張春祥，劉嶼暢，李春紅，余 烊

1.西南醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)電生理學(xué)教育部重點(diǎn)實驗室（瀘州646000）；2.非編碼核酸醫(yī)學(xué)瀘州市重點(diǎn)實驗室（瀘州646000）；3.西南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院（瀘州646000）；4.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 心內(nèi)科（瀘州 646000）

心肌梗死（myocardial infarction，MI）被定義為由于長時間缺血缺氧導(dǎo)致的心肌細(xì)胞死亡，是冠狀動脈疾病最嚴(yán)重的表現(xiàn)[1]。MI 早期，由于冠狀動脈中的血液供應(yīng)突然受阻，大量心肌細(xì)胞發(fā)生壞死，并引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)[2]。由于成人心臟缺乏內(nèi)源性再生能力，心肌細(xì)胞的更新潛力有限，MI 的進(jìn)一步進(jìn)展會導(dǎo)致大量心肌細(xì)胞不可逆的喪失、左心室重構(gòu)甚至進(jìn)行性心力衰竭[3]。再灌注療法是目前臨床上對于急性心肌梗死的標(biāo)準(zhǔn)治療方法[4]，但它可能導(dǎo)致心肌細(xì)胞功能障礙并加重組織損傷[5-6]。因此，要想降低MI 的病死率，就需要臨床醫(yī)生對于MI的病理生理機(jī)制有更深入的認(rèn)識，同時盡快開發(fā)出減少心肌細(xì)胞死亡、促進(jìn)心臟修復(fù)的新治療策略。

外泌體是細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）的一個主要亞群，近年來受到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，在心血管系統(tǒng)中，外泌體與內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞等多種類型的細(xì)胞相關(guān)，可通過信號傳遞參與促進(jìn)血管生成、抑制心室重構(gòu)、改善心臟功能、抑制局部炎癥和調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答等生理過程[7-9]。了解心肌細(xì)胞對MI 的應(yīng)答機(jī)制對于治療方案的制定有著重要意義。因此，本文就近5 年有關(guān)MI 期間病理條件下心肌細(xì)胞來源的外泌體對于心臟影響的相關(guān)研究做一評述，并對心肌細(xì)胞來源的外泌體的作用機(jī)制進(jìn)行討論，以期為今后的研究提供借鑒與參考。

1 外泌體的特性

外泌體是由細(xì)胞通過胞吐作用分泌到細(xì)胞外空間的膜狀細(xì)胞外囊泡，是細(xì)胞間和細(xì)胞外通訊的信使，也是參與旁分泌功能的關(guān)鍵載體，通常大小在30 到200 nm 之間[10-12]。它們可以由各種類型的細(xì)胞釋放，如樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞、血小板以及間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）[2]，并且可以在大多數(shù)體液中被發(fā)現(xiàn)，包括血漿、血清、唾液、羊水、母乳和尿液等[13]。外泌體負(fù)載了微RNA（miRNA）、長鏈非編碼RNA（LncRNA）、蛋白質(zhì)等多種生物貨物，在眾多生理過程中傳遞信息，發(fā)揮重要作用[14]。

2 心肌細(xì)胞來源的外泌體的作用機(jī)制

在MI期間的不利的缺血缺氧微環(huán)境中，心臟內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞均會受到影響，包括心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，都顯示出發(fā)生凋亡[15]。盡管心肌細(xì)胞并不是典型的分泌細(xì)胞，但多項研究均證明，心肌細(xì)胞在健康和病理條件下都能夠分泌外泌體，參與介導(dǎo)健康細(xì)胞和受損細(xì)胞之間的通訊[16-18]。心肌細(xì)胞來源的外泌體可以調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、遷移、分化、存活和血管生成等生理過程，在缺血性事件中發(fā)揮重要作用[19]。外泌體的負(fù)載物會受各種病理狀態(tài)的影響，受影響的心肌細(xì)胞分泌的外泌體可以通過其攜帶的特定蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸反映其疾病狀態(tài)，這使我們能夠及時準(zhǔn)確地掌握疾病的臨床進(jìn)展。從機(jī)制上來看，心肌細(xì)胞來源的外泌體主要是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、影響相關(guān)通路等方式對心臟產(chǎn)生影響（見表1）。

