外泌體在消化系統疾病中的作用機制及中藥干預研究進展

楊 藝,王 偉,寇然冰,王佑輝,路士華

(山東中醫藥大學附屬醫院,山東 濟南 250014)

“脾胃為后天之本”,五臟六腑、四肢百骸皆賴脾胃運化水谷以充養,為人體正氣之大源。若因飲食所傷、情志不遂、藥物損傷、勞逸失度及素稟脾胃虛弱,可致脾胃納運失司,升降失調,導致脾胃病變。根據“異病同治、異病同治”理念,消化系統疾病雖有不同的臨床表現,但其發病機制卻有一定相似之處,在治療中需進行辨證施治。中藥以其簡、便、廉、驗的獨特功效在脾胃病的治療中發揮著重要作用。

相關研究發現,外泌體是一種特殊類型的囊泡,能夠通過自身攜帶的諸多蛋白質及大量的核酸,實現細胞間的信息傳遞,進而介導疾病的發生發展,影響機體的生理病理過程[1]。

因此,深入研究外泌體在消化系統疾病中的發病機制,尤其是中藥通過干預其介導發揮治療作用,有重要的臨床意義。鑒于目前該方向研究較少,且缺乏全面系統的總結,本文將展開系統綜述,以期為中醫藥治療消化系統疾病提供新的思路與方法。

1 外泌體的特點與功能

作為細胞分泌的微泡的一種,外泌體是一種具有獨特的杯狀結構,能夠攜帶蛋白質、核酸等具有多種生理活性成分的雙層囊泡,其直徑多在30～100 nm之間。隨著技術的發展,人們對外泌體的認識逐漸深入,大量研究證實,外泌體是細胞通訊過程中不可或缺的重要媒介。外泌體絕大部分情況下利用下列3種方式發揮其獨特的生物通訊功能:①通過自身的膜蛋白巧妙地與靶細胞上對應的膜蛋白受體相結合,從而更快、更準確地激活靶細胞的信號傳導通路。②外泌體膜蛋白能夠精確地被特定的蛋白酶分割,分割后的部分能夠與細胞膜上相對應的受體結合,以此達到激活信號通路的目的。③外泌體自身攜帶大量蛋白質及miRNA等物質,當與靶細胞膜徑直結合時,可將自身攜帶的物質大量釋放[2]。

2 外泌體介導的消化系統疾病

2.1 食管疾病 主要包括食管惡性腫瘤、反流性食管炎等。Risa在建立大鼠反流性食管炎模型后,將大鼠分為急性期、亞急性期、慢性期三組,并采用微陣列分析的方法監測四種不同miRNA在不同階段的動態變化。結果顯示,慢性期階段miR-29a-3p的表達水平較另外三種miRNAs(128-3p、223-3p和3473)明顯增高,并且具有顯著特異性[3]。Lin 等[4]研究證明外泌體Wnt-5a可以通過干預作為細胞凋亡的重要信號通路Wnt/β-catenin的信號傳導及其相關的上皮間充質轉變階段及進程,阻礙癌細胞轉移和分化,從而在食管癌的侵襲和轉移過程中發揮作用。Shi等[5]通過高通量測序分析的方法證實外泌體miRNA193能夠通過減少細胞毒藥物如順鉑對癌細胞的抑制來促進食管腫瘤細胞對順鉑耐藥性的生成。

2.2 胃部疾病 主要包括慢性胃炎、胃潰瘍、胃癌(Gastric carcinoma,GC)等。Fu等[6]指出GC細胞迅速分化和生長能夠經由GC外泌體將通路PI3K/Akt和MAPK/ERK喚起的方式出現。并且,外泌體還能通過激活NF-κB通路刺激炎癥反應的發生,進而促進GC細胞的繁殖和轉移。Kahroba等[7]研究發現在人體正常細胞中,可以分泌一種具有抗腫瘤作用的外泌體即富含miR-101的外泌體。GC早期,細胞中的miRNAs水平由于腫瘤細胞的破壞而降低,同時miR-101無法從細胞微環境中獲得足夠的補充,導致其在一定程度上能夠刺激GC迅速生長。Liu等[8]通過30例慢性萎縮性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)患者血清外泌體中提取部分RNA,并利用下一代測序的方法探究兩者miRNA表達譜的不同。最終發現,兩組患者之間hsa-miR-122-5p的表達具有顯著區別,由此得出hsa-miR-122-5p可能是CAG的一個檢測標志物。

