外泌體在心肌疾病中的研究進展

趙云鑫 張 貝

濱州醫學院附屬醫院心血管內科，山東濱州 256603

心血管疾病目前仍然是世界上疾病負擔的重要原因，心血管疾病很常見，且生存率低，當前主要的治療方式仍然無法滿足心血管疾病患者的需求。在心血管疾病中，心肌疾病的種類繁多，病因復雜，臨床表現多樣，目前各種心肌疾病具體的發病機制仍未明確。研究發現，外泌體可由心臟和血管細胞分泌，能介導內皮細胞和平滑肌細胞，內皮細胞和外膜細胞、心肌細胞和內皮細胞，以及成纖維細胞和心肌細胞之間的通訊，影響心血管系統的發育、損傷、修復和再生[1]。作為一種新型生物標志物，外泌體通過實現細胞間的通信為各種心肌疾病的機制和診療提供了新的途徑。本文主要針對近年發現的不同細胞來源的外泌體在各種心肌疾病中的作用研究進展做一綜述。

1 外泌體概述

外泌體是直徑為30～150 nm的具有脂雙層膜的細胞外囊泡，幾乎可以從所有類型的細胞產生和釋放[2]。外泌體廣泛存在于各種體液中，通過攜帶微小RNA（microRNA，miRNA）等大量生物分子，將信息從供體細胞轉移到受體細胞，在維持周圍細胞的生理和病理條件起著關鍵作用。在疾病狀態下，外泌體可以反映發生改變的細胞和組織形態，通過在體液中檢測外泌體為疾病的診療提供了新的手段[3]。治療藥物如小分子或核酸藥物也可以摻入到外泌體中，運輸到特定的組織或細胞，完成靶向藥物的運送增加局部藥物的濃度，并最大限度地減少副作用，而且外泌體介導的藥物遞送具有低毒性，低免疫原性和高可工程性的特點，有望為各種疾病提高治療效果[4]。

2 外泌體在不同類型心肌疾病中的作用

2.1 擴張型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）

DCM是最常見的心肌病，主要表現為左心室或雙心室擴大且伴有不同程度的收縮功能障礙。干細胞來源的外泌體具有其母干細胞的心臟保護屬性，且外泌體具有低溫保存期間更穩定、無免疫原性、無致畸性及更好地保留潛力的特點[5]。SUN等[6]向DCM小鼠靜脈注射間充質干細胞來源的外泌體后，小鼠的心臟功能得到改善、心臟擴張減弱，而且心肌細胞凋亡和炎癥細胞浸潤顯著降低，進一步發現干細胞來源外泌體還可以抑制心肌組織的炎癥反應，改善DCM的炎癥微環境發揮保護作用。NI等[7]發現滋養層干細胞來源的外泌體可以通過let-7i/YAP通路減輕阿奇霉素誘導的DCM引起的心臟損傷。柳爽爽等[8]向DCM大鼠尾靜脈注射人臍帶間充質干細胞外泌體后能顯著降低心肌纖維化程度，改善大鼠心臟功能。因此通過干細胞外泌體可能為DCM帶來更有效的治療方式。

2.2 肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）

HCM在年輕人尤其是運動員的發病率和病死率中占相當大的比例，心肌細胞肥大和纖維化是困擾HCM心功能不全和心律失常的主要組織學異常，目前針對HCM的治療手段主要在于改善癥狀和預防并發癥，但對改變其病程幾乎無作用[9-10]。YF1是心肌球細胞來源的外泌體中的一段非編碼片段，HUANG等[10]研究發現YF1可以減少HCM相關的心肌細胞肥厚和纖維化信號通路，改善心臟功能，并且進一步通過RNA測序發現YF1在基因表達、調節免疫疾病和炎癥反應相關的通路方面具有實質性和廣泛的改變，推斷YF1可能是治療HCM的一個新的候選靶點。

2.3 缺血性心肌病

氧化應激在冠心病的發展中起著重要作用，在氧化應激期間，細胞釋放的外泌體可以通過介導信號傳導，改變受體細胞的防御機制，增強對氧化應激的抵抗力[11]。缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF1）是一種轉錄因子，介導對缺血的適應性反應。ONG等[12]將心臟祖細胞與攜帶HIF1的非病毒微圓質粒共同遞送到小鼠的缺血心肌中，發現HIF1可以使內皮細胞分泌富含miR-126和miR-210的外泌體，通過激活促生存激酶，增加血管生成和減少代謝需求來改善對缺血性應激的耐受性。DAWKINS等[13]建立缺血性心肌病豬模型，將心肌球細胞來源外泌體注射到心臟延遲傳導區域，其誘發室性心律失常的能力被顯著抑制，心肌球細胞來源外泌體可以減少心肌瘢痕，抑制緩慢傳導的電通路，通過抗纖維化的作用改善電路傳導，而且有抗炎、促進心肌細胞增殖作用，協同降低致心律失常的底物，也改善了左心室的結構和功能。研究證實了心肌球細胞來源外泌體在缺血性心肌病中的抗心律失常作用，為缺血性心肌病并發室性心律失常的預防提供了新策略。

