外泌体与心肌梗死现状与未来

白癜风病有什么偏方 http://disease.39.net/bjzkbdfyy/170601/5419408.html
INTRODUCTION内容简介为了避免打扰到在准备期末考试的同学们，本文推送后至寒假（1月12日）将停更。寒假后会把一些考试心得（主要是18级临床/口腔专业）的整理后发布。本文是前一篇科研启蒙文章的“拓展包”。今天我将简要地从横（作用效果）纵（货物种类）两个维度进行总结整理，分享一下在心肌梗死（AMI）后外泌体发挥着怎样的作用，由此能否产生临床诊疗的新思路呢？

目录：

1.从作用效果角度分类介绍

2.从货物种类角度分类介绍

（但是这两部分真的太专业了……）

3.外泌体与AMI——现状与未来

（这部分才是我最想和大家分享的内容，是这两篇推文的总结，也是我最希望能起到启蒙作用的部分！）

从作用效果角度分类介绍

减轻缺血再灌注损伤、减小梗死面积

（一）间充质干细胞来源的外泌体（MSC-Exos）。

MSC-Exos可以调节能量代谢，预防钙超载，促进促存活的信号通路等方式抑制凋亡。凋亡途径可以分为三种类型，分别是线粒体凋亡，内质网凋亡以及死亡受体通路凋亡。①线粒体凋亡：ATP/dATP的下降是使得细胞色素c释放引起下游级联反应的关键一步，而外泌体包含ATP生成所需要的五种酶使ATP和NADH增加。②内质网凋亡：内质网中含有Bcl-2家族蛋白，调节细胞钙稳态。外泌体可以上调之，从而预防细胞内钙超载。③死亡受体介导的凋亡：死亡受体包括TNF受体1，Fas死亡受体3，死亡受体4，死亡受体5。Traf6可以通过NF-κB途径促进凋亡，JNK可以通过抑制“抑凋亡内源因子”如p38，从而促进凋亡。外泌体可以抑制Traf6，并且抑制c-JNK的磷酸化。

除此之外，MSC-Exos还可以激活促进存活的信号通路如促进Akt（通过抑制PTEN表达）和GSK-3β的磷酸化，抑制凋亡。通过Ulk1/Atg13、进而通过靶向mTOR的机制，抑制自噬小体形成。MSC-Exos还可通过降低氧应激、抑制炎症、提高20S蛋白酶体含量（在细胞内的氧化变性蛋白中，可达90%被20S蛋白酶体清除），以减小梗死区面积。

（二）心球来源细胞外泌体（CDC-Exos）。

CDC-Exos可以通过促进巨噬细胞极化（在各种刺激因子的诱导下，成熟巨噬细胞可以表现出不同的表型、功能和形态；分为促炎症的M1巨噬细胞和抗炎的M2巨噬细胞）、上调抗炎因子和降低氧化应激来保护心肌细胞免受MIRI的伤害。因含有YRNA片段，CDC-Exos激活巨噬细胞极化，诱导M2巨噬细胞分泌抗炎细胞因子IL-10。此外，YRNA片段也被证实可以保护心肌细胞免受氧化应激的伤害。

（三）心脏祖细胞来源的外泌体（CPC-Exos）。

主要是通过抑制氧化应激诱导的细胞凋亡。可抑制过氧化氢诱导的caspase3/7介导的细胞凋亡，从而保护心肌。机制可能是miR-21/程序性细胞死亡蛋白4(PDCD4)轴。CPC-Exos也被发现携带有抗凋亡的miRNAs，如前miRNA-5p、前miRNAa、前miRNA等。

（四）心肌细胞来源的外泌体。

主要是通过抑制自噬。在低氧刺激的心肌细胞来源的外泌体中，既有抗凋亡药物(如miR-30a)，也有促凋亡物质(如TNF-α和HSP60)，但以抗凋亡效果为主。缺氧导致HIF-1α↑，促使心肌细胞分泌含有较多miR-30a的外泌体，抑制Beclin-1、Atg12（自噬相关蛋白）等从而抑制自噬。另一方面，研究发现HIF-1α直接增强了TNF-α的表达，并且通过外泌体释放；低氧还刺激增加了心肌细胞来源的外切体中HSP60s的数量。