2.3 腸道疾病 主要包括炎癥性腸病(IBD)、輪狀病毒性腸炎(RVE)、腸易激綜合征及結腸癌等。Zhang等[9]指出,通過對唾液中提取IBD患者外泌體RNA進行研究,得出結論,外泌體可激活巨噬細胞,從而通過干擾免疫反應、破壞腸道黏膜屏障功能、促使菌群失調等途徑誘導IBD的發生。腫瘤疾病發生的一個重要原因是外泌體RNA miR-128-3p出現異常表達。Liu等[10]通過將對抗腫瘤藥物奧沙利鉑發生耐藥的結腸腫瘤細胞用miR-128-3p進行轉染,同時轉染正常腸道黏膜細胞,結果發現miR-128-3p能夠在一定程度上阻抑細胞上皮間充質轉變過程,并增加腫瘤細胞對奧沙利鉑的耐藥率。納璐等[11]在實驗中將MA104細胞中的miR-125b-1-3p的含量分別采取上調和下調的措施進行處理,處理后分別感染RV,結果發現細胞被RV感染后,miR-125b-1-3p的表達水平發生顯著升高的變化,將其上調后,PI3K/Akt通路活性出現顯著下降,由此確定miR-125b-1-3p能夠在干預PI3K/Akt通路的情況下抑制RV的復制。杜靜[12]分別通過體外實驗和體內實驗兩種方式發現vsRNA1755能夠通過抑制RV 的VP3基因表達,感染RV的復制,從而降低RV在腸道中的繁殖速度。

2.4 肝膽胰疾病 主要包括病毒性肝炎、酒精性肝病、急性胰腺炎、肝癌、膽囊癌等。研究發現,外泌體不僅能夠直接參與乙肝病毒的復制,而且能夠在免疫應答的調節中發揮不可忽視的作用[13]。Yang等[14]在實驗中通過對HBV編碼的miRNA(HBV-miR-3)的表達水平進行追蹤,發現了HBV-miR-3能夠通過對HBV轉錄物進行調控從而干預乙肝病毒的復制。Babuta等[15]發現酒精能夠使miR-155數量顯著上升,并且能夠靶向調節雷帕霉素(mTOR)及肝臟中的溶酶體相關膜蛋白等物質,從而抑制溶酶體的自噬量,由此得到“miR-155在酒精性肝病中是調節自噬的重要介質”這一結論。Liu等[16]通過實驗研究證實miR-92a-2-5p能夠阻礙雄激素受體(AR)的表達,干擾PHLPP/p-Akt/β-catenin酶促反應傳導通路,從而加速肝癌細胞的生長繁殖。Zheng等[17]在實驗研究中發現在膽囊癌細胞中,miR-182的呈現程度較正常人明顯增高,同時miR-182能夠增強富含半胱氨酸的蛋白(RECK)的基因表達,進而促進膽囊癌細胞的生長和轉移。Jimenez等[18]利用牛磺膽酸誘導大鼠急性胰腺炎模型進行實驗,結果發現在急性胰腺炎過程中出現了兩種不同的外泌體群,分別是促炎活性較高的miR-155以及低水平表達的miR-21和miR-122。

3 中藥干預外泌體治療消化系統疾病

脾胃為氣機升降之樞紐,脾主升,胃主降,脾宜升宜健,胃宜降宜和,升降相因,氣機調暢;升降失和,氣機凝滯,則胃脘疼痛、吞酸吐雜等諸癥叢生。由于脾胃病病因病機有相似之處,根據異病同治理論,其治療亦有異曲同工之妙。中藥因具有多途徑、多靶點、雙向調節等特點在消化系統疾病的治療中備受關注。近年來,越來越多的研究發現,中藥單體及復方可通過干預外泌體途徑,發揮治療消化系統疾病的療效。

3.1 中藥單體

3.1.1 醌類:紫草是涼血活血藥的一種,有涼血活血、解毒透疹之功。作為從中提取的最重要的生物活性成分,紫草素是一種萘醌類化合物,對病毒等微生物及腫瘤、炎癥等疾病均有較好的遏制作用。研究證實紫草素能夠通過介導外泌體發揮治療消化系統疾病的作用。紫草素能夠通過氧化應激反應刺激活性氧(ROS)的產生,提高ROS水平,進而使外泌體miR-128的釋放水平顯著降低,在此條件下,抗腫瘤的免疫反應得到了激活,由此發揮其抗癌活性[19]。王延蛟[20]通過對藥物誘導的肝惡性腫瘤大鼠模型進行實驗研究,結果發現miR-133b的表達水平顯著升高,用不同濃度的紫草素處理后,STAT3及Cyclin D1的表達水平顯著降低,由此發現miR-133b與肝癌的發生發展密切相關,且紫草素能夠在很大程度上促進肝癌細胞的凋亡。作為活血化瘀藥的一種,丹參能夠逐心腹之邪、治血病凝結之癥,同時可發揮破癥除瘕之療效。其主要生物活性成分丹酚酸A(SAA)是一種菲醌類化合物,具有重要的抗癌作用[21]。葡萄糖調節蛋白78在癌細胞的生長增殖中發揮不可或缺的作用,癌細胞能夠在很大程度上將其分泌到細胞間質及其中的體液成分中,并在外泌體的幫助下,使癌細胞不斷生長繁殖,促進腫瘤發展。而SAA能夠巧妙地與GRP78發生交叉作用,抑制其分泌與釋放,從而發揮抗腫瘤作用[22]。

