程 琳,許潑實(shí)

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué),河南 鄭州 450008;2.阜外華中心血管病醫(yī)院,河南 鄭州 451464;3.河南省人民醫(yī)院,河南 鄭州 451464)

外泌體是直徑為30～150 nm,由脂質(zhì)雙層膜包裹構(gòu)成的囊泡,可以由多種細(xì)胞分泌,且廣泛存在于各種體液中。外泌體通過(guò)靶向地與受體結(jié)合,將自身內(nèi)容物導(dǎo)入受體,可改變受體的生理過(guò)程。外泌體的脂質(zhì)雙層膜具有細(xì)胞膜類似的功能,能夠保護(hù)外泌體內(nèi)的脂質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞因子不受各種外界因素的影響。目前關(guān)于外泌體的研究主要集中于闡明外泌體在一系列病理過(guò)程中的細(xì)胞通訊作用,通過(guò)組學(xué)分析獲取外泌體內(nèi)主要表達(dá)的和可變表達(dá)的生物活性物質(zhì)是外泌體的研究重點(diǎn)[1]。而關(guān)于外泌體介導(dǎo)維持體內(nèi)平衡和調(diào)節(jié)生理功能的研究較少。作為理想的生物標(biāo)志物,外泌體轉(zhuǎn)移內(nèi)容物的能力為未來(lái)治療疾病提供了無(wú)限的可能性。相關(guān)研究表明,外泌體參與脂質(zhì)代謝、維持體內(nèi)脂質(zhì)穩(wěn)定,與脂質(zhì)代謝紊亂導(dǎo)致的疾病有關(guān)[2]。本文主要探討外泌體與脂質(zhì)代謝的相互作用。

1 外泌體在脂質(zhì)代謝中的作用

脂質(zhì)代謝紊亂是由細(xì)胞接觸可溶性載體或脂蛋白結(jié)合的生物活性脂質(zhì)交換介導(dǎo)的細(xì)胞通訊所導(dǎo)致的,不僅會(huì)引起肥胖、脂肪肝、動(dòng)脈粥樣硬化和神經(jīng)退行性疾病,也與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)。外泌體可以介導(dǎo)細(xì)胞間通訊,其攜帶的生物活性物質(zhì)加強(qiáng)了其在脂質(zhì)代謝中的潛在作用。外泌體可以被脂肪細(xì)胞攝取,并且誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生脂解[3]。而非典型鱗狀細(xì)胞外泌體可以通過(guò)增加表皮脂質(zhì)神經(jīng)酰胺的含量影響特發(fā)性皮炎病變區(qū)域的皮膚屏障,減輕炎性反應(yīng)[4]。因此,循環(huán)外泌體可以稱為人類脂質(zhì)代謝的生物標(biāo)志物[5]。外泌體通過(guò)其內(nèi)容物參與脂質(zhì)代謝,下文中將分別從外泌體運(yùn)載的物質(zhì)介紹其在脂質(zhì)代謝中的作用。

1.1 外泌體通過(guò)攜帶的脂質(zhì)參與脂質(zhì)代謝 外泌體中含有豐富的脂質(zhì)種類,而此類脂質(zhì)具有物種特異性,與其來(lái)源細(xì)胞的脂質(zhì)組成類似但不完全相同。外泌體作為生物載體,可以直接轉(zhuǎn)運(yùn)膽固醇、脂肪酸和二十烷類化合物等脂質(zhì)物質(zhì)到受體細(xì)胞[6]。一些新型的技術(shù)可以應(yīng)用于外泌體的研究,如通過(guò)拉曼光譜對(duì)比外泌體內(nèi)脂質(zhì)成分的含量,可以判斷疾病的嚴(yán)重程度,也可以成為疾病診斷的標(biāo)志物。癌細(xì)胞的外泌體譜為診斷提供補(bǔ)充信息,通過(guò)對(duì)卵巢癌細(xì)胞和卵巢表面上皮細(xì)胞來(lái)源的外泌體的脂質(zhì)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)外泌體脂質(zhì)在腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用,更具侵略性的腫瘤的外泌體中含有更多的脂質(zhì)[7]。腫瘤來(lái)源的外泌體(TDEs)中含有大量的脂肪酸,骨髓源性樹(shù)突狀細(xì)胞(BMDCs)內(nèi)化TDEs,就會(huì)發(fā)生時(shí)間和濃度依賴性的脂質(zhì)積累,導(dǎo)致腫瘤浸潤(rùn)性樹(shù)突狀細(xì)胞功能障礙[8]。外泌體中含有具有生物活性的脂質(zhì),如花生四烯酸、前列腺素,從巨噬細(xì)胞中釋放到癌癥微環(huán)境中,參與癌癥的轉(zhuǎn)移和發(fā)生,抑制腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體可能是治療腫瘤相關(guān)性惡病質(zhì)的新方法。哮喘病患者氣道外泌體中神經(jīng)酰胺、磷脂酰甘油與健康受試者存在顯著差異,暴露于二手煙的受試者,與健康受試者相比脂質(zhì)成分也會(huì)有明顯變化[9]。脂肪來(lái)源的細(xì)胞釋放的外泌體充滿脂質(zhì),可使受體細(xì)胞積累脂質(zhì)呈現(xiàn)多核細(xì)胞狀態(tài)[10]。外泌體的脂類可以改變細(xì)胞功能,其脂質(zhì)含量可以判斷外泌體來(lái)源,幫助外泌體分類鑒別,也能體現(xiàn)出親本細(xì)胞狀態(tài),外泌體中脂質(zhì)的改變有助于疾病的診斷和治療。