表1 心肌細(xì)胞來源的外泌體的有效成分及作用機(jī)制Table 1 Active components and mechanism of action of cardiomyocyte derived exosomes

2.1 加劇疾病進(jìn)展

2.1.1 促進(jìn)細(xì)胞死亡 心肌細(xì)胞來源的外泌體中含有許多不同種類的非編碼RNA，尤其是miRNA，它們可以通過靶向不同的凋亡基因來達(dá)到調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的效果。然而，梗死后的心肌細(xì)胞分泌的外泌體中部分旁分泌因子的含量增加，這些外泌體被細(xì)胞攝取后，可能會進(jìn)一步加重心肌損傷。例如，Caspase是一組在程序性細(xì)胞死亡和炎癥中起重要作用的半胱氨酸蛋白酶，可以選擇性地切割某些蛋白質(zhì)，從而造成細(xì)胞凋亡[28]。一項研究表明，梗死心肌細(xì)胞分泌的外泌體中的miR-328-3p 含量顯著增加，該miRNA 可激活細(xì)胞內(nèi)Caspase 的相關(guān)信號通路從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[18]。梗死心肌細(xì)胞還能夠通過直接傳遞外泌體到相鄰的心肌細(xì)胞，促進(jìn)其凋亡，進(jìn)一步加重心肌梗死。類似的研究也證明，梗死心肌細(xì)胞外泌體中的miR-19a-3p富集，被內(nèi)皮細(xì)胞吸收后可通過靶向缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）的表達(dá)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管生成，并減弱MI后小鼠的心臟功能[20]。

缺氧是MI 后心肌細(xì)胞凋亡的重要因素之一[29]。低氧環(huán)境還可以激活轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）及其下游信號通路，從而調(diào)節(jié)心臟成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）的增殖和凋亡[30]。LncRNA 也在外泌體中發(fā)揮重要作用。缺氧暴露上調(diào)了心肌細(xì)胞和外泌體中LncRNA AK139128 的表達(dá)，并且該LncRNA在體外和體內(nèi)均促進(jìn)了CFs的細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞增殖，從而加劇MI 后的心肌損傷[21]。

2.1.2 加劇炎癥 MI 后，心肌細(xì)胞的死亡會激活心肌組織的炎癥反應(yīng)，而這種炎癥反應(yīng)的嚴(yán)重程度和持續(xù)時間與心肌損傷的程度密切相關(guān)[2]。過度或過長的炎癥會促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）降解，導(dǎo)致心室擴(kuò)張性重塑[31]，因此及時抑制炎癥反應(yīng)是治療中極為重要的一環(huán)。從炎癥方面來看，MI后的心肌細(xì)胞分泌的外泌體對不同炎癥細(xì)胞都具有調(diào)控作用。MI 會暫時增加心臟內(nèi)EVs 的產(chǎn)生，表現(xiàn)為外泌體和微泡，主要來源于心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。積聚在缺血性心肌中的EVs 被浸潤的單核細(xì)胞迅速吸收后，單核細(xì)胞釋放趨化因子和炎性細(xì)胞因子調(diào)節(jié)并促進(jìn)局部炎癥反應(yīng)[32]。巨噬細(xì)胞在炎癥的進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用[33]。在MI 后早期，M1 巨噬細(xì)胞被招募到梗死心肌中，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吞噬活性[34]。在動態(tài)的MI 后環(huán)境中，多種細(xì)胞因子和基質(zhì)細(xì)胞蛋白都能夠調(diào)控巨噬細(xì)胞的表型變化[35-37]。MI 可導(dǎo)致心肌細(xì)胞發(fā)生鐵死亡，而鐵死亡的心肌細(xì)胞分泌的外泌體中由于miR-106b-3p 含量降低，導(dǎo)致Wnt 信號通路激活并促進(jìn)心臟巨噬細(xì)胞M1極化，進(jìn)一步加重心肌炎癥[22]。

2.1.3 促進(jìn)心臟纖維化 心肌細(xì)胞外泌體還能夠影響心臟纖維化。心臟纖維化主要由活化的CFs 介導(dǎo)，是不利的心臟重塑，也是幾種不同形式的心臟損傷的結(jié)果[38]。缺氧心肌細(xì)胞將含有miR-208a 的外泌體分泌到纖維化心臟中的CFs中，促進(jìn)CFs增殖和肌成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)心臟纖維化，使心臟功能進(jìn)一步惡化[23]。

