外泌體在多種衰老相關疾病中的作用研究進展

史 敏 趙 月 李 瑩 張明雨 綜述，丁欣強 審校

（1.西安培華學院 陜西 西安 710125；2.西安市兒童醫院皮膚科 陜西 西安 710003）

衰老是個體隨年齡增長發生的組織器官機能減退的過程。在此過程中，由于細胞復制能力衰減、線粒體損傷、癌基因激活、細胞信號傳導中斷等機制，使衰老已成為大多數疾病的主要危險因素，如皮膚老化、神經退行性疾病、心血管疾病、癌癥、糖尿病等。具有強大復制能力的多能干細胞在抗衰老研究領域成果顯著。在干細胞移植抗衰老治療中，相關研究提示其抗衰老作用可能為旁分泌效應，而外泌體（Exosomes，EXOs）是旁分泌效應的主要因子[1]。EXOs作為干細胞衍生物，它不但保留了干細胞的類似功能，而且相對于干細胞治療，EXOs體積小、免疫原性低、穩定性好，規避了細胞衰老及成瘤等風險，有望成為抗衰老研究的新方向，本文就EXOs在抗衰老方面的作用機制進行綜述。

1 外泌體的生物學特性

1983年，EXOs在綿羊網狀紅細胞中被發現，這是一種雙層膜囊泡顆粒，直徑為30～150 nm，之后其被定名為“Exosomes”，即外泌體。EXOs是細胞內溶酶體內陷形成的，囊泡內包裹有蛋白質、脂質、DNA、各種RNA等生物活性分子，這些活性分子隨EXOs以胞吐方式被釋放到細胞間隙，通過膜上特異性配體與靶細胞結合，從而進行細胞間精準信息傳遞和物質交換。因此，EXOs對維持微環境穩態具有重要作用。EXOs可從血液、尿液、眼淚、腹水、腦脊液等體液中被提取，提取方式有超速離心法、微流控芯片法、免疫親和法等，但最為常用的是密度梯度離心法。對提取的EXOs顆粒常采用透射電鏡、Nanoinsight和blotting等進行生物學鑒定。采用ELISA和蛋白質印跡法可鑒定EXOs膜表面的CD9、CD81、CD63蛋白及內部所含的熱休克蛋白90(HSP90)、腫瘤易感基因101(TSG101)和ALIX等復合體。最初，EXOs被認為是細胞的“廢棄物”，但隨后一系列研究表明，EXOs在各種生物學過程中發揮著重要作用，其參與血管生成和凋亡、組織再生、免疫修復、炎癥和細胞間信號傳導等過程，因而影響如腫瘤、神經退行性疾病、傷口瘢痕、糖尿病和感染等疾病的生理和病理過程[1]。

2 EXOs與衰老

衰老的機制十分復雜，涉及環境與遺傳因素，目前導致衰老的確切機制仍未完全闡明，但在細胞水平的研究表明，細胞衰老可能與線粒體功能異常、基因畸變、端?？s短、細胞信號傳導中斷、DNA和生物膜損傷等有關。細胞衰老是組織衰老的關鍵特征，主要表現為細胞周期阻滯。通常，衰老的細胞特征有脂褐素積聚，p53、p21、p27表達升高，層蛋白B1丟失，分泌含有大量轉化生長因子、細胞因子、趨化因子和蛋白酶的因子群，被稱為衰老相關分泌表型（Senescence-associated secretory phenotype,SASP）[2]。研究證實，SASP可破壞組織內穩態微環境、抑制組織再生、導致組織和器官功能障礙，從而誘導衰老，且該過程可能會促進腫瘤的發生發展[3]。越來越多的證據表明，衰老細胞分泌的外泌體類似于SASP因子，對于調節靶細胞表型具有重要作用[4]。

近年來，有關衰老細胞與EXOs相關性的研究持續增長。在衰老機制中，Wnt信號通路發揮著重要作用，其在生理和病理衰老過程中被激活[5]，而Wnt通路的關鍵分子被證明可通過EXOs直接釋放到細胞外并激活Wnt通路。該研究表明，EXOs在介導衰老信號胞間信息傳遞中發揮著重要作用。有證據顯示，衰老細胞EXOs的分泌增加可超過10倍[6]，其分泌增加可能與p53及其下游靶標TSAP6有關，而p53蛋白被證明是EXOs合成的轉錄調節因子，說明衰老細胞EXOs的形成能力與P53密切相關[7]。Du等[8]發現老年人和衰老模型小鼠的心血管中外泌體circ-Foxo3高表達，體外研究顯示過表達的circ-Foxo3可阻止抗衰老蛋白ID1、轉錄因子E2F1核轉移，從而誘導小鼠胚胎成纖維細胞衰老；相反，沉默circ-Foxo3可抑制小鼠胚胎成纖維細胞衰老。周琦琦等[9]研究發現，過表達NAMPT臍帶間充質干細胞EXOs能夠促進人皮膚成纖維細胞增殖和延緩衰老，并延長秀麗隱桿線蟲的壽命，提高其抗氧化能力。Liu等[10]研究顯示，臍帶間充質干細胞EXOs可改善HaCatT細胞老化。綜上所述，得益于EXOs以旁分泌方式在調控衰老信號胞間信息傳遞中的重要作用，其有望發揮延緩衰老及對抗衰老相關疾病的巨大潛力，因此本文將重點回顧EXOs在皮膚老化、心血管疾病、神經退行性疾病、腫瘤、糖尿病等多種衰老相關疾病中的作用，為EXOs抗衰老的研究提供思路。