（五）其他来源。

iPSCs来源的外泌体分别通过Nanog和HIF-α上调抗凋亡的miR-21和miR-的表达。Sca-1+干细胞来源的外切体通过转导HSF1抑制miR-34a启动子，减少心肌保护性HSP70的表达。通过诱导CD4+T细胞归巢到心脏，来自树突状细胞的外泌体抑制有害的炎症反应，从而保护心脏免受I/R。

远端缺血预适应（RIPC），可以减轻再灌注损伤。但其诱导的血浆外泌体在动物实验中没有显示出很强的保护作用。不过，RIPC后血清外泌体miR-及其前体增加（抗凋亡）。此外，RIPC促进了EVs的分泌。

促进血管生成

首先，外泌体可以通过增加血管内皮细胞的增殖和存活来促进血管生成。Akt过表达的人脐血间充质干细胞产生的外泌体上调血小板衍生生长因子(PDGF)-D，从而激活下游ERK1/2，从而促进内皮细胞(EC)周围的周细胞的增殖。外泌体可富含血管生成的miRNAs，如miR-21，miR-b-3p、miR-19a-3p、miR-19b-3p和miR-20a-5p可通过促进PTEN/Akt通路促进内皮细胞的增殖。此外，CDC-Exos通过PI3K/Akt通路上调VEGF表达。

第二，外切体可以通过促进血管内皮细胞迁移来促进血管生成。通过上调VEGF的表达和胰岛素样生长因子-1α(IGF-1α)含量，高表达CXCR4的BMSC的外泌体有助于内皮细胞的迁移，从而促进血管生成。心肌细胞外泌体HSP20与人脐血内皮细胞上VEGF受体2相互作用，从而促进内皮细胞迁移。

此外，外切体通过增加基质金属蛋白酶MMP的表达来降解基底膜糖蛋白和其他细胞外基质成分，从而启动内皮细胞的激活和迁移，例如通过下调金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)2，来自心包液的外切体通过增加MMP水平。心包液外体中的聚集素，可以促进AMI后心外膜EMT，从而促进血管形成。

其他方面

转化生长因子(TGF)-β诱导的Smad信号通路参与了心肌纤维化的过程。转化生长因子β不仅可以促进心脏重构，还可以诱导其他细胞因子的合成，进一步促进心肌纤维化的发展，如PDGF、TNF-α和成纤维细胞生长因子。CDC衍生的外泌体显著抑制了慢性心肌梗死后小鼠和猪模型的心脏重构。外切体对心肌纤维化的抑制作用主要是由miRNAs引起的，它影响下游纤维化相关蛋白和基因的表达。通过将miR-转移到TGF-β高表达的成纤维细胞，CPC-Exos可以减少纤维化基因的表达，包括结缔组织生长因子、I型胶原、III型胶原等，从而抑制纤维化；RIPC诱导的外泌体miR-22、29a可显著抑制心肌梗死后心力衰竭大鼠的心脏重构。

外泌体促进干细胞分化为心肌细胞，以及心外膜衍生细胞(EPDCs)等细胞向心肌细胞的转分化。ESC来源的外泌体通过转运miR-促进内源性c-Kit+的CPC向心肌细胞分化。MSC来源的外泌体预处理诱导心肌干细胞分化为心肌细胞。

啊这……

从货物种类角度分类介绍

蛋白质类

外泌体中有多种蛋白质，分为共有的/特异性的，在表面的/在内部的，通过成为新受体、与已有受体结合、释放入胞等方式发挥作用。CD9、CD63、CD81、Alix和TSG与外泌体加工产生有关的，故各种外泌体中几乎都存在，为生物标记物，可用于于鉴定。（详见综述3表格）

