不同来源外泌体在子痫前期发病和治疗中的作用

孟斐，刘慧强

子痫前期（preeclampsia，PE）是出现在妊娠20周或之后的以高血压为基础的多系统受累和损害的综合征，以新发高血压、蛋白尿或多脏器功能障碍为主要特点，包括心脏、肝脏和肾脏等，是妊娠期最严重的并发症之一[1]。每年全球约有1 000 万女性患上PE，其中约7.6 万名女性和约50 万名婴儿死于PE及其相关的高血压疾病。针对这种多因素多系统的妇科疾病，近年来学者们提出了可能的发病机制，但其确切的发病机制尚未阐明，且缺乏有效的治疗[2]。目前对于大多数PE 患者来说，控制病情的最佳方法只有终止妊娠，所以对PE 患者的早发现早治疗尤为重要。外泌体（exosomes）是一种主要存在于细胞外的微泡，且大部分细胞都可以分泌外泌体。随着相关研究的深入，外泌体的应用越来越广泛，其功能不仅与细胞内代谢废物排出有关，还具有细胞间通讯、抗原提呈、免疫调节、促凋亡或抗凋亡作用等生物学功能[3]，以及作为生物标志物诊断疾病[4]，作为治疗性外泌体治疗临床疾病[5]，作为药物递送载体作用于靶器官，调节子宫内膜蜕膜化[6]，促进血管内皮细胞的增殖、迁移和生成血管[7]等临床应用功能。研究表明，不同细胞来源外泌体可能通过多种途径参与PE 的发生发展，也可能作为PE 潜在的标志物，还可能作为PE 的靶向治疗方法。综述不同来源外泌体在PE 发病中的特点及发挥的作用。

1 PE 发病机制

PE 的病因和发病机制至今尚未完全阐明。Redman 等[8]在2009 年提出PE“二阶段模式”学说，也是目前认可比较广泛的PE 发病机制，即第一阶段发生在妊娠前半期，因胎盘发育不良导致PE 发生，无临床症状；第二阶段发生在妊娠后半期，胎盘处于氧化应激和炎症状态，可溶性血管内皮生长因子受体-1（sFlt-1）、可溶性内皮素（soluble Endoglin，sEng）等引起母体系统性炎症，出现新发高血压和蛋白尿等临床症状。随着近年对发病机制研究的不断深入，Redman[9]在2014 年提出更加完善的“六阶段模式”，其本质上是在二阶段模式上做了更加细化的时间分段和内容补充。目前国内外相关研究认为PE 的发病机制是遗传与环境交互作用的结果，其中妊娠早期胎盘局部缺氧导致的滋养细胞浅着床、子宫螺旋动脉重铸障碍是主要病理特点。PE 发病还与显著的血小板活化有关。Kohli 等[10]发现，外泌体在胎盘中特异性诱导血栓炎症反应，激活的母体血小板会导致滋养细胞中NLRP3-炎性小体激活，该炎性小体激活会引起“类似PE 反应”，其特征是妊娠失败、血压升高、血浆sFlt-1 增加和肾功能不全。此外，氧化应激、免疫失衡、炎症激活、血管内皮损伤和遗传等因素也可能是PE 的发病机制[3]。比如细胞因子信号传送阻抑物1（suppressor of cytokine signaling 1，SOCS1）/JAK/信号转导及转录活化因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路，近年研究证明，PE 人群中SOCS1 和γ 干扰素（interferon-γ，IFN-γ）表达水平高于健康人群。JAK/STAT 介导多种细胞因子和生长因子，以SOCS 家族蛋白为支撑：①大多STAT依赖的基因具有促炎作用，参与PE 发病机制的炎症激活阶段。而SOCS 蛋白是JAK/STAT 激活因子通路中重要的负调控蛋白，参与抑制多种细胞因子通路[11]。②绒毛外滋养细胞（extravillous trophoblast，EVT）侵袭减弱，导致胎盘浅着床，也是PE 发病机制之一。IFN-γ 通过促进EVT 凋亡，避免EVT 过度侵袭[12]。因此，SOCS1 可以通过STAT 抑制信号应答IFN-γ 刺激，抑制炎症，降低PE 发生率。