3 EXOs與衰老相關疾病

3.1 EXOs與皮膚衰老：伴隨我國老齡化社會進展，抗衰老美容治療已成為醫學與美容界的研究熱點。皮膚衰老作為人體衰老的最直接表現，是遺傳因素和環境因素共同作用所致，而環境因素以紫外線輻射引起面部皮膚老化為其主要原因，因此又稱光老化。皮膚因紫外線照射導致基質金屬蛋白酶表達上調，真皮基質降解加速，膠原蛋白含量減少，皮膚質地干燥暗沉、色素沉著、缺乏彈性、皺紋產生。大量研究證明，EXOs能夠促進光老化皮膚恢復。Choi等[11]發現脂肪來源干細胞外泌體（Adiposederived stem cell derived exosomes,ADSCs-EXOs）可促進UVR損傷的成纖維細胞增殖和遷移，顯著抑制UVR誘導的MMP-1、2、3、9過表達，并提高Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ型膠原蛋白與彈性蛋白的表達。皮下注射臍帶間充質干細胞外泌體（Mesenchymal stem cells derived exosomes,MSCs-EXOs）可輕易穿透角質層到達真皮，優化膠原沉積，促進彈力蛋白生成，加快損傷皮膚愈合，這些證實了EXOs在抗皮膚光老化方面的積極作用[12]。神經酰胺因在維護皮膚角質層水合度及保護皮膚屏障中發揮著重要作用，現已成為抗衰、美白、保濕等方面的重要物質。皮下注射ADSCs-EXOs能夠促進神經酰胺合成，改善皮膚干燥、開裂現象[13]。這些研究充分表明，EXOs在防止皮膚老化方面具有應用前景。

3.2 EXOs與心血管疾?。喊殡S人口老齡化的加劇，心血管疾病已成為全球范圍內最常見的疾病，同時其也是導致老年人死亡的主要病因[14]。隨著年齡增長，血管的結構和功能呈現退行性改變，表現為動脈硬度增加、順應性降低，繼而成為冠心病、高血壓、心力衰竭等各種血管疾病發生的病理學基礎。越來越多的研究顯示，EXOs miRNA(EXOs miR)通過對內皮細胞功能修復、血管平滑肌細胞凋亡、血管細胞炎癥和鈣化等機制在血管老化和心血管老化相關疾病中發揮著重要作用[15]。Feng等[16]研究證實，在急性心肌梗死缺血狀態下，EXOs miR-22可通過靶向作用于甲基化CpG結合蛋白-2來抑制心肌細胞死亡；相反，EXOs miR-133可促進急性心肌梗死的進展。有研究發現，經缺氧處理的心肌細胞產生的HPC-EXOs能夠顯著縮小心肌梗死面積，并在梗死區域周圍生成血管[17]。Yaghoubi等[18]經靜脈將臍帶血干細胞EXOs注射到模型大鼠體內，于4周后發現大鼠心功能得到改善、炎性反應減弱、心肌纖維化減輕。以上研究表明，EXOs具有的的生物學功能可為心血管疾病的治療提供新的思路。