（一）热休克蛋白（HSPs）

HSPs是一个蛋白质家族，在蛋白质运输、蛋白质折叠和细胞信号传递中具有关键功能。热休克蛋白可以通过外泌体转移到邻近和远端细胞，这些外泌体被证明会影响心脏功能。

（1）含有HSP70的外泌体与心肌细胞上的Toll样受体4（TLR4）结合并激活ERK1/2-p38MAPK-Hsp27信号通路，减轻再灌损伤，减少心肌细胞凋亡，减轻心肌纤维化。热休克预处理的SCA-1+干细胞外泌体含有HSF-1，被心肌细胞摄取，进而增加了HSP70的水平。

（2）HSP20被证明通过与内皮细胞上的VEGFR2相互作用并激活下游信号Akt和ERK通路促进血管生成。前面提到的miRNA-转移到邻近的内皮细胞，从而介导抗血管生成的机制就是，下调Hsp20及其他促血管生成蛋白（胰岛素样生长因子、Ets2[EC生存所需的转录因子]）表达。外泌体HSP20可能有助于减轻糖尿病所致的损伤，从而减轻糖尿病相关的心功能障碍。

（3）HSP60是一种线粒体和胞浆蛋白，但在心力衰竭时被转移到质膜并释放到血浆中。据报道，HSP60通过激活TLR4MyD88-IRAK-1通路，促进心脏炎症，诱导心肌细胞凋亡。研究发现，来源于心肌细胞的外泌体HSP60在与慢性饮酒相关的心脏损伤中起有害的作用，循环中外泌体HSP60可作为反映酒精致心肌细胞损伤程度和预测正常饮酒者预后的生物标志物。

（4）外泌体中HSP72可以与靶细胞表面的TLR2结合，增加STAT3的磷酸化。JAK/STAT3通路在预防心脏纤维化和重构方面很重要，在衰竭的心脏中STAT3的表达和激活严重减少。通过增加血浆外体HSP72水平，衰竭心脏的纤维化可能被抑制。

（二）其他蛋白

（1）RAS系统相关蛋白。研究发现，心肌细胞可产生表达AngII受体1型（AT1R）的外泌体，起促心肌肥厚作用。

（2）趋化因子受体4（CXCR4）是一种针对基质衍生因子-1（SDF-1）的趋化因子受体，可通过减轻心室重构和增加毛细血管密度来预防心力衰竭。过表达CXCR4可让MSCs释放富含CXCR4的外泌体，提高p-Akt水平和降低caspase3活性来抑制缺氧诱导的心肌细胞凋亡。该类外泌体还可以通过促进血管内皮生长因子的生成来促进小管的形成。

（3）心肌细胞可在缺氧诱导因子1α诱导下产生TNF-α，并以外泌体的形式释放，可增加心肌细胞的凋亡，加重心室重构和功能损害。

（4）SonicHedgehog（Shh）蛋白，是一种公认的血管生成因子，被证明可以减轻缺血诱导的组织损伤和细胞死亡。与未修饰的相比，Shh修饰的人骨髓来源CD34+干细胞，通过增加毛细血管密度和缩小梗死面积改善了急性心肌梗死后的心功能，潜在的机制是该类干细胞的驻存增加，随后产生大量富含Shh的外泌体。

（5）聚集素是一种在人体组织中普遍表达的异二聚体糖蛋白。在从AMI患者分离的外泌体中发现了聚集素，而在非梗死患者中没有发现。静脉注射和心包囊中加入聚集素可促血管生成、减少细胞凋亡，从而改善了心功能。机制方面，已知AMI后心包液可通过上皮向间充质转化(EMT)诱导血管生长和心脏组织再生，而EMT也可能是聚集素发挥作用的机制。非编码RNA类非编码RNA种类及其丰富，作用及其广泛。因此，可以从疾病的角度谈：

1.AMI：

①潜在的急性心梗标志物：血浆miR-1、a、b、b、（-5p），以及p53反应miRNA（-34a、、）上调；miR-、被观察到下调。

②远端缺血预适应组梗死灶边缘区胞外泌体miRNA-29a水平升高；C2C12细胞(骨骼肌成肌细胞)在低氧刺激下释放富含miRNA-29a的外体。miR-30a减少了典型的胞浆自噬空泡及心肌凋亡。此二者以及BMSC-Exo中miR-22可能是远端缺血预适应的机制之一。

