干细胞源性外泌体在急性心肌梗死治疗中的研究进展.pdf

分分子子生生物物医医学学干细胞源性外泌体在急性心肌梗死治疗中的研究进展张凯杰林剑龙陈丽婷苏菲菲蓝小华范兴满田建伟(.河北北方学院研究生院河北 张家口 .空军特色医学中心心血管内科北京.安徽医科大学空军临床学院合肥):/基金项目:空军装备综合研究科学研究项目()通信作者:田建伟:.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()摘要:干细胞移植是目前治疗急性心肌梗死()的新方法近年来发现干细胞对心脏的保护作用主要取决于旁分泌方式而外泌体是干细胞旁分泌的一种重要介质因此干细胞对心脏的保护作用可能是通过外泌体实现的 在 发生时、发生后及缺血再灌注损伤状态下外泌体在免疫调节和心脏保护(如降低炎症反应、减少细胞凋亡、增加血管增殖、抑制心肌纤维化)方面表现出干细胞的促进再生特性 这为 后心脏无细胞治疗提供了一种思路可能成为基于干细胞疗法更有效的创新治疗策略关键词:急性心肌梗死心肌缺血干细胞外泌体 .:.:().:急性心肌梗死()是指冠状动脉血流急性中断供血区域心肌持续缺血缺氧所致的病理生理变化 发生时梗死区域缺少来自冠状动脉的血流致使心肌细胞缺血缺氧启动凋亡程序炎症细胞受到趋化作用而在梗死区域聚集且炎症因子在梗死区域附近释放造成心肌细胞不可逆损伤 周后由于心肌细胞的不可逆再生特性心脏实质细胞被瘢痕组织取代虽然瘢痕组织在一定程度上可以维持心脏的功能但过度纤维化将导致心脏肥大使其失去原本的收缩与舒张功能最终导致心力衰竭 因此 时保护心肌细胞免受凋亡对于维护心脏功能尤为重要 治疗 的最终目标是刺激梗死区域组织的再生从而恢复受损心肌的功能 通常将溶栓、介入手术作为血管再通的治疗手段但并非所有患者均能够取得良好疗效 因此目前需要寻找一种新的治疗策略以通过减少 后心肌细胞的死亡改善心脏功能 研究表明细胞外囊泡()在远距离传递复杂信息方面发挥重要作用如外泌体和微泡 外泌体是细胞间信号医学综述 年 月第 卷第 期 转导的重要媒介其可以通过靶向各受体细胞发挥心脏保护作用 研究表明外泌体中的微(/)在许多生物学过程中发挥重要作用 源自心脏和非心脏干细胞外泌体的心脏保护和再生特性非常有助于无细胞心脏治疗和梗死后心肌的再生 近年来再生医学领域关注点聚焦于干细胞移植疗法而干细胞主要通过旁分泌方式发挥心脏保护作用其在动物模型中对 的治疗效果显著通过探讨干细胞源性外泌体在 发生发展过程中的心脏保护机制为 的临床治疗指明了新的方向未来可能成为一种新型治疗策略 现就干细胞源性外泌体在 治疗中的研究进展予以综述以探讨干细胞源性外泌体对 治疗的意义 外泌体概述在细胞外空间释放的 膜由脂质双分子层组成囊泡内包裹可溶性胞质物质和核成分 包括凋亡小体、外泌体和微泡 其中外泌体是天然的膜状纳米颗粒直径为 质膜的连续内陷最终导致多泡体的形成其可以与其他细胞内囊泡和细胞器相交从而导致外泌体成分的多样性 外泌体的生成经历质膜的双重内陷第一次内陷伴随着亲代细胞的内吞作用然后在细胞质中产生早期内体 早期内体可以成熟为晚期内体继而形成多泡体或多泡内体 多泡体将经历第二次质膜内陷从而形成腔内囊泡 腔内囊泡与胞膜融合释放外泌体 外泌体不仅含有蛋白质、脂质、线粒体、信使、非编码 和源细胞的代谢物而且还保持囊泡成分的稳定性 不同种类的细胞可以释放各种类型的外泌体包裹的物质多种多样 外泌体的构成及其生物活性在很大程度上取决于母细胞 此外外泌体通过多种方式将细胞间信号传递给受体细胞包括受体介导的下游信号的激活、受体细胞蛋白酶切割外泌体释放可溶性配体、与受体细胞质膜融合、受体介导的内吞作用等 表明外泌体可以将非编码 从母细胞转移到受体细胞从而调节受体细胞的表型和蛋白表达 干细胞源性外泌体在 治疗中的调节作用与人类干细胞疗法类似许多研究人员已经研究了外泌体在 动物模型中的有效性 干细胞衍生的心脏保护性外泌体在 