外泌體對不同細胞的調控修復作用研究進展

張君濤，王平，張超，尚曼，焦建杰，張棟林，吳超超

(1天津中醫藥大學第一附屬醫院，天津300380；2天津醫科大學；3天津中醫藥大學)

外泌體對不同細胞的調控修復作用研究進展

張君濤1，王平1，張超1，尚曼2，焦建杰2，張棟林3，吳超超3

(1天津中醫藥大學第一附屬醫院，天津300380；2天津醫科大學；3天津中醫藥大學)

外泌體是一種由細胞分泌至細胞外的膜性囊泡樣微體，具有組織細胞信使的功能，在調控細胞生理功能和誘導修復方面具有重要作用。間充質干細胞是體內一類具有增殖、分化潛能的成體干細胞，被認為是產生外泌體能力最強的細胞。外泌體對軟骨細胞、神經細胞、腫瘤細胞、心血管細胞等不同細胞均具有調控修復作用，從而發揮抑制軟骨細胞退化、促進神經細胞再生、抑制腫瘤細胞增殖、保護心肌細胞和促血管新生，以及誘導基因重組使細胞去分化、重新啟動再生功能等作用。外泌體廣泛參與細胞之間的物質傳遞及信號交流，因此推測其可能分泌某些因子來實現損傷組織修復。

外泌體；軟骨細胞；神經細胞；腫瘤細胞；調控修復

外泌體是一種由細胞分泌至細胞外、富含特異性微小RNA(miRNA)和轉運RNA(tRNA)的膜性囊泡樣微體，具有誘導、調控和修復細胞分化、抗腫瘤免疫、促血管新生等生理功能[1～3]。Lai等[4]發現，間充質干細胞(MSC)在分化為不同組織細胞時產生許多囊性功能微泡，并首次證實為間充質干細胞外泌體(MSC-exosomes)。Baglio等[5]通過實驗分離由人骨髓和脂肪間充質干細胞分泌的外泌體，并通過電子顯微鏡標記、蛋白分析、小RNA測序等方法證實人骨髓和脂肪間充質干細胞分泌的外泌體富含特異性miRNA和tRNA。外泌體通過三種方式作用于靶向細胞[6]：①直接與靶細胞的細胞膜融合，同時釋放mRNA、miRNA進入細胞質；②通過內吞作用被靶細胞攝取；③識別細胞表面的特異性受體。不同類型的組織、細胞均可釋放外泌體，現已證實可以分泌外泌體的細胞有肥大細胞、淋巴細胞、樹突狀細胞、腫瘤細胞、MSC等[7,8]，其中MSC被認為是產生外泌體能力最強的細胞[9]。本文就外泌體對軟骨細胞、神經細胞、腫瘤細胞、心血管細胞等不同細胞的調控修復作用作一綜述。

1 外泌體對軟骨細胞的調控修復作用

肌肉有助于維持關節功能，可通過關節軟骨周圍分泌滑液為關節面提供營養支持。Olivier等[10]認為，細胞損傷修復不僅靠細胞的自身修復能力，還需要為細胞再生修復提供一個合適的“微環境”，同時需要為新生細胞構建一個大小和形狀合適的支架結構。例如骨組織和軟骨組織的修復、心血管的修復與替代，均需要結構的支持。在一個健康的組織中，細胞外基質中的外泌體在誘導和調控過程中具有非常重要的作用。Liu等[11]認為，MSC能分泌IL-10、吲哚胺2,3雙加氧酶(IDO)、轉化生長因子β1(TGF-β1)等不同的細胞因子，從而有效抑制成纖維樣滑膜細胞的增殖和外泌體分泌，并分泌前列腺素E2(PGE2)、NO等細胞因子，降低T細胞免疫應答，以減少關節面侵蝕。該研究還發現，MSC-exosomes的分泌可減少TNF-α、IL-6、MCP-1等促炎因子生成，這種免疫炎癥抑制效應有助于受損關節的修復。Tooi等[12]在成人皮膚成纖維細胞增殖中加入胚胎干細胞外泌體，并采用堿性磷酸酶染色和茜素紅染色證實其具有促進成纖維細胞分化為成骨細胞和成脂細胞的能力，其機制可能與胚胎干細胞外泌體可升高八聚體結合轉錄因子4(OCT4)和NANOG同源框基因(NANOG)mRNA在成纖維細胞中的表達有關。Ann等[13]對正常及骨性關節炎關節軟骨微囊泡進行蛋白組學分析，結果發現在正常關節軟骨微囊泡中有超過1 700種蛋白質，其中近170種蛋白質符合常用標志范疇，包括肌動蛋白、磷脂結合蛋白、細胞外基質成分、酶、細胞支架成分等，但是在關節炎軟骨微囊泡中沒有發現上述特異性蛋白。Jos等[14]認為，外泌體在關節內軟骨修復方面具有非常廣闊的前景。

