外泌體在膿毒癥診療作用中的研究進展

韓 丹

（上海交通大學醫學院附屬松江醫院<籌>急診危重病科，上海 201600）

膿毒癥（Sepsis）是嚴重感染引起宿主反應失調導致的危及生命的器官功能障礙疾病。該病極易引發機體多器官功能障礙（multiple organ dysfunction），是重癥監護病房患者死亡的主要原因之一[1]。因此，盡早診斷并早期治療對阻礙膿毒癥進展至關重要。目前，膿毒癥的診斷方式主要依賴于臨床表現和血液化驗檢查，缺乏特異性生物標志物，導致膿毒癥早期階段識別極其困難。外泌體（Exosomes）是細胞釋放出來的大小50～150 nm 的囊泡，包含蛋白質、mRNAs 和lncRNA 等多種信號分子，被分泌出來后作用到受體細胞調節相關目的基因表達，進而發揮相應的生物學效應[2]。近些年，大量研究揭示了外泌體在膿毒癥診療中的關鍵作用，尤其是作為生物標志物和信息分子介質的用途已經被逐步的認知。本文就外泌體在膿毒癥診治中的作用及前景進行綜述，旨在為該病的診療提供參考。

1 外泌體的生物學特點

最初，研究人員發現哺乳動物釋放一種微小囊泡，該囊泡表面由一層質膜覆蓋,隨著研究不斷深入，最后將其命名為外泌體[3]。細胞的界膜向內凹陷形成管腔狀囊泡，形成多囊泡體，部分多囊泡體分泌到循環中與胞膜融合，在轉運必需內吞體分選復合物（ESCRT）作用下，以向內出芽方式形成小囊泡釋放到細胞外環境中[4]。間充質基質細胞（MSCs）、誘導多能干細胞（iPSCs）、血小板、脂肪干細胞、巨核細胞、T 細胞、神經元和少突膠質細胞等多種類型的細胞均可分泌外泌體[5]。主要存在于血液、尿液、精液、唾液、羊水和母乳等多種生物體液中，是一種結構高度復雜的細胞外囊泡，在多種病理生理過程中發揮作用。外泌體富含CD63、CD9 和CD81 等體細胞特殊表面標記蛋白[6]。近些年，越來越多的研究熱點聚焦于外泌體內在組分的生物效應，揭示外泌體潛在的疾病診療作用的機制[7]。

2 血漿中外泌體的特點

正常情況下，機體釋放外泌體進入血漿，可以起到維持生理穩態關鍵作用。外泌體在人體內水平較低，血漿中外泌體的濃度取決于肝和脾中形成與消除之間的動態平衡水平。在機體損傷應激情況下，血小板、內皮細胞、上皮細胞以及白細胞分泌的外泌體在血漿中的濃度明顯增加[8]。外泌體在膿毒癥發生情況下發揮了明顯的促炎作用[9]。在生理或病理條件下，人體血漿中大多數參與循環的外泌體都是來源于血小板，血小板源性外泌體可以通過刺激白細胞、內皮細胞，甚至刺激血小板本身作為炎癥反應的催化劑，促進相應細胞進一步分泌外泌體[10]。其中內皮細胞來源的外泌體和白細胞來源的外泌體在炎癥反應過程中發揮關鍵作用。來自炎癥細胞的外泌體可促進受體細胞中炎癥因子的合成、細胞粘附分子的表達、溶血磷脂酸和花生四烯酸等脂質介質的產生[11]。因此，在此正反饋回路中，炎癥細胞因子可以反過來繼續刺激靶細胞分泌外泌體，促進炎癥反應進一步發展。

3 外泌體在膿毒癥中的作用機制

3.1 外泌體在膿毒癥伴發多器官功能障礙的作用多器官功能障礙是膿毒癥期間患者死亡的主要病因。在膿毒癥發病期間，血漿中外泌體的水平顯著升高，并且有可能通過體循環播散到遠處的器官。有研究提取了膿毒癥實驗動物外泌體刺激實驗大鼠，結果發現其氧化應激明顯增加，并在多個器官中不同程度地表達，提示血漿循環中的外泌體在遠處傳播及其在膿毒癥伴發多器官功能障礙的發病機制中發揮作用[12]。另一項研究發現[13]，從膿毒癥患者血漿中提取的外泌體可通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶依賴途徑，促進體外氧化應激反應及內皮細胞凋亡，表明外泌體在膿毒癥的發展和傳播中都起著關鍵作用。

3.2 外泌體在膿毒癥累及主要臟器損傷的作用 肺是最易受炎癥影響的器官之一。目前，研究者已經利用不同類別外泌體檢測及治療膿毒癥對肺損傷的影響。研究發現[14]，來源于內皮祖細胞的外泌體可抑制內皮功能障礙，并且可改善膿毒癥中的肺損傷及急性呼吸窘迫綜合征，該研究發現內皮祖細胞源性外泌體中miR-126 在脂多糖誘導的敗血癥小鼠模型中可改善微血管性肺損傷的癥狀。急性腎損傷（AKI）是膿毒癥患者的常見并發癥，并且與發病率和死亡率增加密切有關。研究發現[15]，急性腎損傷患者的外泌體攜帶表達的GPRC5B 可促進細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）激活及促進腎小管生成，提示外泌體可能是膿毒癥誘導急性腎損傷的潛在靶點之一。研究發現[16]，膿毒性休克患者的外泌體對小鼠的心臟有明顯的促炎癥反應作用，隨著iNOs、COX-2 和NF-κB 表達的增加，活性氧水平增加，同時在肝臟中也發現了氧化應激反應的增加。Wang G等[17]應用脂多糖處理巨噬細胞后，其分泌的外泌體被肝臟吸收，檢測結果發現NLRP3 炎性體和caspase-1 的表達上調、巨噬細胞和中性粒細胞浸潤增加，以及血清中AST、ALT 和LDH 水平明顯升高。免疫細胞所分泌的外泌體可刺激靶細胞的細胞因子釋放、單核細胞趨化和組織因子誘導，還可調節內皮細胞中NO 和前列環素的產生，最終均可導致多器官功能衰竭和膿毒性休克的發生發展[18]。

