘤的抑制作用[32]。瑞香狼毒具有清热解毒、消肿生肌之效。研究发现,瑞香狼毒能够通过外泌体hsa-miR-107发挥其抗肝癌细胞的作用[33]。

3.2 中药复方 Kim等[34]研究发现,当归四逆甲五珠玉生筋汤(DSGOST)能够诱导外泌体的释放与表达,从而使作为细胞间通讯媒介的外泌体在胃癌细胞中呈高表达水平,由此激活抗肿瘤免疫反应,达到抗肿瘤的效果。作为《金匮要略》经典方剂,大黄虫丸(DZP)被广泛应用于子宫肌瘤等妇科疾患,然而有研究发现,DZP能够介导外泌体干预大肠癌肝转移。Chen等[35]以C57BL/6J小鼠的MC38-EGFP细胞为研究对象,对其用DZP溶液培养,来观察MC38-EGFP细胞负载的外泌体动态变化。结果发现,DZP能够使CC趋化因子配体-2(CCL2)的表达水平发生异常降低,从而得出DZP能够介导外泌体干预大肠癌肝转移的结论。李晶晶等[36]将滋阴化痰方溶液注入人胃癌细胞株MGC-803细胞,提取其分泌的外泌体,观察小鼠体重和成瘤情况,结果发现滋阴化痰方剂量组小鼠体重明显下降,由此证实滋阴化痰能够介导外泌体干预胃癌细胞的生长。冯小可等[37]运用化痰消瘀方治疗萎缩性胃炎伴肠化生病患,结果发现病患胃液miR-133a和miR-421呈现程度明显升高,症状及萎缩和肠化生程度均提示明显好转。刘佳琴等[38]通过提取含健脾消癌方含药血清培养的人结肠肿瘤细胞来源正常人胚肺成纤维细胞(HFL1)分泌的外泌体进行监测,发现HFL1细胞摄取了大量外泌体,使结肠癌细胞的侵袭和转移受到抑制。Dang 等[39]研究发现,甘姜苓术汤能够通过调控外泌体miRNA中的miR-138-5p/CPT1B轴进而发挥抑制肝细胞脂肪变性、减轻肝细胞损伤的作用。

4 小 结

脾胃同居中焦,互为表里,既密不可分,又功能各异。胃主受纳和腐熟水谷,脾主运化而输布营养精微;脾主升清,胃主降浊,一纳一化,一升一降,共同完成水谷的消化、吸收、输布及生化气血之功能。《兰室秘藏·中满腹胀》云:“或多食寒凉,及脾胃久虚之人,胃中寒则胀满,或脏寒生满病。”可见,若因素体脾胃虚弱、或饮食不节、感受寒凉等原因,导致脾胃气机升降失调,则病从中生。虽病因病机复杂,但遵从“整体观念”“辨证论治”“病证结合”,临床遣药多立竿见影,疗效显著。通过本文综述不难发现,外泌体的通讯功能在部分消化系统疾发病中的作用已得到证实,能够通过干预信号通路、激活炎症因子、干扰免疫反应、抑制细胞转化等途径干预消化系统疾病的发生发展,但其干预疾病病理过程的具体机制尚无共识。而中医药以其多途径、多靶点的特点能够显著干预外泌体的传媒功能,从而发挥治疗消化系统疾病的作用。同时,由于中药单体或复方的研究存在品类少、病种单一、基础薄弱等局限,中药有效性、科学性的论证和评价仍存在一定局限。今后可进一步扩大病种范围,完善临床及实验研究,深入挖掘外泌体在诊疗疾病中的机制,并探索中药的靶向调控作用,以期为中医药治疗消化系统疾病提供坚实的理论依据和循证医学证据。