施冰，李俊峽

外泌體源性miRNA：心血管疾病新的生物標(biāo)志物

施冰1，李俊峽2

外泌體是一類(lèi)大小約30～100 nm具有脂雙層膜的囊狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含來(lái)源于分泌細(xì)胞的蛋白質(zhì)、microRNA（miRNA）、circular RNA（creRNA）、mRNA、DNA等生物分子[1]。細(xì)胞將miRNA濃集在一起，包裝進(jìn)外泌體，而后外泌體被釋放到細(xì)胞間隙。外泌體內(nèi)包裹的miRNA與相關(guān)蛋白復(fù)合物一起到達(dá)臨近或遠(yuǎn)端細(xì)胞內(nèi)。miRNA進(jìn)入受體細(xì)胞后，可沉默靶基因，從而調(diào)節(jié)受體細(xì)胞功能。由于外泌體在細(xì)胞通訊方面呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)細(xì)胞通訊途徑不同的一種獨(dú)特的通訊方式，日漸成為一種新型的疾病診斷的生物標(biāo)記物和治療靶點(diǎn)。本文將外泌體源性miRNA在心血管疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 外泌體生物學(xué)功能

外泌體既可存在于大多數(shù)體液如血漿、尿液、唾液、乳汁、支氣管肺泡灌洗液、腦脊髓液、羊水、胸水、腹水等，也可存在于各種細(xì)胞培養(yǎng)液中。外泌體表面存在有相同特征的標(biāo)記蛋白如CD63，CD81等，可作為外泌體的標(biāo)記蛋白，用于外泌體鑒定[2]。分泌外泌體的細(xì)胞，無(wú)論在生理還是病理情況下，都可持續(xù)分泌外泌體。來(lái)源于細(xì)胞的外泌體攜帶有來(lái)源細(xì)胞的蛋白和核苷酸，具有細(xì)胞種屬特異性，可以在病理和生理情況下反映來(lái)源細(xì)胞的生理狀態(tài)。

2008年Taylor[3]研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自卵巢癌患者的卵巢組織外泌體和來(lái)源于卵巢癌患者血清外泌體中，8個(gè)先前作為卵巢癌診斷標(biāo)記物的miRNAs的表達(dá)水平均顯著升高。而在健康對(duì)照者的血清外泌體中未發(fā)現(xiàn)這8個(gè)miRNAs的表達(dá)。Taylor的研究提示，來(lái)源于病灶細(xì)胞的外泌體可進(jìn)入機(jī)體的循環(huán)系統(tǒng)，具有生物標(biāo)志物的特性。循環(huán)系統(tǒng)中的外泌體miRNA作為一種易于獲得的生物標(biāo)記物，較傳統(tǒng)的組織病理切片獲取更便捷，循環(huán)中的外泌體miRNAs用于協(xié)助癌癥的診斷。

2 外泌體源性miRNA與心肌損傷

文獻(xiàn)報(bào)道，心肌細(xì)胞可以釋放外泌體[4,5]。培養(yǎng)條件不同，心肌細(xì)胞釋放的外泌體中的蛋白和mRNA的含量可發(fā)生顯著變化[6]。miR-1和miR-133a具有心肌組織特異性，可應(yīng)用于心肌梗死的輔助診斷。Widera[7]檢測(cè)了444例急性冠脈綜合征患者血漿外泌體miRNA表達(dá)，發(fā)現(xiàn)四種心肌組織特異性miRNAs（miR-1，miR-133a，miR-133b，miR-208b）在心肌梗死患者外周血中表達(dá)升高。推測(cè)這些miRNAs可能由缺血壞死的心肌組織通過(guò)外泌體途徑釋放。Wang[8]檢測(cè)了51例急性心肌梗死患者和28例健康對(duì)照者外周血中miR-133和miR-328表達(dá)水平。與健康對(duì)照者比較，急性心肌梗死患者外周血中miR-133表達(dá)水平增加了4.4倍。急性心肌梗死患者全血和血漿中miR-328表達(dá)水平分別增加了10.9倍和16.1倍。急性心肌梗死后7 d，患者外周血中miR-133和miR-328表達(dá)水平恢復(fù)到與健康對(duì)照組相同水平。不僅血液中外泌體源性miRNA表達(dá)水平在急性心肌梗死過(guò)程中發(fā)生變化，心肌梗死患者尿液中外泌體源性miRNA表達(dá)水平也可發(fā)生顯著變化。miR-1是心肌組織特異性miRNA。研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者不僅外周血中miR-1表達(dá)升高，其尿液中miR-1含量也明顯升高[9]。研究人員進(jìn)一步將心肌梗死患者血液中的外泌體通過(guò)外周靜脈注射的方法注入大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)大鼠尿液中miR-1表達(dá)水平顯著升高，提示大鼠尿液中升高的miR-1是通過(guò)外泌體途徑分泌的。大鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，心肌梗死患者血液和尿液中外泌體源性miRNA具有潛在的作為診斷急性心肌梗死的新的生物標(biāo)記物的可能性，為心肌梗死的早期診斷開(kāi)辟了新的探索途徑。