3.3 外泌體內miRNA 在膿毒癥發病機制中的作用隨著研究不斷深入，越來越多的研究發現外泌體內miRNA 在膿毒癥發病機制中起重要調節作用[19]。Hashemian SM 等[20]提取膿毒癥小鼠模型內皮祖細胞分泌的外泌體，檢測到miR-125b 表達下調；此外，收集膿毒癥患者血漿，提取內皮祖細胞分泌的外泌體，檢測到其miR-15a、miR-34a 和miR-27a 的表達均有明顯下調。Song Y 等[21]研究發現，間充質干細胞外泌體內的miR-146a 可介導M2 巨噬細胞極化，從而使膿毒癥的炎癥反應減輕，最終提高小鼠的存活率。Real JM 等[22]研究發現，可能是由于血漿來源外泌體中miRNA 介導了炎癥反應和氧化應激，最終導致膿毒性休克患者伴隨血管凋亡和心肌功能障礙等并發癥。另一項研究利用脂多糖刺激小鼠后，獲取小鼠血清源性外泌體，用外泌體干預另外的小鼠，結果發現在中樞神經系統中炎癥相關miRNA 的表達上調[23]。Wu X 等[24]研究發現，內皮組細胞外泌體可能是通過miR-126 介導關鍵信號通路，緩解或治療急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征。以上研究結果均證明外泌體miRNA 在膿毒癥中起關鍵作用，并且主要參與膿毒癥發病機制的調節。

4 外泌體在膿毒癥中的診斷潛能

不同疾病人群體內循環中的外泌體種類及組分是完全不同的。體內外泌體的循環水平與疾病危重程度相關。因此，檢測外泌體特異性生物標志物（特殊miRNA 和特殊蛋白質種類及表達水平）可作為膿毒癥診斷標志物，最終用于早期診斷膿毒癥。目前，大量臨床實驗研究發現多種外泌體特異表面標記物可用于膿毒癥早期診斷。有研究對比了膿毒癥伴急性腎損傷患者和正常人尿液外泌體，結果發現膿毒癥伴急性腎損傷患者尿液外泌體中的激活轉錄因子3（ATF3）水平明顯較高，且ATF3 的表達上調與急性腎損傷的加重成正相關[25]。Zhang GS 等[26]的研究結果發現，可以根據ICU 患者循環血中外泌體的miR-34a 表達的上調與miR-15a 及miR-27a的表達下調來判斷并鑒別是否合并膿毒性休克。Reithmai M 等[27]提取膿毒癥患者、膿毒癥休克患者及健康人群血清中的外泌體，對其miRNA 成分進行分析，結果發現miR-21-5p 及miR-193a-5p 在不同人群中的表達水平比較具有明顯的統計學差異，建議將miR-21-5p 及miR-193a-5p 兩項指標作為診斷膿毒癥的特異標志物。另有研究建議將外泌體中CD105、CD31 及細胞因子信號轉導抑制因子-1 作為診斷膿毒癥的特異性生物標志物[28]。以上大量研究結果均證明外泌體特異表面標記物具備早期診斷膿毒癥的潛能。

5 外泌體在膿毒癥中的治療潛能

利用外泌體本身特性結合細胞類型或組織特異性的特點，可以通過特定靶向性制定有效的全身炎癥治療的方案。將藥物包裹或負載于外泌體內制備一種新的靶向藥物遞送系統，為臨床治療膿毒癥及伴隨癥提供新的研究方向。一些學者建議將間充質干細胞外泌體作為治療肺損傷的靶向藥物載體[29]。Jia P 等[30]通過基因工程手段上調外泌體中miR-21的表達，結果顯示可以明顯減輕膿毒癥條件下的細胞凋亡，并降低促炎因子的產生，為臨床治療膿毒癥提供新的思路。Qiao L 等[31]采用高表達miR-21-5p的外泌體治療心肌梗死小鼠模型，結果發現miR-21-5p 可抑制小鼠心肌細胞凋亡，并可促進心臟血管的新生進而改善心臟功能。以上大量研究結果均可證實多種外泌體（尤其其內在信息分子）具備高效的治療膿毒癥潛能。

6 總結與展望

外泌體在膿毒癥及多器官功能障礙的發生發展中發揮重要調節作用。由于其內部包含多種生物活性分子，使其成為早期診斷膿毒癥的最佳選擇，且作為關鍵載體在膿毒癥的診療方面也具有重要應用前景。目前，針對外泌體或其內部miRNA 診斷及治療膿毒癥及其并發癥的相關研究已取得廣泛的成果。由于外泌體攜帶無數的信號分子、促炎因子和激活細胞信號通路關鍵因子，因此其在膿毒癥中發揮多效作用。未來可作為膿毒癥特異性生物標志物以及作為治療藥物的靶向載體，發揮作用，其內部具體信號分子在膿毒癥病理生理學的作用及影響可能將是未來研究的熱點方向。