1.2 外泌體通過(guò)攜帶的核酸參與脂質(zhì)代謝 外泌體攜帶微小核糖核酸(miRNAs),可以使這些miRNAs在血液中循環(huán),同時(shí)避免血液核糖核酸酶活性降解并轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞,進(jìn)而改變受體細(xì)胞的基因表達(dá)和表型[11]。外泌體miRNAs已經(jīng)被證明參與腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移,這些短的非編碼RNA參與了從發(fā)育和代謝調(diào)節(jié)到疾病發(fā)展的廣泛的生物學(xué)過(guò)程,但其在脂質(zhì)代謝過(guò)程中的研究較少。近期研究發(fā)現(xiàn),脂肪細(xì)胞來(lái)源的外泌體中的miRNAs可以調(diào)節(jié)其他組織的基因表達(dá)。通過(guò)外泌體中的miRNAs的研究,可以更好地了解脂質(zhì)代謝的過(guò)程,并將其用作診斷和治療的生物標(biāo)志物。不同來(lái)源的外泌體中含有差異性的miRNA都具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的功能,如來(lái)自腫瘤外泌體的miR-155通過(guò)下調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ(PPAR-γ)的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的能量代謝[12],而miR-155過(guò)表達(dá)的成熟脂肪細(xì)胞中脂滴會(huì)減少。miR-122上調(diào)脂肪酸合成酶(FASN)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)基因的非編碼區(qū),從而增加肝臟脂肪酸和膽固醇的生物合成。外泌體中高水平的miR-122與非酒精性脂肪肝密切相關(guān),充足的miR-122導(dǎo)致膽固醇和脂肪酸顯著增加。來(lái)源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體miR-124a可以沉默巨噬細(xì)胞,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積。用外泌體中的miR-199a處理小鼠會(huì)導(dǎo)致小鼠肝臟中脂質(zhì)積聚,細(xì)胞和血漿中的三酰甘油均明顯增加[13]。血漿外泌體的miR-223與大腿脂肪增加有關(guān),且可以改變血漿代謝和脂蛋白譜。外泌體中循環(huán)的miR-33參與脂質(zhì)代謝,抑制miR-33可以提高高密度脂蛋白的水平[14]。巨噬細(xì)胞外泌體中miR-210在高糖的刺激下,其含量顯著增高,miR-210通過(guò)損傷線粒體的功能導(dǎo)致脂肪酸分解減少,促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的積累。從大脂肪細(xì)胞釋放的外泌體miRNAs可以轉(zhuǎn)移到小脂肪細(xì)胞,刺激脂肪生成和脂肪細(xì)胞肥大[15]。研究外泌體中的miRNAs,可以在分子層面揭示脂質(zhì)代謝的機(jī)制,探究脂質(zhì)代謝相關(guān)的信號(hào)通路,對(duì)于疾病的診斷和治療都提供了新思路。

