龍雨飛 駱宜茗 齊忠權(quán)△

(1.廣西大學(xué)醫(yī)學(xué)院,廣西 南寧 530004; 2.廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院,福建 廈門 361000)

外泌體(Exo)是一種可由大多數(shù)細(xì)胞釋放的囊泡樣物質(zhì)，直徑約40～160 nm。它起源于內(nèi)吞途徑[1]：細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)吞形成早期內(nèi)體，早期內(nèi)體可發(fā)育為晚期內(nèi)體，晚期內(nèi)體向內(nèi)出芽形成管腔囊泡并成為多泡體，部分多泡體與細(xì)胞質(zhì)膜融合，釋放的管腔囊泡即是外泌體。多泡體的發(fā)生過(guò)程使得外泌體最終含有與來(lái)源細(xì)胞相關(guān)的核酸和蛋白質(zhì)，這是外泌體發(fā)揮與來(lái)源細(xì)胞相似生理功能的必要條件。

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)是一種具有自我更新、多向分化能力的成體干細(xì)胞，首先從骨髓中分離出來(lái)，隨后發(fā)現(xiàn)從骨膜、脂肪、肌肉、胎盤、臍帶、臍帶血中也可分離和制備MSC。早期認(rèn)為MSC對(duì)損傷的修復(fù)是基于分化替代，進(jìn)一步研究則發(fā)現(xiàn)MSC體內(nèi)存留時(shí)間短，靜脈注射MSC多數(shù)滯留于肺、脾等臟器[2]，因此MSC的旁分泌作用被日漸關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，MSC外泌體(MSC-Exo)能夠起到MSC相似的生理作用，可改善細(xì)胞功能和表型、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等而達(dá)到治療疾病的目的。本文就MSC-Exo在疾病治療中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。報(bào)告如下。

1 靶向作用于受體細(xì)胞

MSC-Exo作用于受體細(xì)胞的機(jī)制有3種，發(fā)揮作用時(shí)可能涉及多個(gè)途徑[3]：(1)MSC-Exo膜上配體與受體細(xì)胞結(jié)合，將識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)入胞內(nèi)；(2)MSC-Exo通過(guò)與受體細(xì)胞膜融合或胞吞等方式進(jìn)行受體細(xì)胞，將內(nèi)容物釋放到胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信息傳遞；(3)MSC-Exo釋放內(nèi)容物或表面膜蛋白被裂解為可溶性配體，作用于受體細(xì)胞表面，完成信息傳遞。

MSC-Exo在經(jīng)系統(tǒng)給藥或鼻腔給藥后可以通過(guò)血腦屏障到達(dá)腦部區(qū)域發(fā)揮治療作用，這種遷移和歸巢與炎癥信號(hào)高度相關(guān)。研究證實(shí)[4]，在缺血性中風(fēng)、自閉癥、帕金森病和阿爾茨海默病小鼠模型中，經(jīng)鼻腔給藥的MSC-Exo均可特異性地靶向到不同的病理相關(guān)區(qū)域，持續(xù)長(zhǎng)達(dá)96 h。百日咳毒素可抑制固有免疫細(xì)胞的早期趨化募集；使用百日咳毒素可阻止MSC-Exo歸巢，表明MSC-Exo的靶向性可能與激活的固有免疫細(xì)胞有關(guān)。

MSC-Exo具有靶向腫瘤組織的能力。利用MSC-Exo的囊泡結(jié)構(gòu)容納藥物，參與藥物的遞送可提高生物利用度。阿霉素(doxorubicin,DOX)可有效的抗擊腫瘤，但生物利用度低，并存在劑量依賴的心臟毒性。MSC-Exo裝載DOX，可提高對(duì)MG63骨肉瘤細(xì)胞系對(duì)DOX的攝取效率，降低對(duì)心肌H9C2細(xì)胞系的毒性[5]。