心肌梗死后心力衰竭是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。Matsumoto[10]采集了21例心肌梗死后心力衰竭患者血清，通過(guò)microarray檢測(cè)了患者血清外泌體中miRNA表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)心肌梗死后心力衰竭患者血清中miR-192表達(dá)水平顯著升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與miR-192同屬于p53基因相關(guān)的miR-194和miR-34a的表達(dá)水平，與心肌梗死后心力衰竭狀態(tài)下左心室舒張功能有明顯的相關(guān)性。Huang等研究人員通過(guò)高通量測(cè)序分析了人血漿外泌體miRNA表達(dá)譜[11,12]，發(fā)現(xiàn)表達(dá)豐度較高的miRNAs有hsa-miR-451，hsa-miR-16，hsamiR-19b，hsa-miR-15a，hsamiR-223，hsa-miR-486，hsamiR-181b，hsa-miR106a和hsa-let-7i等。GO和KEGG功能富集分析提示，外泌體源性miRNA表達(dá)水平與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[13,14]。上述研究提示，血液中外泌體源性miRNA可能成為心肌梗死后心力衰竭早期診斷的新的生物標(biāo)志物。

3 外泌體源性miRNA與血管損傷

血管內(nèi)皮細(xì)胞受損、平滑肌細(xì)胞增殖是造成血管動(dòng)脈粥樣硬化的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，在血管內(nèi)膜受損的早期階段，血管平滑肌細(xì)胞分泌的外泌體使核磷酸鈣晶體化，促進(jìn)了血管鈣化[15]。這種核磷酸鈣晶體化反應(yīng)可被機(jī)體內(nèi)環(huán)境中鈣應(yīng)激進(jìn)一步加重，加速血管鈣化進(jìn)程。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細(xì)胞和活化的周細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，周細(xì)胞通常環(huán)繞在血管內(nèi)皮細(xì)胞周?chē)⑴c之進(jìn)行細(xì)胞間通訊，通過(guò)外泌體依賴(lài)的行為刺激血管新生[16]。將富含miR-143/145的外泌體通過(guò)靜脈注射法，注入ApoE(-/-)敲除的動(dòng)脈粥樣硬化小鼠體內(nèi)，可見(jiàn)主動(dòng)脈粥樣硬化斑塊消退，提示富含miR-143/145的外泌體具有消退動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的治療潛能。血管內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)剪切應(yīng)力反應(yīng)的富集miR-143/145的外泌體，進(jìn)一步控制共培養(yǎng)的血管平滑肌細(xì)胞中靶基因表達(dá)，抑制內(nèi)膜增殖和粥樣硬化發(fā)生[17]。

血管內(nèi)皮細(xì)胞源性的外泌體可通過(guò)調(diào)控miR-214的表達(dá)，刺激受體細(xì)胞遷移和血管生成[18]。應(yīng)用慢性低氧介導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，小鼠靜脈內(nèi)注射骨髓干細(xì)胞起源的外泌體可抑制肺血管重塑和肺動(dòng)脈高壓形成。作用機(jī)制考慮與外泌體抑制了肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的STAT3信號(hào)通路有關(guān)[19]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，將來(lái)源于野百合堿介導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓小鼠的血漿外泌體注入非疾病動(dòng)物體內(nèi)，可介導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓形成[20]。

不同細(xì)胞源性的外泌體具有不同的生物學(xué)功能。將來(lái)自心臟瓣膜置換術(shù)后患者的心臟前體細(xì)胞（CPCs）中獲得的外泌體注入心肌梗死大鼠體內(nèi)，可見(jiàn)大鼠心肌有更少的心肌細(xì)胞凋亡，更多的新生血管，左室射血分?jǐn)?shù)提高[21]。該研究提示心臟前體細(xì)胞分泌的外泌體，可抑制心肌細(xì)胞凋亡，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)新生血管生成。將miR-146a注入小鼠心肌梗死模型體內(nèi)，可產(chǎn)生上述部分相同效果。提示心臟前體細(xì)胞分泌的外泌體內(nèi)可能富含miR-146a[22]。此外，在多柔比星介導(dǎo)的擴(kuò)張性心肌病小鼠模型體內(nèi)注入心臟前體細(xì)胞分泌的外泌體，也可減輕心肌細(xì)胞凋亡和心肌纖維化[23]。小鼠心肌缺血/再灌注損傷模型發(fā)現(xiàn)，來(lái)自間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體可以通過(guò)Akt和GSK-3β信號(hào)通路，縮小心肌梗死面積和改善心功能[24-26]。在體實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)都提示，循環(huán)中的外泌體具有心肌保護(hù)作用，可保護(hù)心臟和心肌細(xì)胞免受缺血/再灌注損傷[27]。外泌體膜上的HSP70與心肌細(xì)胞內(nèi)的TLR4受體相互作用，導(dǎo)致MAPK/ERK1/2 信號(hào)通路激活，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[28]。

4 展望

近年來(lái)，外泌體源性miRNA作為疾病診斷和預(yù)后評(píng)估的生物標(biāo)志物已逐漸成為研究熱點(diǎn)。外泌體作為一種介導(dǎo)細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)的載體，參與了多種疾病的病理生理變化。外泌體源性miRNA能夠被外泌體膜結(jié)構(gòu)較好的保護(hù)而避免被分解，這一特點(diǎn)極大地提升了外泌體源性miRNA作為各種疾病早期診斷的生物標(biāo)志物的可行性，具有重要研究?jī)r(jià)值。目前，關(guān)于外泌體源性miRNA在心血管疾病的研究希望在以下幾個(gè)方面有所突破：①簡(jiǎn)便宜行的外泌體提取和驗(yàn)證技術(shù)；②外泌體源性miRNA參與疾病發(fā)生發(fā)展的機(jī)制；③探索外泌體作為藥物呈遞載體，進(jìn)行心血管疾病靶向治療的可行性。

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R541

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孫竹