1.3 外泌體通過(guò)攜帶的蛋白質(zhì)參與脂質(zhì)代謝 外泌體中富含與新生脂肪生成相關(guān)的酶,如ACC、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)和FASN,產(chǎn)脂酶轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞促進(jìn)脂質(zhì)積累[16]。循環(huán)中的外泌體表達(dá)功能性脂肪酶轉(zhuǎn)位酶(CD36)介導(dǎo)其對(duì)游離脂肪酸的攝取[17]。棕色脂肪組織來(lái)源的外泌體將含有線粒體成分的功能蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到受體細(xì)胞,參與分解代謝,可以減少肝臟中脂肪沉積[18]。外泌體富含與脂肪酸氧化有關(guān)的蛋白質(zhì),參與了脂肪細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的相互作用,增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲性[19]。白三烯是促進(jìn)粒細(xì)胞遷移的脂質(zhì)介質(zhì),在巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的外泌體中發(fā)現(xiàn)了能夠產(chǎn)生白三烯的酶,參與白三烯的生物合成[20],促進(jìn)靶細(xì)胞的炎性反應(yīng)。腫瘤來(lái)源的外泌體中富含磷脂酰絲氨酸和酸性鞘磷酶,具有保護(hù)腫瘤逃避治療的作用[21]。通過(guò)研究外泌體中的蛋白質(zhì),可進(jìn)一步了解外泌體在脂質(zhì)代謝中的作用。

1.4 外泌體通過(guò)攜帶的其他細(xì)胞因子參與脂質(zhì)代謝外泌體能夠產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α(TNF-α),誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞膽固醇積聚[22]。外泌體可被人脂肪源性間充質(zhì)細(xì)胞(h AD-MSCs)內(nèi)化,在外泌體中檢測(cè)到轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β),通過(guò) TGF-β信號(hào)通路 介導(dǎo)抑制h AD-MSCs的脂肪形成,降低成脂轉(zhuǎn)錄因子、脂肪細(xì)胞特異性標(biāo)志物PPAR-γ和脂蛋白脂肪酶的m RNA表達(dá)[23]。血漿外泌體中的轉(zhuǎn)錄釋放因子增加了小鼠前脂肪細(xì)胞肥大衰老的發(fā)生,而腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體衍生的細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-6、TNF-α、干擾素-γ和蛋白分解誘導(dǎo)因子有助于脂肪的流失,擾亂新陳代謝[24]。對(duì)于外泌體中其他細(xì)胞因子的研究,為探索外泌體參與脂質(zhì)代謝的途徑提供新思路。

2 脂質(zhì)代謝對(duì)外泌體的影響

2.1 脂質(zhì)代謝影響外泌體的形成 外泌體的生物發(fā)生過(guò)程十分復(fù)雜,除了根據(jù)親代細(xì)胞類型的不同,也容易受到外界因素的影響。外泌體的脂質(zhì)膜是由鞘脂和膽固醇之間的相互作用形成的,脂質(zhì)成分作為外泌體生物發(fā)生和功能的關(guān)鍵成分,其代謝會(huì)影響外泌體的形成。通過(guò)膽固醇處理后,外泌體發(fā)生富集,表明膽固醇會(huì)增加外泌體的釋放,抑制鞘磷脂酶會(huì)導(dǎo)致外泌體的形成減少[25]。肥胖癥小鼠外泌體的數(shù)量有升高的趨勢(shì),外泌體的組成也可能由于肥胖而改變,miRNA的表達(dá)也有所差異[26]。外泌體的形成都是由特定的脂質(zhì)和與脂質(zhì)代謝相關(guān)的酶來(lái)調(diào)節(jié),二?；视?DAG)和磷脂酸的調(diào)控被認(rèn)為是蛋白質(zhì)從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)膜的關(guān)鍵因素,二?；视图っ甫镣返倪^(guò)度激活會(huì)抑制外泌體的分泌,因此抑制此通路將會(huì)提高外泌體的分泌[27]。外泌體相關(guān)結(jié)構(gòu)域進(jìn)入核內(nèi)體管腔,不僅依賴于內(nèi)吞體分選轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物的功能,還需要鞘磷脂神經(jīng)酰胺,中性鞘磷脂酶抑制后,外泌體釋放隨之減少[28]。酸性鞘磷脂酶的激活,是釋放外泌體的必要條件,而神經(jīng)酰胺的生成是外泌體脫落的必要條件。輕度氧化的高密度脂蛋白可以改善血小板的脂膜,從而拮抗血小板外泌體的釋放。細(xì)胞受到刺激時(shí),會(huì)觸發(fā)磷脂酶D2(PLD2)從質(zhì)膜轉(zhuǎn)位到細(xì)胞內(nèi)腔,轉(zhuǎn)移到外泌體釋放,活性PLD2的過(guò)表達(dá)會(huì)增加外泌體的釋放,這可能與PLD2參與外泌體的形成有關(guān)[29]。植物提取的神經(jīng)酰胺可以增加神經(jīng)元釋放外泌體,導(dǎo)致神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的細(xì)胞外淀粉樣蛋白(Aβ)水平降低,防止Aβ聚集,可能對(duì)預(yù)防癡呆癥有一定作用。脂質(zhì)不僅是人體需要的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),也是生物膜的重要組成成分。因此,脂質(zhì)代謝對(duì)于維持外泌體的正常結(jié)構(gòu)有著重要的作用。

