外泌體在糖尿病及其并發癥中的作用研究進展

唐雨婷， 喬佳琦， 許文榮， 錢暉

(鎮江市外泌體基礎與轉化應用高技術研究重點實驗室， 江蘇省檢驗醫學重點實驗室， 江蘇大學醫學院， 江蘇 鎮江 212013)

糖尿病是由于胰島素分泌缺陷或作用障礙所致的，以高血糖為特征的一類代謝性疾病，可由多種細胞和分子途徑異常引發(包括突變、絲氨酸磷酸化、基因異常表達等)[1]。我國2019年糖尿病患者達1.16億，預計到2045年將上升到 1.5億[2]。機體長期處于高血糖環境，可引發多種組織，特別是眼、腎、心臟、血管、神經的慢性損害以及功能障礙。隨著病程延長，其代謝紊亂可導致大血管、微血管的慢性進行性病變。探尋糖尿病及其并發癥新的診療方法具有重要的研究意義和轉化價值。近來研究表明，細胞釋放的細胞外囊泡，尤其是外泌體(exosomes)，廣泛參與分化發育、能量代謝、免疫調節等各種生物學過程[3-5]，在代謝性疾病的發生、發展、診療中具有重要作用，本文就外泌體在糖尿病及其并發癥中的作用研究做一綜述。

1 外泌體概述

外泌體是由多種類型細胞內吞泡膜發生內陷而形成的含有多個小體的多囊泡體，與細胞膜融合后釋放到細胞外基質中，直徑大小30～150 nm。幾乎所有類型細胞都可分泌外泌體，其廣泛存在于血液、尿液、腦脊液、腹腔積液等體液中，且不同體液中外泌體可反映不同系統疾病病變，如尿液外泌體可反映泌尿系統、腦脊液外泌體可反映神經系統狀況[6]。外泌體富含mRNAs、microRNAs、lncRNAs和蛋白質等，可以介導細胞增殖、細胞分化、細胞存活、免疫調節與組織再生[7]。外泌體還能夠通過血液循環到達機體的各個組織與器官，釋放內容物影響細胞的生理病理狀態，與多種疾病的發生發展密切相關[8]。

在糖尿病研究方面，外泌體有助于識別糖尿病的風險患者，并為臨床提供有關其發病機制的信息；可通過攜帶釋放胰島素原/胰島素等自身抗原觸發自身免疫，激活加速人和大鼠胰島β細胞的破壞凋亡以及調控胰島β細胞凋亡增加，引發胰島β細胞的減少，參與糖尿病進展過程；并通過炎性因子(如IL-6、TNF-α)、脂肪因子(如脂肪細胞蛋白2)介導肥胖相關的胰島素抵抗參與糖尿病疾病的發生等等[9-10]。總之，近年來外泌體在糖尿病及其并發癥診斷與治療方面的應用前景獲得了廣泛關注。

2 外泌體與糖尿病

2.1 外泌體在糖尿病診斷中的應用研究

血糖是診斷糖尿病的主要標準，雖檢測方法簡單且經濟有效，但無法提供患者發病機制或疾病進展的相關信息。在糖尿病發生發展過程中，循環外泌體形態及數量隨個體的生理或病理條件而變化，提示其作為新型標志物的可能[11]。

研究顯示，外泌體可作為載體將miRNAs或其他RNAs通過受體與配體結合方式轉運到鄰近細胞，并作為生物標志物指示其產生組織或器官的生理或病理改變。1型糖尿病患者中谷氨酸脫羧酶-65抗體、胰島素抗原-512和胰島素抗體為其主要自身抗體，由胰島β細胞分泌的含有自身抗體陽性miRNAs或蛋白質的外泌體可作為1型糖尿病診斷的潛在標志物[12-13]。此外，糖尿病患者體液中循環外泌體顯示出較高促凝活性[14]，與正常健康組比較，無論是微血管并發癥還是無并發癥，所有1型糖尿病患者血小板微粒水平均顯著升高，可作為診斷依據之一[14-15]。在糖尿病的發生發展過程中，外泌體含量或內容物會發生異常改變，為外泌體作為新型標志物提供了可能。

2.2 外泌體在糖尿病治療中的應用研究

外泌體可在細胞間傳遞生物活性分子，對靶細胞產生明顯的生物學效應，理論上為開發新的治療應用提供了應用基礎。外泌體作為治療載體有以下優點：患者自身血液中分離出的外泌體具備免疫相容性；外泌體因其自身機構特點，可穿過血腦屏障，有更高的組織相容性；外泌體具備與其來源細胞相似的功能，如骨髓間充質干細胞釋放的外泌體具有與其類似的免疫調節作用，可誘導組織再生[16]。

在高脂肪飲食和鏈脲佐菌素注射下誘導的2型糖尿病大鼠模型中，尾靜脈注射人臍帶間充質干細胞來源外泌體可以改善糖耐量，提高胰島素敏感性，表現為空腹血糖明顯下降和大鼠體重顯著降低[17]。研究顯示，鼠外泌體源miR-106b-5p和miR-222-3p可參與骨髓移植誘導的β細胞再生，且靜脈注射相應的miRNA模擬物可促進損傷后β細胞的增殖，改善胰島素缺乏性糖尿病患者的高血糖;骨髓移植可增加血清外泌體中miR-106b-5p和miR-222-3p的水平；miR-106b-5p和miR-222-3p抑制骨髓移植誘導的β細胞再生，外源性給藥miR-106b和miR-222促進創傷后β細胞再生，從而改善糖尿病大鼠的血糖水平[18]。