3.3 EXOs與神經退行性疾?。荷窠浲诵行约膊〕誓挲g依賴性進展，常表現為記憶力減退，運動、語言和認知行為障礙，呈進行性加重，直至患者死亡。阿爾茨海默癥、帕金森病、亨廷頓病是最常見的3種神經退行性疾病，此類疾病隨年齡增長患病率逐年增加，目前尚無有效的防治手段。Zhang等[19]研究報道，小鼠衰老時下丘腦神經干細胞（Hypothalamic neural stem cells,htNSC）大量損耗，生命周期縮短，認知能力障礙。經腦室給衰老小鼠注射下丘腦來源的EXOs，可觀察到小鼠腦組織衰老延緩，壽命延長，衰老各癥狀指標相應改善。進一步研究發現，EXOs miRNA通過調節htNSC發揮抗老化作用，但效應是在htNSC-EXOs進入腦脊髓液后產生的。牛玉虎[20]將人臍帶干細胞EXOs注射到AD模型小鼠，小鼠的認知能力出現顯著改善，抑郁和焦慮情緒明顯緩解，空間學習能力和記憶力也得到提升。該研究揭示，MSCs-EXOs對AD小鼠具有行為學保護作用，這種作用可能與其對海馬的神經再生有關。另外，在神經疾病中，人脂肪干細胞（Human adipose mesenchymal stem cells,hASC）來源的EXOs能夠促進HT22細胞增殖，使受損的神經元得以修復[21]。有研究認為，EXOs是神經退行性疾病腦內信息傳遞的重要媒介，當腦組織損傷后，小膠質細胞釋放EXOs miR-124-3p增加，不僅能抑制神經元炎癥，同時還可促進軸突生長[22]。因此，EXOs有望成為神經退行性疾病監測的標志物。

3.4 外泌體與腫瘤：衰老是腫瘤發生的重要危險因素。在細胞衰老過程中，機體免疫力下降、微環境炎性反應增加，促進了細胞的惡性轉化。腫瘤惡化中細胞間的信息傳遞非常重要，而EXOs在致癌過程中可能充當了關鍵的通信分子[4]。在老年癌癥患者中，肺癌發病率最高，EXOs通過旁分泌與受體細胞通過“miRNA海綿”發揮特殊功能。Zhang等[23]研究表明，臨床非小細胞肺癌患者血清EXOs circSATB2高表達，且與肺癌轉移密切相關；進一步研究發現，EXOs circSATB2轉移至腫瘤微環境后，通過吸附miR-326引起肌動蛋白結合蛋白表達增加，從而促進肺癌細胞增殖、遷移和侵襲。因此，circSATB2被認為是肺癌有前景的診斷標志物。消化系統腫瘤的發生率與年齡有依賴性關系，研究顯示[24]，EXOs miR-1246在食管癌細胞系中的表達高于食管癌細胞，在血液循環中也檢測到miR-1246；此外，結直腸癌患者EXOs miR-1246也呈高表達狀態，這說明EXOs miR-1246有望作為消化道惡性腫瘤的一個指標。另有研究顯示，脂肪組織來源的EXOs環狀RNA-DB（exo-circDB）通過抑制miR-34a和活化USP7/細胞周期蛋白A2信號通路，促進肝癌細胞生長，減輕肝癌細胞HepG2的DNA損傷[25]，其在促進肝癌細胞生長中發揮了重要作用。因此，抑制exo-circDB表達可能成為治療肝癌的新靶點。

3.5 外泌體與糖尿?。航陙恚珽XOs作為細胞間重要的通信工具，在代謝性疾病，如糖尿病、代謝綜合征、肥胖癥中不斷被探索。我國是全世界糖尿病發病率較高的國家，以2型糖尿病發病最多，發病人群多在50歲以上，且以胰島素抵抗為主要特征。相關文獻報道，脂肪組織EXOs不僅在調節糖尿病的發生發展中發揮著重要作用，并且在其并發癥如微血管病變和糖尿病腎病中具有潛在的診斷意義[26]。Thomou等[27]報道，脂肪組織的EXOs miRNA可調節胰島素抵抗，但與糖尿病并發癥的關系尚不明確。糖尿病視網膜病變是糖尿病患者的嚴重并發癥之一。Liu等[28]研究發現，EXOs環狀RNA可引起視網膜脈管系統的周細胞與內皮細胞異常，從而引起視網膜血管功能障礙。糖尿病足潰瘍也是糖尿病的嚴重并發癥之一，采集患者血清EXOs的芯片數據顯示，糖尿病足潰瘍患者中的has-circ-0000907顯著升高，現已作為糖尿病足疾病的早期診斷指標[29]。此外，脂肪干細胞EXOs mmu-circ-0000250可通過miR-128-3p修復高血糖損傷的內皮細胞，從而促進糖尿病傷口愈合[30]，因此EXOs可作為糖尿病足疾病治療研究的新方向。

4 小結

科技進步和醫療技術進展極大地提高了人類預期壽命，但隨之而來的人口老齡化和衰老相關疾病問題也日趨嚴峻。盡管衰老不可避免，但衰老具有很強的可塑性，通過研究衰老及衰老相關疾病發生發展過程中涉及的細胞和分子途徑，可為衰老相關疾病的診治提供借鑒。EXOs通過分泌至胞外并轉移至附近或遠處的細胞，影響靶細胞的衰老表型，從而延緩細胞衰老，有望成為治療衰老及衰老相關疾病的潛在藥物或功能分子。盡管如此，外泌體在衰老進程及衰老相關疾病中的具體機制尚不明確，有待深入研究與探討。