2.2 緩解心臟受損

缺血或缺氧狀態(tài)下的心肌細(xì)胞分泌的外泌體能夠一定程度地減弱心臟功能，甚至加劇心肌損傷，但也存在部分與之情況相反的研究。例如，一項研究證明，缺血性心肌細(xì)胞分泌的外泌體可以保護(hù)心肌免受氧化誘導(dǎo)的損傷，并通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和萌芽來刺激新生血管的形成，缺血性外泌體中含量相對最豐富的miRNA——例如miR-222 和miR-143 可以部分概括其血管生成作用[24]。類似研究也表明，源自缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞外泌體中的circHIPK3 通過靶向抑制miR-29a 活性使血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）表達(dá)增加，從而促進(jìn)心臟內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)程，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、遷移和管形成[25]。

在炎癥方面，MI進(jìn)展到后期時，具有抗炎和修復(fù)心肌作用的M2巨噬細(xì)胞占據(jù)主導(dǎo)地位[39]。研究表明，缺氧心肌細(xì)胞外泌體可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化為M2 巨噬細(xì)胞，從而減輕缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷[26]。但該研究并沒有識別和闡明缺氧心肌細(xì)胞外泌體介導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化詳細(xì)的機(jī)制，還需要進(jìn)一步的研究。

除了對心臟內(nèi)細(xì)胞的影響，心肌細(xì)胞來源的外泌體對于體內(nèi)其他細(xì)胞的影響也值得探究。一項體外研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞來源外泌體還能夠通過影響MSCs來修復(fù)受損心肌。CHEN等將缺血心肌細(xì)胞與MSC在體外共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)來自缺血心肌細(xì)胞外泌體的LncRNA KLF3-AS1通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控正向介導(dǎo)STAT5B基因的表達(dá)，可誘導(dǎo)MSCs分泌胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）以挽救心肌損傷[27]。

總而言之，心肌細(xì)胞來源的外泌體具有加劇疾病進(jìn)展和促進(jìn)心肌修復(fù)的雙重作用，不僅能夠具體地反映MI對于心臟的影響機(jī)制，同時也為MI的治療靶點(diǎn)和治療性外泌體的來源提供了新的選擇。因此在未來的研究中，對于缺血/缺氧心肌細(xì)胞分泌的外泌體中的旁分泌因子的靶細(xì)胞及其具體作用還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，根據(jù)具體機(jī)制創(chuàng)造出相應(yīng)的治療方法。

3 小結(jié)與啟示

MI患者的循環(huán)外泌體中有部分LncRNA的表達(dá)顯著升高，并且與心肌損傷標(biāo)志物、預(yù)后炎癥標(biāo)志物等臨床參數(shù)存在相關(guān)性[40]。從這個角度來看，心肌細(xì)胞來源的外泌體具有成為生物標(biāo)志物的潛力，可能成為MI的監(jiān)測、診斷和預(yù)后強(qiáng)有力的新工具[41]。

從治療方面來看，干細(xì)胞療法在心血管疾病中的有效性已得到證實[42-43]，而基于外泌體的無細(xì)胞治療方法正在成為治療心血管疾病的新焦點(diǎn)。雖然到目前為止，還沒有正在進(jìn)行的使用外泌體治療MI患者的臨床研究，但是多項臨床前動物實驗已經(jīng)證明外泌體治療在MI動物模型中具有改善心功能、減輕炎癥反應(yīng)以及減少細(xì)胞凋亡和自噬的潛力[44]。除了治療作用，外泌體的低毒性、免疫原性、生物相容性等眾多優(yōu)勢使其成為遞送藥物的有前途的天然載體，具有成為新一代納米型藥物載體的潛力[45]。我們相信外泌體有望在未來的臨床上得到應(yīng)用。

綜合來看，接下來的研究不僅需要確定MI后心肌細(xì)胞來源的外泌體特定的分子貨物及其產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)制，進(jìn)一步深化對MI 的病理生理特點(diǎn)的認(rèn)識；同時應(yīng)該針對外泌體的生物特性，從治療效益、藥物遞送、生物標(biāo)志物等多方面對其展開研究，為外泌體進(jìn)入臨床使用奠定基礎(chǔ)。