3.1.2 萜類:作為補氣藥的一種,黃芪具有大補元氣、復脈固脫、托毒排膿之效。其最主要的生物活性成分黃芪甲苷Ⅳ具有抗病毒、提高免疫力等作用。Xiong等[23]以新生兒臍帶血分離出的核細胞為研究對象,對其用黃芪甲苷Ⅳ溶液進行培養,發現黃芪甲苷Ⅳ組人內皮祖細胞外泌體中miRNA-126-3p的表達水平明顯升高,由此發現黃芪甲苷Ⅳ可以顯著提升人內皮祖細胞分泌含miRNA-126外泌體的功能。隱丹參酮是丹參提取物中的重要組成部分,早有研究指出,隱丹參酮具有抗菌、抗炎的作用。Chang等[24]利用隱丹參酮對經過E型前列腺素2(EP2)處理的HA22T細胞為研究對象,得到隱丹參酮能夠抑制肝癌細胞中外泌體的表達,從而發揮抗肝癌細胞作用的結論,為其成為新型抗肝癌藥物提供了有力依據。斑蝥具有破血逐瘀、散結消瘀的作用,其主要提取物去甲斑蝥素具有抗癌作用,常被用于腫瘤性疾病的治療。Liang等[25]以去甲斑蝥素(NCTD)為研究對象,以骨髓間充質干細胞來源的外泌體(BMSC-Exos)為觀察指標,發現BMSC-Exos-NCTD具有較好的修復受損肝細胞及相關組織的作用,從而認為去甲斑蝥素可作為抗肝癌的重要靶點藥物。作為中藥桔梗的主要提取物之一,桔梗皂苷D(PD)具有解痙止痛、抗炎、抗癌作用。研究表明,PD能夠增強miR-34a的表達水平并且在一定程度上抑制survivin的表達進而發揮其抗胃癌細胞的作用[26]。

3.1.3 生物堿類:作為清熱解毒藥的一種,龍葵具有散瘀消腫、清熱解毒之效。其主要活性成分龍葵堿具有抗腫瘤的作用,被廣泛應用于卵巢癌、子宮內膜癌等腫瘤性疾病中。最新研究發現,龍葵堿能夠通過外泌體途徑抑制肝癌的發展。Lin等[27]指出,龍葵堿能夠對以miRNA132(hsa-miR-132)為作用靶點使其迅速凋亡的乙酰膽堿起到干預作用,從而發揮其抗肝癌細胞生長、增殖和轉移的作用。青風藤具有祛風通絡利尿的作用,作為其主要有效提取物,青藤堿在炎癥、癌癥及免疫系統等疾病治療上能夠發揮積極作用。有研究發現,青藤堿能夠通過外泌體途徑干預肝癌的發生和進展。在研究青藤堿的抗癌機制時,通過大鼠肝細胞癌(HCC)釋放外泌體的水平進行監測,發現外泌體能夠阻止HepG2細胞的轉移,從而起到促進肝癌細胞凋亡、預防其轉移的功效[28]。

3.1.4 苷類:紅景天能夠祛邪惡氣、理氣養血、潤肺補腎,其主要生物活性成分紅景天苷(Sal)具有不可忽視的抗腫瘤、干擾細胞代謝、增強免疫力的作用。研究發現,Sal能夠使外泌體鞘氨醇激酶1(SphK1)呈現低表達狀態,降低了肝癌細胞的轉移率,達到抗肝癌的作用,并且能夠抑制肝細胞凋亡、減輕肝細胞的損傷程度,起到保肝的重要作用[29]。