③应用基因芯片技术和定量PCR技术对冠心病患者血浆进行分析，发现lncRNAAC.1是一种新的预测冠心病的生物标志物。

2.心肌病：

①miR-a是围生期心肌病的生物标志物之一。

②糖尿病心肌细胞通过miR-抑制内皮细胞增殖和迁移。

3.肺动脉高压PAH：

①当受到PAH刺激时，肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)的miRNA--3p水平增加，导致细胞迁移增加；通过外泌体转运，miRNA--3p还可以促进肺动脉内皮细胞(PAECs)的迁移和增殖。

②间充质基质细胞来源的外泌体有多种功能：可抑制血清来源的丝裂原诱导的PASMCs增殖；还可完全阻断人PAECs低氧诱导的STAT3（导致肺动脉高压的关键介质）的激活；抑制缺氧性PAH小鼠模型巨噬细胞内流，抑制促炎/促增殖因子的释放，有助于抑制炎症，改善肺动脉高压、右心室肥厚和血管重构。这些好处归因于miR-16、miR-21和let-7b前miRNA。

4.心瓣膜病：

miR-23抑制透明质酸合成，其含量异常导致先天性瓣膜缺陷。

也可以从作用机制方面分类：

（1）miR-抑制EC迁移、增殖和小管形成。miR-17、19a、19b、30c、可以促进人脐静脉内皮细胞增殖、小管形成，从而促进血管生成。此外，心肌祖细胞CPC来源的Exo还含有miR-，可以通过下调其靶标RasGAP-p来促进小管的形成。MSC-Exos中具有调节血管生成过程潜能的ncRNA“货物”还有miR-b-5p；miR-21；miR-；miR-23a-3p；miR-23；miR-21-5p。

（2）MSC-Exos中具有减少凋亡作用的ncRNA“货物”有：miR-19a,miR-21,miR-22,miR-24,miR-b-5p,miR-,miR-,miR-,miR--5p。过表达GATA4的BMSC的Exo中miRNA-19a的水平升高；过氧化氢(模拟缺血性疾病后心脏的氧化应激)预处理的CPC释放出富含miRNA-21的外泌体。此二者可增强心肌细胞对缺氧的抵抗力，减少心肌细胞的凋亡，机制可能是激活Akt和ERK信号通路。过氧化氢处理的iPSC的Exos使caspase-3/7活性降低，减少心肌细胞凋亡，这一效应也归因于miR-21和miR-的转移。CPC-Exos可以通过miRNA-抑制ephinA3和PTP1B，从而减少细胞凋亡。缺血预适应后可使BMSC-Exo更高的miRNA-22水平，并抑制了心肌梗死小鼠心肌细胞的凋亡和随后的左心室纤维化，这可能是通过靶向甲基CpG结合蛋白2的机制。成熟的miR-可以通过增加Akt和GSK-3MAPK的磷酸化来抑制细胞凋亡，而且还可以通过增强p44/42MAPK的磷酸化来促进细胞存活，参与远端缺血预适应。

（3）MSC-Exos中具有调节免疫作用的ncRNA“货物”有：miR-21,miR-22,miR-24,miR-29,miR-34a-5p,miR-,miR-a-5p,miR-a,miR-。BMSC-Exo抑制LPS诱导的巨噬细胞的促炎细胞因子的释放，并保护心肌细胞免受LPS相关的损伤，这归因于miRNA-的转移。CDC-Exo含miRNA-b通过靶向巨噬细胞中的蛋白激酶Cδ，诱导一种独特的极化状态，从而保护了I/R损伤后的心功能。

（4）调控心肌肥厚。miR-通过mTOR途径促进心机肥厚。miR-参与血管紧张素II(AngII)介导的心肌肥厚，而miR-21-3p（miR-21*）可以抑制AngII诱导的心肌肥厚。此外，梗死区有抑制心肌肥厚功能的miR-a水平是降低的。

（5）参与调节细胞外基质退化（纤维化）。外泌体miR-22抑制甲基化CpG结合蛋白2（可促进心肌纤维化）的表达。miR-29家族影响胶原、整合素和基质金属蛋白酶(MMPs)表达，抑制纤维化。miRNA-也可减轻纤维化和心肌细胞解偶联。