2 外泌体生物学特点

外泌体是活细胞吞噬异源物质后以出芽方式向内凹陷形成含有多个小泡的多泡体（multivesicular body，MVB），再由MVB 与细胞膜融合而释放的小囊，直径约30～150 nm。外泌体于1981 年由Johnstone 在绵羊网织红细胞中首次发现，是几乎所有活性细胞[如间充质干细胞（mensenchymal stem cell，MSC）、肿瘤细胞、巨噬细胞、树突状细胞、肥大细胞、人羊膜上皮细胞和内皮祖细胞等] 均可主动分泌的超微膜性囊泡[13]，且不同细胞来源的外泌体由于其内容物和表面受体的差异，具有不同的调节功能[14]。此外，外泌体广泛分布于各种体液中，如唾液、腹水、心包积液、尿液、羊水、乳汁、脑脊液和血液等[15]，因此外泌体可作为比较可靠的生物标志物来源。研究发现，外泌体内富含核酸、蛋白质、脂质、细胞因子、转录因子受体和其他生物活性物质[16-17]，而每种内容物又具有其特定的作用，如外泌体中所含的蛋白质成分，既可以参与囊泡的形成、分泌和运输的过程，又携带有源细胞的特异性表现，参与不同的生物活动。外泌体中的RNA 成分可帮助外泌体成为细胞间通讯的替代途径，对细胞表型的修饰很重要，而其中一些特异性微小RNA（miRNA），如miR-1、miR-21、miR-16、miR-151、miR-181 和let-7 等，因其来源不同，可能与造血、血管生成、胞外分泌以及肿瘤的发生密切相关[16，18-20]。除了上述成分，外泌体还含有大量的酶，使其在介导生物活性的过程中也发挥了重要作用[21]。

3 不同来源外泌体与PE 的关系

外泌体的成分有核酸[包括miRNA、长链非编码RNA（lncRNA）、mRNA、DNA]、脂质和蛋白质等，相对于细胞和微囊，外泌体富含特定的RNA 种类[22]。另有研究表明外泌体可能在胚胎着床过程中担当了母体子宫内膜与胚胎之间的沟通媒介，对调节子宫内膜的重塑起到了重要作用，这也可能与PE 的发病机制关系密切。Chiarello 等[23]发现在PE 中，外泌体数量、外泌体在细胞间的通讯以及功能存在异常。不同细胞来源的外泌体在PE 进展过程中发挥的作用也不尽相同。

3.1 胎盘滋养层细胞来源外泌体胎盘为胎儿的生长发育提供营养物质及氧气，也是胎儿代谢产物的重要器官，其形成依赖于胎盘滋养层细胞的有序分化及其与母胎界面众多母体细胞的相互作用[24]。研究表明，PE 发生与胎盘损伤紧密相关，PE 患者的胎盘存在缺血缺氧的现象，这是因为胎盘损伤导致母体灌注不良所致。而胎盘缺血缺氧所带来的病变主要有绒毛组织梗死、无绒毛胎盘湖、炎症及纤维蛋白沉积等[25]。胎盘滋养细胞层细胞来源外泌体是指妊娠期间由胎盘的组成细胞如合体滋养细胞（syncytiotrophoblast，STB）、单核细胞滋养细胞、EVT及胎盘血管内皮细胞等释放的微型囊泡，其在妊娠6 周时释放入血[26]，其中被覆于胎盘绒毛的STB 是产生胎盘源性外泌体的主要细胞[27]。