3.1.5 黃酮類:黃芩是清熱燥濕藥的重要組成之一,能夠有效發揮逐水、下血閉、除熱、燥濕之功效。其主要有效提取物黃芩苷可以抑制細菌等微生物的繁殖,同時對泌尿系感染、腫瘤等疾病的治療有著重要作用[30]。Tao等[31]通過對黃芩苷處理過的人結腸癌細胞進行監測,發現大量腫瘤細胞分泌的外泌體被明顯抑制,從而降低了腫瘤基因的表達水平,達到抗腫瘤作用。

3.1.6 其他:作為一種多酚化合物,白藜蘆醇存在于虎杖等中草藥中,具有高效的抗炎、抗氧化、抗腫瘤作用。研究發現,白藜蘆醇能夠對外泌體miRNAs和lncRNAs的表達產生顯著抑制作用,從而發揮對胃癌、結腸癌等消化道腫瘤的抑制作用[32]。瑞香狼毒具有清熱解毒、消腫生肌之效。研究發現,瑞香狼毒能夠通過外泌體hsa-miR-107發揮其抗肝癌細胞的作用[33]。

3.2 中藥復方 Kim等[34]研究發現,當歸四逆甲五珠玉生筋湯(DSGOST)能夠誘導外泌體的釋放與表達,從而使作為細胞間通訊媒介的外泌體在胃癌細胞中呈高表達水平,由此激活抗腫瘤免疫反應,達到抗腫瘤的效果。作為《金匱要略》經典方劑,大黃蟲丸(DZP)被廣泛應用于子宮肌瘤等婦科疾患,然而有研究發現,DZP能夠介導外泌體干預大腸癌肝轉移。Chen等[35]以C57BL/6J小鼠的MC38-EGFP細胞為研究對象,對其用DZP溶液培養,來觀察MC38-EGFP細胞負載的外泌體動態變化。結果發現,DZP能夠使CC趨化因子配體-2(CCL2)的表達水平發生異常降低,從而得出DZP能夠介導外泌體干預大腸癌肝轉移的結論。李晶晶等[36]將滋陰化痰方溶液注入人胃癌細胞株MGC-803細胞,提取其分泌的外泌體,觀察小鼠體重和成瘤情況,結果發現滋陰化痰方劑量組小鼠體重明顯下降,由此證實滋陰化痰能夠介導外泌體干預胃癌細胞的生長。馮小可等[37]運用化痰消瘀方治療萎縮性胃炎伴腸化生病患,結果發現病患胃液miR-133a和miR-421呈現程度明顯升高,癥狀及萎縮和腸化生程度均提示明顯好轉。劉佳琴等[38]通過提取含健脾消癌方含藥血清培養的人結腸腫瘤細胞來源正常人胚肺成纖維細胞(HFL1)分泌的外泌體進行監測,發現HFL1細胞攝取了大量外泌體,使結腸癌細胞的侵襲和轉移受到抑制。Dang 等[39]研究發現,甘姜苓術湯能夠通過調控外泌體miRNA中的miR-138-5p/CPT1B軸進而發揮抑制肝細胞脂肪變性、減輕肝細胞損傷的作用。

4 小 結

脾胃同居中焦,互為表里,既密不可分,又功能各異。胃主受納和腐熟水谷,脾主運化而輸布營養精微;脾主升清,胃主降濁,一納一化,一升一降,共同完成水谷的消化、吸收、輸布及生化氣血之功能。《蘭室秘藏·中滿腹脹》云:“或多食寒涼,及脾胃久虛之人,胃中寒則脹滿,或臟寒生滿病。”可見,若因素體脾胃虛弱、或飲食不節、感受寒涼等原因,導致脾胃氣機升降失調,則病從中生。雖病因病機復雜,但遵從“整體觀念”“辨證論治”“病證結合”,臨床遣藥多立竿見影,療效顯著。通過本文綜述不難發現,外泌體的通訊功能在部分消化系統疾發病中的作用已得到證實,能夠通過干預信號通路、激活炎癥因子、干擾免疫反應、抑制細胞轉化等途徑干預消化系統疾病的發生發展,但其干預疾病病理過程的具體機制尚無共識。而中醫藥以其多途徑、多靶點的特點能夠顯著干預外泌體的傳媒功能,從而發揮治療消化系統疾病的作用。同時,由于中藥單體或復方的研究存在品類少、病種單一、基礎薄弱等局限,中藥有效性、科學性的論證和評價仍存在一定局限。今后可進一步擴大病種范圍,完善臨床及實驗研究,深入挖掘外泌體在診療疾病中的機制,并探索中藥的靶向調控作用,以期為中醫藥治療消化系統疾病提供堅實的理論依據和循證醫學證據。