外泌體在膿毒性心肌病中的作用機制研究進展

葛建輝

膿毒癥是患者收治在ICU的主要原因之一，并且與患者的高發病率和死亡率密切相關[1]。當患者發生感染后，細菌毒素的超抗原與主要組織相容性復合體（MHC）和T細胞受體（TCR）以及模式識別受體（PRR）相結合，如 Toll樣受體（TLR）活化[2]。這些過程將觸發免疫系統的各種細胞如巨噬細胞，樹突狀細胞和T細胞的激活，從而釋放大量細胞因子誘發炎癥過程，并且會抑制或激活細胞系統中的各種途徑，如TNF-α和IL-1激活核轉錄因子κB（NF-κB）[3]。除了誘導活性氧（ROS）外，這些細胞因子還會誘導產生IL-6和IL-8等促炎性細胞因子，高濃度的炎性細胞因子和ROS會導致血管內皮損傷，進而導致結構和分子功能障礙，也會導致心肌功能障礙[4]。研究顯示約50%的膿毒癥和膿毒性休克患者會出現不同程度的心肌功能障礙，而一旦出現心肌功能障礙，其病死率高達70%～90%[5]。有關膿毒性心肌病發病機制尚未明確，目前的研究認為引起膿毒癥心肌收縮功能障礙的發病機制主要包括：線粒體功能障礙、肌原纖維對Ca2+的反應降低、β-腎上腺素能受體的下調，此外還包括心肌細胞中存在Toll樣受體，誘導NF-κB的局部激活，參與細胞因子表達調節的microRNA表達以及外泌體形成等機制[6]。而最新的研究顯示在血栓性疾病和嚴重創傷如感染性休克引起的膿毒性心肌病中，這些外泌體的濃度顯著升高，這些外泌體大部分含有促凝血和促炎蛋白[7]。因此，本研究擬對外泌體在膿毒癥心肌病中作用機制的研究進展進行綜述。

1 還原型輔酶Ⅱ（NADPH）機制

迄今已知內皮細胞凋亡的主要機制是由TNF激活導致caspase-3級聯激活，隨后被產生的超氧化物調控，表明ROS可能參與到血管細胞的調節中[8-9]。一些研究表明，血小板具有產生ROS的先天能力，主要是超氧化物，以調節其功能[8]。Janiszewski等[9]用流式細胞術對比分析了膿毒癥患者及健康人的細胞膜微粒，發現膿毒癥患者血漿中的外泌體比健康患者增加了60%，研究表明CD42b和CD61表面的外泌體相似并且表現為血小板源性。這些外泌體還具有與吞噬細胞相似的NADPH氧化酶p22phox和gp91phox亞基，可以通過NADPH氧化酶產生ROS，表明血小板中的ROS可能是通過磷脂酶A2以外的途徑產生，并且在心肌病功能障礙的發病機制中具有重要作用[9]。

Azevedo等[10]比較了55例膿毒癥休克患者和12例健康患者的外泌體樣品，發現膿毒癥患者的外泌體可以顯著降低離體兔心臟的左心室壓力或在乳頭肌中產生張力。此外，研究還發現血小板源性外泌體還分別含有與膿毒癥心肌功能障礙密切相關的構成型（NOS3和NOS2）和誘導型（NOS2）一氧化氮合酶[11-12]。Ferdinandy等[11]研究也證實給予TNF-α或IL-1-β等細胞因子會增加NOS2和NADH氧化酶的心肌活性導致離體心臟的機械功能受損。Gambim等[12]研究表明膿毒癥患者的外泌體中含有較高的NOS，可以增加心肌NO的生成，有助于降低離體兔心臟和乳頭肌功能障礙。因此他們認為NO是膿毒癥外泌體導致心肌功能障礙的重要通道。總之，這些研究均表明NO可以調節各種組織的細胞凋亡。

2 miRNA-223依賴機制

MicroRNA（miRNAs）是 RNA 的非編碼片段，通過與許多mRNA的非翻譯區（UTR）相互作用，來調節特定的蛋白質轉錄。因此單個miRNA可以調節數百種蛋白質的表達[13]。研究表明，miRNAs失調與多種疾病密切相關，如癌癥、糖尿病、肥胖癥、病毒感染和心血管疾病等[14]。一些研究已經將器官衰竭和死亡率與膿毒性休克患者的miRNA降低水平相關聯。有學者研究了214例膿毒癥患者發現在死亡患者中有 6 種 miRNA 下調：miR-223、miR-15a、miR-16、miR-122、miR-193 和 miR-483-5p[15]。因此，學者們認為細胞外miRNAs可以作為膿毒癥預后的重要生物標志物。

目前在感染性心肌病中，研究最多的microRNA是miR-223，miR-223是一種單核細胞特異性miRNA，其啟動子至少包含單核細胞特異性轉錄因子PU.1以及C/EBP功能性結合位點[16]。與結腸癌、乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌均密切相關[17]，Taibi等[18]最先提出了miR-223與心臟疾病的相關性，并證實了其在多種途徑中的調節作用。Tabet等[19]研究證實了miR-223與感染性心肌病的相關性，他們發現細胞外miR-223通過高密度脂蛋白（HDL）進行轉運，并且HDL轉運的miR-223可以抑制內皮細胞黏附分子1（ICAM-1）的表達，顯示了一種細胞外miRNA對不表達該miRNA的細胞發揮調控作用的方式，同時筆者也認為這種轉運可能由外泌體完成。而ICAM-1是一種與免疫細胞遷移相關的粘附蛋白，可以增強冠狀動脈內皮細胞中的炎癥過程，此外他們還發現miR-223可以從巨噬細胞中轉移以拮抗炎癥，尤其在膿毒癥患者中[19]。

盡管循環細胞外miR-223被證實在心臟疾病中發揮作用，而Wang等[20]首次證實了miR-223與膿毒癥心臟功能障礙中的相關性，研究比較了野生型、miR-223及其雙鏈miR-223敲除的膿毒癥小鼠模型。結果顯示，miR-223敲除模型小鼠的心臟功能紊亂加劇，致死率增加。此外，他們還評估了膿毒癥小鼠心臟中炎性細胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的產生，結果顯示心肌細胞中TNF-α和IL-1β的產生增加，這表明miR-223的缺失加劇了內皮細胞和心肌細胞的炎性反應。筆者還注意到miR-223/-223負調節STAT3，這是一種與各種自身免疫性疾病有關的轉錄因子，并且發現Sema3A在小鼠心臟中的過表達與膿毒癥誘發的炎癥反應和心功能不全有關[20]。在Wang[21]的后續研究中發現心功能不全中起主要作用的miR-223是外源性的，他們發現含有miR-223的間充質干細胞（MSC）來源的外泌體在多種微生物敗血癥中引起了心臟保護。盡管在心臟組織中未發現MSC，但他們表明給予miR-223-KO MSCs并不能改善動物存活和心臟功能，這意味著含有miR-223的MSC衍生的外泌體可能在膿毒性心肌病中發揮作用。

綜上所述，外泌體在膿毒性心肌病中的作用可以分為兩種主要機制：NADPH和microRNA-223。其中血小板衍生的外泌體在膿毒癥患者的血液中濃度增加，導致內皮細胞損傷速率增加，并進一步擴散到其余心肌細胞。此外，MSC衍生的外泌體含有miR-223，其是與心臟保護相關的miRNA，在感染性休克患者的血液中發現的量較少，但對膿毒癥患者的心臟功能障礙和病死率的影響更大。