胎盘源性外泌体在正常妊娠中的功能主要有母胎间交流和信息交换、将基因信息转移到靶细胞以调节胎儿-母体代谢稳态、抑制母体T 细胞信号可能导致的免疫耐受、调节血管生成和内皮细胞迁移[28]。外泌体的这些功能保证了母体成功的妊娠结局以及胎儿的健康发展，因此受到了学者们的广泛重视。近年有学者研究了在PE 中胎盘源性外泌体的数量、作用和装载蛋白质含量的变化及其对母体免疫耐受的影响，并发现胎盘源性外泌体可作为载体参与细胞间信号转导。在炎症激活方面，sFlt-1 是由sFlt-1 mRNA 进行选择性剪接后，经过蛋白质翻译过程形成，其在PE 患者外周血循环中数量增加，且在胎盘源性外泌体的运载下，引起氧化应激反应，造成内皮细胞功能障碍，抑制血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和胎盘生长因子（placental growth factor，PlGF）的舒血管作用，参与PE 的发病[29]。Salomon 等[30]研究发现，与正常妊娠胎盘组织相比，PE 胎盘组织中有超过300 种外泌体miRNA 差异表达，尤其是miR-486-1-5p 和miR-486-2-5p 可以作为早期预测PE 的候选标志物，为筛查无症状的早期PE 患者提供了一个新方法。目前对PE 的治疗手段有限，因此应用外泌体中相关指标对PE 的早期预测和预防极为重要。

3.2 MSC 来源外泌体（MSC-derived exosomes，MSC-Exos）MSC 是一种来源于中胚层的细胞，具有自我更新及多向分化的能力[16]。近年来，MSC 成为再生医学领域应用最广泛的干细胞，其广泛性主要表现在MSC 在动物模型中多种疾病治疗方面的应用，从人体组织（如骨髓抽吸物）和医疗废物组织（如脐带和胎盘）中的易提取性、体外高度扩增的能力以及使骨髓间充质干细胞能够接受异体移植的免疫特权的能力[31]。除此之外，相关研究表明MSC 与其他细胞相比能产生大量的外泌体，这也显著降低了外泌体的生产成本[32]。MSC-Exos 目前已作为一种天然的药物递送载体用于多种疾病的治疗研究，治疗性MSC-Exos 首次于2010 年被报道，至今已广泛应用于临床。Toh 等[31]证明了MSC-Exos 在颞下颌关节骨关节炎动物模型中具有减轻关节疼痛和逆转退化的作用，Chew 等[33]证明了MSC-Exos 在增强牙周再生中具有增加牙周韧带迁移和增殖的作用。上述研究均表明MSC 的治疗效果很大程度上是由其外泌体支持的，因此研究外泌体在PE 治疗中的作用具有可行性。此外，MSC 分泌的miRNA 本身具有再生能力和免疫抑制特性，以及具有抗炎和促血管生成的作用，而且在病理妊娠时PE 孕妇胎盘分泌的MSCExos 组分、生产和包装等存在异常，这些也表明MSC-Exos 外泌体参与PE 的发病过程[34]。