2.2 脂質(zhì)代謝影響外泌體的功能 外泌體的攝取依賴于稱為脂筏的富含膽固醇的膜微區(qū),與膽固醇和酪氨酸激酶活性有關(guān),可被血漿膜膽固醇的非特異性消耗所阻斷。清道夫受體是一種富含膽固醇的高密度脂蛋白的受體,其介導(dǎo)的膽固醇外流可以抑制受體細(xì)胞對(duì)外泌體的吸收。膽固醇的存在對(duì)外泌體的攝取不可或缺,使用一種3-羥基-3-甲基戊二?；o酶A還原酶抑制劑預(yù)處理細(xì)胞,可以呈現(xiàn)劑量依賴性地抑制外泌體的攝取。黑色素瘤來(lái)源的外泌體可以下調(diào)Ⅰ型干擾素受體和干擾素誘導(dǎo)的膽固醇25-羥化酶(CH-25 H)的表達(dá),CH-25H產(chǎn)生的25-羥基膽固醇可以抑制黑色素來(lái)源外泌體的攝取功能[30]。

外泌體的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)可以保護(hù)和轉(zhuǎn)移外泌體內(nèi)的生物活性分子。外泌體膜與原始細(xì)胞類似,具有無(wú)限靶向的可能性,其膜結(jié)構(gòu)和組成可以逃脫免疫監(jiān)控,外泌體的脂質(zhì)成分影響外泌體脂質(zhì)膜的完整性,也會(huì)影響外泌體的攝取。在脂質(zhì)代謝紊亂的條件下,發(fā)現(xiàn)外泌體中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分均存在差異。外泌體的攝取可能與膽固醇代謝的相關(guān)途徑有關(guān),高膽固醇的環(huán)境下外泌體更加活潑更容易被正常細(xì)胞攝取,在低膽固醇條件下,內(nèi)吞作用會(huì)受到抑制[31]。脂質(zhì)參與信號(hào)傳遞可以影響外泌體的功能,同時(shí)作為外泌體膜的組成成分,脂質(zhì)代謝紊亂也會(huì)影響外泌體的功能。

3 結(jié)論

外泌體作為新型的細(xì)胞間運(yùn)輸載體,對(duì)于外泌體的研究可以更好地了解疾病,并為疾病的發(fā)生和發(fā)展提供新的研究視角。脂質(zhì)代謝可以影響外泌體的合成和分泌,外泌體通過(guò)攜帶的生物活性分子,參與脂質(zhì)的形成、運(yùn)輸和降解,從而影響脂質(zhì)代謝。質(zhì)譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用,可以發(fā)現(xiàn)外泌體組學(xué)差異,對(duì)來(lái)自不同病理?xiàng)l件下的外泌體進(jìn)行分析,可以監(jiān)控特定的病理生理狀況,了解疾病發(fā)展過(guò)程中脂質(zhì)的具體變化,闡明外泌體不同組織的特定關(guān)系及介導(dǎo)的特定表型,對(duì)于疾病未來(lái)的轉(zhuǎn)化、進(jìn)展和治療至關(guān)重要。血清中分離的外泌體可以發(fā)現(xiàn)占據(jù)主導(dǎo)地位的轉(zhuǎn)錄本,然而目前的研究卻主要集中于闡明外泌體作為細(xì)胞通訊載體在病理變化過(guò)程中的作用,對(duì)于外泌體參與體內(nèi)代謝的研究較少,且外泌體的組學(xué)分析存在許多問(wèn)題,也缺乏更精密的儀器和檢查方法。因此,應(yīng)研究和探索新的研究方法,為循環(huán)外泌體作為脂類相關(guān)疾病生物標(biāo)志物,以及檢測(cè)、量化和調(diào)節(jié)外泌體為脂類疾病的診斷和治療提供可靠的依據(jù)。