通過(guò)對(duì)MSC-Exo修飾，可進(jìn)一步提高靶向性。索拉非尼可顯著改善肝癌患者的預(yù)后，但易耐藥；修飾siGRP78的骨髓MSC-Exo聯(lián)合索拉非尼，可提高索非拉尼的利用度，靶向作用于肝癌細(xì)胞的GRP78位點(diǎn)，抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)耐藥逆轉(zhuǎn)[6]。

2 提供神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子是一類在神經(jīng)元生長(zhǎng)和發(fā)育中起關(guān)鍵作用的生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)包括脫髓鞘病變下的神經(jīng)元存活。MSC在體內(nèi)外均能產(chǎn)生多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子；MSC-Exo也繼承了這一特性。研究證明[7]，MSC-Exo含有腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等多種營(yíng)養(yǎng)因子及生長(zhǎng)因子。谷氨酸堆積可引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡；富含IGF和HGF的MSC-Exo可改善谷氨酸造成的神經(jīng)損傷。在高糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡中，MSC-Exo可傳遞BDNF，促進(jìn)視網(wǎng)膜神經(jīng)元細(xì)胞中Trkb蛋白表達(dá)，減少高糖環(huán)境對(duì)視神經(jīng)元的損傷，從而有效保護(hù)視網(wǎng)膜[8]。

3 提供microRNA

MicroRNA(miRNA)是一種內(nèi)源性微小非編碼RNA，通過(guò)與靶基因堿基配對(duì)互補(bǔ)，參與轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控，可引起靶基因抑制和降解。MSC-Exo可攜帶多種miRNA，從而遠(yuǎn)距離進(jìn)行細(xì)胞間信息交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶細(xì)胞的基因調(diào)控。Liu等人[9]證實(shí)，缺氧條件下的MSC-Exo (Hypo-Exo)對(duì)骨折愈合有明顯促進(jìn)作用；將MSC的缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF‐1α)敲低可導(dǎo)致MSC及其外泌體中miR-126的顯著減少，并消除Hypo-Exo的促愈合作用。

MSC-Exo在成骨分化各個(gè)階段至關(guān)重要，且至少有部分對(duì)成骨分化的調(diào)控作用是由miRNA引起的：它的親本根據(jù)分化階段分泌具有不同生物學(xué)特性的外泌體，促使同型細(xì)胞向成骨分化，或成骨分化后期可誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)礦化[10]。Yang等人[11]將MSC-Exo與人成骨細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MSC-Exo肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1通過(guò)介導(dǎo)miR-34c/SATB2軸增強(qiáng)骨質(zhì)疏松小鼠成骨細(xì)胞活性。MSC-Exo傳遞的miR-126-3p則可通過(guò)下調(diào)分解蛋白和金屬蛋白酶9來(lái)抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，并在體外和體內(nèi)促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的凋亡[12]。

4 改善炎癥

MSC-Exo中富含參與調(diào)控多種生物過(guò)程的蛋白，如金屬硫蛋白-2，經(jīng)全身性給藥后作用域結(jié)腸巨噬細(xì)胞[13]，可顯著緩解不同模型中的結(jié)腸炎，抵抗炎癥再刺激。干擾素γ(IFNγ)刺激下產(chǎn)生的MSC-Exo(IFNγ-Exo)治療實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎，可減輕脫髓鞘病變和神經(jīng)炎癥[14]。IFNγ-Exo[15]含有多種抗炎R(shí)NA，抑制這些RNA可部分抑制外泌體誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的潛力。另外，IFNγ-Exo可降低外周血單核細(xì)胞增殖和Th1和Th17細(xì)胞因子(包括IL-6、IL-12p70、IL-17AF和IL-22)的水平，增加免疫抑制細(xì)胞因子吲哚胺2,3-雙加氧酶分泌。