MSC-Exos 在PE 中的作用主要包括：①参与胎盘滋养细胞的调控。妊娠早期的胎盘形成障碍与妊娠中晚期的EVT 氧化应激是PE 发生的关键事件，MSCExos 在调控滋养细胞方面起了重要作用。Chen 等[35]发现在PE 患者的胎盘组织中，H19 作为一种竞争性内源性RNA 对抗miRNA let-7b，miRNA let-7b 直接靶向叉头盒转录因子（forkhead box transcription factors，FTFs）。此外，H19 可以通过MSC-Exos 转移到滋养细胞中，从而降低MSC-Exos 中的miRNA let-7b，增加FTFs，激活蛋白激酶B 信号通路，增加H19 的侵袭和迁移功能，抑制滋养细胞凋亡。可见MSC-Exos 在PE 早期能促进滋养细胞的着床，对滋养细胞的作用是有益的。②参与母胎免疫反应。母体的过度免疫激活是PE 发病的主要机制之一，研究认为MSC-Exos 可能会抑制免疫反应过度激活，促进滋养细胞着床，预防PE 的发生。③参与全身炎症反应。研究表明，早期PE 母胎界面会有炎症反应，这种炎症反应会随着母体外周血逐步发展至全身，从而促进PE 的发生。而MSC-Exos 富含MSC 来源的mRNA、miRNA、细胞因子、免疫调节因子等生物活性分子，具有免疫抑制作用，其机制为在炎症免疫细胞[如M1 型巨噬细胞、树突状细胞、CD4+辅助性T 细胞1（Th1）和Th17]中运送免疫调节miRNA 和免疫调节蛋白，使其表型转化为免疫抑制的M2 型巨噬细胞、耐受性树突状细胞和T 调节细胞，促进受损的实质细胞存活和再生，为PE 的抗炎治疗提供了新方向[36]。④参与调控血管内皮细胞。研究表明，MSC-Exos 富含的miRNA 等物质可以促进血管内皮细胞的生长、增殖与迁移，可帮助早期PE 患者受损的血管内皮进行重塑。除此之外，Xiong 等[37]发现人脐带间充质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cell，hUCMSC）外泌体可通过抑制胎盘组织细胞凋亡、促进胎盘组织血管生成等途径，以剂量依赖性的方式改善PE 大鼠胎盘组织形态，这表明HUC-MSC 外泌体可能是一种治疗PE 的替代方法[38]。综上，对MSCExos 的研究揭示了其在PE 的发病机制如免疫失衡、炎症激活、血管内皮损伤中的具体作用，这也为其在PE 靶向治疗中提供了新思路。

3.3 各种细胞来源的循环外泌体循环外泌体具备的表面蛋白质信号或内载物的生理特点，使其在疾病状态下已成为众多疾病理想的候选生物标志物。究其原因，相较于大分子蛋白，循环外泌体中miRNA 表达稳定，不易受外源性因素干扰，且基因表达的变化可能在蛋白质变化前就被检测到。其来源多样，包括血细胞、胎盘滋养细胞以及各种组织细胞。Luo 等[39]发现miR-210 在PE 孕妇血清和胎盘中表达升高；升高的血清外泌体miR-210，尤其是胎盘来源的miR-210 可能在PE 的预测和早期诊断中发挥作用[1]。最近，有学者发现早发型PE 和晚发型PE孕妇血清外泌体中miR-122 表达量普遍增加，并与miR-122 去甲基化有关，提示血清外泌体miR-122有望成为PE 诊断和评估疾病严重程度的重要生物标志物[40]。

除以上几种来源的外泌体外，还有许多其他来源的外泌体，如树突状细胞、肥大细胞、巨噬细胞、体液来源的外泌体（如羊水外泌体、心包积液外泌体、脑脊液外泌体等）等。树突状细胞衍生的外泌体（DC-derived exosomes，Dex）具有免疫刺激功能，与针对多种人类癌症的基于树突状细胞的免疫疗法相比具有明显优势，该免疫疗法已进入临床试验阶段，并有望形成一类新的癌症免疫疗法疫苗。miR-let-7b-5p 在心包积液来源的外泌体中高水平表达，Sahoo 等[41]证明miR-let-7b-5p 具有部分介导心包积液外泌体的血管生成潜力，这支持了心包积液外泌体可能具有治疗心血管疾病的潜力。虽然这些外泌体在临床动物实验中已证明有作为靶向治疗的能力，但其与PE 发病机制和临床治疗的相关性还有待进一步研究。

4 结语

外泌体不仅在正常妊娠中发挥作用，目前相关研究指出其可能通过多种途径参与PE 发生发展，也可能作为PE 潜在的标志物为其治疗提供新突破，并基本阐明了不同来源外泌体在PE 中所发挥的作用。随着研究的进展，已证实外泌体所装载的miRNA 也广泛参与了PE 的病理生理过程，为PE 的相关研究提供了新方向。然而，目前PE 的具体发病机制以及其他来源的外泌体与PE 的关系仍未完全阐明，不同来源的外泌体在PE 早期预测和临床靶向治疗中的效果仍需更多的体内外及动物实验来进一步探索，从而实现对PE 的早预测早治疗，以期降低PE 孕妇和胎儿的死亡率。