3 外泌體與心肌炎

心肌炎可由感染、免疫系統激活或接觸藥物而發生，其中病毒感染是最常見的病因。ZHANG等[14]從暴發性心肌炎、非暴發性心肌炎和健康對照者中收集外周血樣本后分析循環外泌體miRNA譜，發現血清中外泌體miRNA可作為診斷暴發性心肌炎的潛在標志物。柯薩奇B3病毒（coxsackievirus B3，CVB3）是引發心肌炎最常見的病毒，可以引起病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）中的氧化應激反應及細胞凋亡過程。LI等[15]研究表明心臟祖細胞來源外泌體可以在CVB3感染的細胞中發揮抗凋亡作用，并且CVB3大鼠體內肌酸激酶同工酶和心肌肌鈣蛋白I的增加在外泌體注射后得到恢復，證明了心臟祖細胞來源外泌體對VMC的心臟保護作用。GU等[16]向VMC小鼠尾部靜脈注射間充質干細胞外泌體后，明顯減輕了VMC小鼠的心肌病理損傷、減少了炎癥浸潤和炎癥細胞因子的表達，改善了心臟功能，此外間充質干細胞外泌體還可以顯著抑制CVB3誘導的細胞凋亡。以上研究表明，不同細胞來源的外泌體與VMC的機制相關，可能為VMC的診療提供新方法。

4 外泌體與其他類型的心肌疾病

4.1 尿毒癥性心肌病（uremic cardiomyopathy，UCM）

UCM是慢性腎病患者的嚴重并發癥，UCM患者會出現病理性心臟重塑，包括肥大、纖維化和炎癥。細胞焦亡是伴隨炎癥反應的程序性細胞死亡的一種形式，于1992年首次在巨噬細胞中被發現，在心血管疾病的發病機制中起著關鍵作用[17]。WANG等[18]首次發現細胞焦亡與UCM的發病機制相關，巨噬細胞不僅通過分泌細胞因子、自身啟動炎癥信號影響心肌重塑和炎癥，還可以分泌富含有miR-155的外泌體，釋放到心肌細胞胞漿中，促進心肌細胞焦亡和UCM改變。在阻斷外泌體的分泌后抑制了小鼠的細胞焦亡，并改善了UCM，表明通過直接抑制miR-155或阻斷巨噬細胞來源的miR-155外泌體的分泌可能是針對UCM一種新的治療途徑。

4.2 糖尿病心肌病

血液中的高葡萄糖水平可導致內皮功能和微血管生成障礙，心肌血管生成障礙是糖尿病引起的缺血性心血管疾病的主要表現[19]。WANG等[20]發現糖尿病大鼠心肌細胞分泌富含miR-320的外泌體，抑制心肌內皮細胞增殖、遷移和導管形成，表明糖尿病心肌病中的血管生成障礙可能是含有miR-320的外泌體發揮抗血管生成作用所致。WANG等[21]另一項研究發現糖尿病心肌細胞分泌的外泌體中熱休克蛋白20（heat shock protein 20，HSP20）的含量低于正常外泌體，在誘導高表達HSP20的轉基因小鼠發生糖尿病后，HSP20的過度表達顯著減輕了糖尿病引起的心功能障礙、細胞凋亡、纖維化和微血管生成障礙。內皮細胞也可以通過釋放外泌體而影響心肌細胞功能。HU等[22]研究表明糖尿病中的微血管內皮細胞可以通過釋放外泌體，啟動放大心肌細胞損傷，使細胞凋亡加重，損害心臟功能。ZHANG等[23]發現在高葡萄糖狀態下，心臟微血管內皮細胞釋放的外泌體可以介導成纖維細胞的活化，展示了外泌體在控制心臟纖維化方面的潛在應用。以上研究表明，外泌體參與糖尿病心肌病的病理過程，可能是干預糖尿病心肌病進展的新手段。

4.3 膿毒性心肌病

膿毒性心肌病是膿毒癥嚴重的并發癥之一。熱休克蛋白A12B（heat shock protein A12B ，HSPA12B）主要在內皮細胞中表達，內皮細胞功能障礙可以造成膿毒癥誘導的器官功能障礙和凋亡。TU等[24]建立野生型和特異性HSPA12B缺陷膿毒癥小鼠模型，發現HSPA12B缺陷膿毒癥小鼠的死亡率更高、心功能障礙更嚴重，表明膿毒癥誘發的心肌病和死亡率與HSPA12B的內皮細胞缺乏有關，并進一步發現內皮細胞HSPA12B可以通過外泌體分泌釋放，調節巨噬細胞促炎性細胞因子的產生。在該團隊的另一項研究中，還證實外泌體中miR-126可以通過抑制心肌黏附分子表達和減少免疫細胞積聚對膿毒癥所致的嚴重心肌病起到保護作用[25]。PEI等[26]發現骨髓間充質干細胞來源的外泌體可以通過轉運miR-141恢復膿毒癥小鼠的心肌功能，減輕細胞凋亡和心肌損傷，可能為膿毒性心肌病提供新的診療思路。

總之，不同類型心肌疾病發生機制不同，外泌體可通過攜帶的生物分子影響不同生理病理狀態下細胞之間的通信功能參與心肌疾病的發生、發展。外泌體作為傳遞信息的介質參與了各種心肌疾病的炎癥、纖維化、內皮細胞障礙等發展過程，與各種心肌疾病進展心力衰竭的過程也息息相關。

5 展望

心肌疾病病因復雜，種類繁多，且當前發病機制仍未明確。隨著針對外泌體研究的進展，作為傳遞生物信息的載體，外泌體在各種心肌疾病中的作用越來越被發現，可能為心肌疾病的診斷及治療提供新的更有效的方式。然而，準確、有效和有選擇地識別、分離和量化外泌體仍然是一項挑戰。外泌體與各種心肌疾病的相關性研究具有廣泛的前景。