MSC-Exo能將阻礙內(nèi)源性干細(xì)胞和祖細(xì)胞分化和再生的促炎性環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槟褪苄原h(huán)境，促進(jìn)再生[16]；或通過(guò)抑制炎癥介質(zhì)和NLRP3炎癥小體激活，發(fā)揮抗炎作用[17]。MSC-Exo應(yīng)用于造血干細(xì)胞移植后類固醇難治性急性移植物抗宿主病(GVHD)的臨床研究[18]顯示，MSC-Exo回輸后，患者外周血IL-1β、TNFα和IFNγ水平下降；2周內(nèi)急性GVHD癥狀顯著改善，并能持續(xù)穩(wěn)定，類固醇日劑量明顯減少。在急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)模型中，MSC-Exo能減少AKI誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、凋亡和纖維化，促進(jìn)內(nèi)源性腎細(xì)胞生成，減少炎癥反應(yīng)和增加抗炎細(xì)胞因子的分泌，抑制AKI誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞在腎臟的浸潤(rùn)，改善腎功能[19]。

5 調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)

MSC-Exo具有廣泛調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的能力，可被應(yīng)用于組織再生和自身免疫病。MSC-Exo被巨噬細(xì)胞攝取后，其攜帶的活性STAT3將激活精氨酸酶-1，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2極化，減輕炎癥[20]。MSC-Exo整合入脂多糖刺激的海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞，可降低星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生和炎癥反應(yīng)[21]；整合入未成熟DC，可抑制DC攝取抗原和成熟，減少IL-6和IL-12p70分泌，增加TGF-β分泌[22]。MSC-Exo可降低異基因小鼠腎移植模型中IL-12 mRNA的表達(dá)以及IL-12的產(chǎn)生，通過(guò)增加miR146a的表達(dá)，可改善樹突狀細(xì)胞成熟度，提高同種異體腎移植的存活率[23]。GVHD小鼠模型的研究顯示，MSC-Exo可抑制初始T細(xì)胞向效應(yīng)型分化[24]，誘導(dǎo)Th1轉(zhuǎn)化為Th2，抑制Th17細(xì)胞分化，誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生，改善病理?yè)p傷[25]。

6 促進(jìn)血管生成

從與外周動(dòng)脈疾病相似的培養(yǎng)基(0%胎牛血清，1%O2)中分離的MSC-Exo含有許多促血管生成的因子，可增加梗死心臟的血管密度，降低心肌細(xì)胞凋亡，減少纖維化，其機(jī)制與中性鞘磷脂酶2表達(dá)及miR-210有關(guān)[26]。MSC-Exo可提高移植皮瓣成活率，促進(jìn)新生血管形成，減輕缺血-再灌注損傷后皮瓣的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡[27]。MSC-Exo還參與造血重建，提高移植HSC活性，降低其分化程度，增強(qiáng)NSG小鼠外周血向骨髓生態(tài)位遷移[28]。經(jīng)離子處理的MSC-Exo氧化鐵納米顆粒囊泡，在磁引導(dǎo)下可顯著聚集在脊髓損傷處促進(jìn)血管形成，減輕炎癥和凋亡，改善脊髓功能[29]。在糖尿病傷口模型中，MSC-Exo攜帶的miRNA-126可下調(diào)PTEN，激活PI3K/AKT信號(hào)通路，刺激血管生成，促進(jìn)傷口愈合[30]。

7 展 望

MSC-Exo與其來(lái)源細(xì)胞生理功能相似，兩者作用方式[31]和療效[32]仍存在一定差異，MSC-Exo內(nèi)容物存在的隱患[33]也不可忽視。但外泌體具有低免疫原性、無(wú)內(nèi)源性成瘤風(fēng)險(xiǎn)、不必移植及輸注活細(xì)胞、可過(guò)濾滅菌降低污染風(fēng)險(xiǎn)、易于規(guī)模生產(chǎn)、儲(chǔ)存條件更簡(jiǎn)便等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，外泌體預(yù)處理策略、給藥策略和穩(wěn)定性研究，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)研究熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，MSC-Exo將成為許多退行性和炎癥性疾病、器官移植后降低排斥反應(yīng)、改善移植物功能新型的強(qiáng)有力治療劑。MSC-Exo用于治療疾病，前景令人期待。