3 外泌體與糖尿病并發癥

3.1 外泌體在糖尿病并發癥診斷中的應用研究

糖尿病患者體內長期高血糖水平和微炎癥環境，使大血管、微血管受損，可危及心、腦、腎、眼、足等器官及周圍神經，引發糖尿病并發癥，如糖尿病腎病、糖尿病視網膜病變以及糖尿病心血管疾病等。在糖尿病并發癥中，隨著病情的發展，循環外泌體也出現了一系列變化：糖尿病腎病的尿外泌體WT1(Wilms tumor 1)miRNA明顯增加，可作為糖尿病腎病患者的診斷標志物，且體外實驗表明高糖處理的足細胞中WT1表達降低，即高糖刺激顯著影響足細胞的穩態平衡，導致WT1的細胞質易位，并釋放含有WT1蛋白和mRNA的外泌體[19]；外泌體攜帶的hsa_circ_0005015表達在糖尿病視網膜中顯著上調，即糖尿病視網膜病變患者的視網膜前纖維血管膜的circ_0005015表達明顯高于非糖尿病患者特發性視網膜前膜，且糖尿病視網膜病變患者血漿中的circ_0005015表達升高對比白內障患者和健康對照者具有一定特異性，有望成為糖尿病視網膜病變的潛在生物標志物[20]。

3.2 外泌體在糖尿病并發癥治療中的應用研究

3.2.1 外泌體在糖尿病視網膜病變治療中的應用 研究發現[21]，視網膜組織中外泌體攜帶miR-222的表達水平與血清葡萄糖濃度之間存在顯著的負相關，并與血清胰島素呈顯著正相關，miR-222在糖尿病對照組的視網膜組織中表達顯著降低。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病家兔模型中，靜脈、結膜下和眼內注入骨髓間充質干細胞外泌體，可以促進兔糖尿病視網膜變性的修復(其中靜脈注射效果最差)，即骨髓間充質干細胞衍生的外泌體通過其向視網膜細胞傳遞miR-222的作用，在視網膜組織修復中發揮重要作用[21]。

3.2.2 外泌體在糖尿病腎病治療中的應用 糖尿病長期高血糖浸潤和微炎癥環境可導致腎臟實質性損傷，骨髓間質干細胞來源外泌體治療后可顯著降低血糖、血清肌酐、尿素氮和尿蛋白排泄量水平，改善腎臟結構與功能[22]。此外，在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠模型中，尾靜脈注射人尿干細胞來源的外泌體，可通過抑制caspase-3蛋白酶的過表達，促進血管再生和細胞存活，減少足細胞凋亡，表明尿干細胞外泌體可能具有預防糖尿病腎臟損害的能力；人尿來源干細胞外泌體用于糖尿病大鼠，可顯著抑制尿白蛋白-肌酐比值，對腎臟起到一定的保護作用[23]。

Balb/c鼠經鏈脲佐菌素誘導糖尿病后，腎臟重量、血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平異常升高，反復尾靜脈注射鼠源臍帶間充質干細胞可顯著改善異常血糖、24 h尿微量白蛋白和尿肌酐水平，也可改善其腎小球肥大、基底膜增厚和纖維化[24]。

3.2.3 外泌體在糖尿病心血管并發癥中的應用 糖尿病大鼠心肌細胞中的心臟保護信號可以通過非糖尿病動物的胞體被激活[25]。分離非糖尿病大鼠和糖尿病大鼠心肌細胞，缺氧復氧后，非糖尿病大鼠的細胞死亡數少于糖尿病大鼠，表明非糖尿病大鼠心肌細胞中外泌體對細胞有一定保護作用；此外，研究還發現，糖尿病患者血液中分離出的外泌體不足以保護原代心肌細胞免受缺氧和復氧損傷，而非糖尿病患者血液中的外泌體可將細胞死亡率降低近20%。由此表明，從血漿或適當的細胞來源中獲得的外泌體，可能會成為一種糖尿病治療的新型心臟保護劑[26]。

4 外泌體在糖尿病及其并發癥診療中的應用前景

外泌體在體液中的穩定循環及其與反應病程具有一致性的特點，為外泌體作為糖尿病及其并發癥的生物標志物提供了基礎[16]。此外，與細胞療法相比，外泌體療法穩定性更高，儲存和管理更容易，移植安全隱患小；免疫排斥反應可能性低[27]，為開發新的治療應用提供了條件[28-29]。但外泌體作為診斷分子、治療劑或治療載體依舊存在問題，如外泌體缺乏組織特異性標志，以及目前尚無對外泌體分離與鑒定的標準化技術，外泌體在臨床實踐中的應用還有待進一步探索與驗證[16]。對外泌體的深入研究可以幫助我們深入了解代謝性疾病的發生機制，為糖尿病及其并發癥防治提供新的思路與方向。