2 外泌體對神經細胞的調控修復作用

神經細胞功能的完整性依賴于精細調節的細胞-細胞間相互作用及支持，外泌體是中樞神經系統神經細胞網絡交流的重要方式，不僅能夠運輸特異性生物活性分子、傳導和維持神經信號，對于病理性蛋白異構體和核酸的異常遷移也具有調節作用。Faure等[15]分離孕16 d的胎鼠大腦皮層進行體外培養，首次發現神經元可分泌外泌體，并發現高濃度K+刺激可促進神經元外泌體分泌，提示外泌體的分泌受細胞去極化調控。此外，外泌體可促進中風后神經細胞再生，并抑制缺血性免疫反應。Xin等[16]研究認為，外泌體可以為中風患者臨近神經細胞傳送功能蛋白和基因物質，并且具有促進組織再生的能力，其機制可能與外泌體傳遞miRNA有關。Yang等[17]在斑馬魚腦腫瘤模型中借助腦內皮細胞外泌體攜帶抗腫瘤藥物，證實外泌體可順利通過血腦屏障并發揮抗腫瘤作用。上述研究均表明外泌體在神經細胞修復中具有重要作用，隨著對外泌體研究的深入，我們對中樞神經細胞發育、功能和細胞間通訊的認識更加深刻，同時為臨床診斷和治療神經系統疾病提供思路。

3 外泌體對腫瘤細胞的調控修復作用

臨床上關于外泌體具有抗腫瘤免疫作用的研究很多，但是也有研究證實了外泌體在介導腫瘤免疫逃避中的作用。Hood等[18]研究證實，黑色素瘤細胞來源的外泌體可作為信使先行到達預轉移的淋巴結，調控局部微環境，并促進腫瘤向該位置的靶向轉移。Lou等[19]采用miR-122轉染脂肪間充質干細胞并提取被轉染干細胞分泌的外泌體，結果顯示外泌體能有效將miR-122包裹其中，并調節miR-122在脂肪間充質干細胞和肝癌細胞轉達，提高癌細胞對化療的敏感性。Ji等[20]研究發現，人MSC-exosomes可以激發胃癌細胞中鈣離子依賴蛋白激酶或鈣調蛋白激酶(CaM-Ks)和Ras/Raf/MEK/ERK信號級聯通路(Raf/MEK/ERK)的活性，并引起瀑布反應，阻斷CaM-Ks/Raf/MEK/ERK途徑能抑制MSC-exosomes在化學藥物抵抗中的作用。MSC-exosomes修飾胃癌細胞在藥物抵抗發生中具有重要意義，其與癌細胞之間的互相聯系亦可能與胃癌化療療效有關。研究發現，外泌體能夠將另一重要抑癌基因PTEN輸送到靶細胞中，并促進其發揮磷酸酶活性，通過阻斷促進細胞存活的Notch-1信號通路而抑制腫瘤細胞增殖[21]。一項關于熱休克小鼠抗腫瘤免疫過程的研究發現，B淋巴瘤細胞分泌的外泌體富含HSP70和 HSP90，使得小鼠的抗腫瘤免疫能力得到強化，提示MSC-exosomes可能在抗腫瘤免疫治療過程中具有重要意義[22]。

4 外泌體對血管內皮細胞的調控修復作用

外泌體與心血管疾病發病機制關系密切，從缺血預調或各種干細胞中收集的外泌體均能發揮心肌保護作用，具有潛在治療心血管疾病的功能。Teng等[23]研究發現，MSC-exosomes可以明顯加強人臍靜脈內皮細胞的管狀框架。體外實驗進一步發現，MSC-exosomes能通過抑制細胞增殖而降低T細胞功能，縮小心肌梗死面積，提高心臟收縮與舒張功能；證實MSC可以通過釋放外泌體來調控血管再生、發揮抗炎作用，從而改善心肌梗死的微環境[23]。Matsumoto等[24]研究發現，外泌體中p53-反應性miRNA(如miR-192、miR-194和miR-34a)表達明顯升高的急性心肌梗死恢復期患者心肌梗死后1年內心衰發生率更高，提示檢測外泌體中所含p53-反應miRNA有助于預測急性心肌梗死后心衰的發生。Lee等[25]在缺氧誘導的肺動脈高壓小鼠模型中發現，外泌體可減輕小鼠肺組織炎性反應及血管重塑，降低右心衰竭發生率。Yu等[26]研究顯示，由MSC分泌的外泌體具有對心肌保護功能，并有助于受體細胞靶蛋白表達；其機制可能與外泌體表達轉錄因子GATA-4有關。GATA-4在損害組織中遷移并通過釋放多種miRNA激活細胞生存信號通路，從而發揮調節保護作用。此外，休克患者的外泌體可增加體外培養血管內皮細胞及平滑肌細胞的活性氧化產物生成，導致細胞凋亡率升高，提示外泌體在感染性休克中可介導血管損傷[27～29]。因此，對外泌體的進一步研究將有助于更系統和準確地了解其與血管內皮細胞之間的信號轉導機制、心臟疾病的轉歸過程，對心臟疾病的診治、預防具有重要意義。

綜上所述，外泌體富含重要的蛋白和基因，具有調控和誘導修復受損組織細胞的功能。不同MSC通過不同的方法刺激可以分泌不同的外泌體，而不同的外泌體具有不同的種屬、活化狀態及信號特征，對靶細胞的調控及誘導修復作用也不同，如何調控外泌體的分泌及其對靶組織細胞的相關作用將是今后的主要研究方向。外泌體所含活性物質較多，對靶組織細胞的作用機制較復雜，以往關于其機制的研究多集中在單一因素，多種機制的相互作用并不明確，仍需深入研究。此外，關于外泌體的研究主要體現在制備具有特定靶向作用的抗腫瘤疫苗，但其抗腫瘤作用具體是增強免疫還是引起耐受，是促進細胞增殖還是誘發細胞凋亡，其內在機制仍需深入探討。

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國家自然科學基金資助項目(51573137)。

張超(E-mail： zhangchao2004.love@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.44.034

R34

A

1002-266X(2017)44-0104-03

2017-06-26)