感觉ncRNA是永远的痛？

不……除了写综述可能你永远见不到他们

其他一些磷脂，如鞘磷脂、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇和磷脂酸，以及中性脂质，如游离胆固醇和神经酰胺，在外泌体中富集。通过靶细胞内化，生物活性脂类聚集到MVB里。浓聚的外泌体15d-PGJ2激活PPAR-γ相关通路，可以减轻高糖和胰岛素诱导的心肌细胞肥大。（不过人血浆的外泌体里本身也可富含PPAR-γ。）外泌体中还有mRNA、DNA等等，但作用仍有待研究。ABOUTFUTURE外泌体与AMI——现状与未来

一、外泌体研究的现状

1.外泌体的研究之所以重要：

①受双层膜保护，是稳定而高效的细胞间信号传递机。

②可操作性更强。

③安全，无致瘤性。

2.外泌体的应用所受到的阻碍：

①分离方法复杂且效率低（基于微流控技术的设备的出现可能有助于解决这些问题）。

②其中不仅含有保护因子，而且还运输有害成分。

③静脉注射后大部分聚积在肝、脾、胃肠道和肺中，只有少量的留在心脏内，且内皮细胞和成纤维细胞比心肌细胞更活跃地内吞外泌体。

二、外泌体研究的未来重点

1.外泌体载药。

自然产生的外泌体中包含的保护物质将非常有限，但可以人为操纵外泌体内保护物质的浓度。有两种方法可以将货物装载到胞外体中：细胞内装载和细胞外装载。前者是由预处理或过度表达诱导的，导致亲本细胞向外泌体中装载更多的保护性物质；后者则是将保护性物质通过电转染、试剂转染、超声、皂苷、挤压和冻融等干预措施直接加载到外泌体中。目前装载的主要是蛋白质和miRNAs，对DNA、lncRNA、CircRNA的研究很少。

2.心脏靶向治疗。

在临床前研究中，外泌体可通过静脉注射、冠状动脉内注射或心肌内注射给药。静脉注射后直接对心肌细胞发挥生物学作用的外泌体数量很少；肝脾等处积聚的高浓度外泌体则可能产生不利影响。冠状动脉内注射或心肌内注射操作复杂、需导管室、创伤较大，推广受限。

目前主要是通过“配体-受体”模型来实现心肌靶向。特定配体的基因被插入到外泌体表面发现的一种标记蛋白的基因中。这种融合蛋白一旦在亲本细胞中表达，就可以定位在外泌体膜上，融合蛋白将作为配体，特异性识别靶器官上的受体。广泛使用的外泌体蛋白标记物包括乳黏附素、溶酶体相关膜蛋白-2b(LAMP-2b)和PDGF受体。

此外，将氧化铁纳米颗粒等磁性物质与治疗药物一起装载到外泌体，是实现靶向治疗目标的另一种有希望的策略。

3.改善获取外泌体的来源。

目前研究常用的外泌体来源，如CDC、CPC、内皮细胞、心肌细胞、心包液、ESCs和心外膜干细胞，获取的量都不大。

（1）优化分离方法。

（2）最近考虑的潜在的更“robust”的来源：iPSCs；血浆提取；永生化细胞，例如慢病毒介导的myc转染而永生的BMSC（单纯BMSC在体外经过几轮增殖后衰老）。

（3）合成“人工囊泡”或聚合体。聚合体由两亲性线性嵌段共聚物(或微臂聚合物)制备，方法有：溶剂交换法（因其简便性、重复性和对囊泡大小的控制而被广泛使用）、膜复水化、电形成和复乳化法。

1.HeC-Jetal.，Theranostics，20.ShoJosephOzakiTanetal.，Biomolecules，.XuJ-Yetal.，FrontPhysiol，.ChenG-Hetal.，AmJPhysiolHeartCircPhysiol，

《科研启蒙》文章每期2篇推文（1篇入门，1篇拓展包），下次的主题是炎症与心肌梗死。

预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