治疗过程可降低炎症反应、减少细胞凋亡、增加血管增殖、抑制心肌纤维化等其代替干细胞用于心肌再生有 个优点:外泌体疗法携带活性分子进入靶细胞如信使、和蛋白质活性小分子物质可以经源细胞操纵或外部手段进行修饰这种治疗方法可以很大程度降低免疫原性 与常规干细胞移植疗法相比外泌体疗法显示出无畸胎瘤发展、最小的免疫原性和极低的肿瘤发生潜力 与脂质体、纳米颗粒、微球、微乳液和其他合成载药体相比外泌体所具备的内源性是天然且独特的优势现主要关注间充质干细胞()、心脏祖细胞()、心肌球源性干细胞()源性外泌体根据来源不同 可分为骨髓源性()、脂肪组织源性()、人脐带源性().源性外泌体()研究发现 对心脏的保护作用可能是通过外泌体等旁分泌因子实现的 心肌细胞摄氧量仅次于脑细胞对氧气的高敏感性导致其对缺血缺氧耐受性较差 当来自冠状动脉的血流中断时心肌细胞启动凋亡、氧化应激、自噬最终梗死区域丧失原有的心功能 对 的保护机制主要体现在梗死后抗凋亡、抗氧化应激、调节自噬方面 现分别介绍源自不同类型 的外泌体在 后发挥的心脏保护作用.源性外泌体()心肌细胞极易受到缺血缺氧或氧化应激的影响而发生凋亡因此有效抑制心肌细胞免受凋亡是 发挥心脏保护作用的关键 等发现干细胞源性外泌体包裹的活性物质中许多 分子具有抗凋亡、抑制氧化应激的作用可以增加 水平缓解氧化应激激活磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶 通路从而增强缺血再灌注损伤后心肌细胞的活力减小心肌梗死面积并减少全身炎症 这说明外泌体具有增强梗死区域心肌修复减小心肌梗死面积的能力 有实验证明 有 条途径缓解心肌细胞医学综述 年 月第 卷第 期 氧化应激:可靶向抑癌基因 的非翻译区可减少细胞核中活性氧自由基可激活心肌细胞中磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶 信号通路进而恢复小鼠心脏功能 在 中 通过靶向检查点激酶/通路抑制心肌细胞自噬有效减少心肌细胞凋亡 另一项研究表明 中 通过降低凋亡诱导因子 和磷酸化蛋白激酶 的表达抑制心肌细胞凋亡 后有效促进心肌细胞数量的恢复以及建立血运循环对梗死后心脏功能的改善及预后至关重要 目前 已经成为调控细胞周期、促进细胞再生及血管增殖的重要工具此外 在免疫调节和心脏保护方面表现出其母细胞的特性其作用甚至强于母细胞 与 相比 中 和 的表达增加表明衍生的外泌体的治疗效果优于 本身 另有动物实验从 中分离出外泌体向大鼠梗死心脏输注处理过的 或外泌体结果显示与单独使用外泌体或 治疗组相比心肌内输注外泌体后移植 组梗死面积进一步缩小血管增殖加快心脏功能改善这可能成为基于干细胞疗法更有效治疗 的新策略外泌体在 后炎症反应及免疫调节等病理生理过程中扮演重要角色有研究发现通过分泌 可以极大地抑制由 诱导的炎症细胞因子包括白细胞介素、白细胞介素 和肿瘤坏死因子并靶向促凋亡蛋白(如 配体和人第 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因)以缓解 与 相比用低剂量脂多糖处理 后收集的外泌体在缓解 后炎症、抑制心肌细胞凋亡以及介导巨噬细胞极化方面具有更好的疗效有望成为临床治疗 的无细胞治疗策略 此外心脏发生缺血再灌注损伤时 可通过靶向心肌细胞中的沉默信息调节因子 下调 相关 蛋白和胱天蛋白酶、上调 降低白细胞介素、白细胞介素 和肿瘤坏死因子 水平显著提高细胞活力降低心肌细胞凋亡率.源性外泌体()在脂肪组织中的浓度远高于骨髓和其他组织来源 且干细胞从脂肪组织中获取相较于骨髓侵入性更小且安全 通过旁分泌方式释放外泌体随后向心肌细胞及固有心脏干细胞等受体细胞传递、信使、蛋白分子等抑制细胞凋亡促进细胞存活增殖、血管再生是细胞间生物活性物质交换的重要工具 是一类成体干细胞群能够自我更新并分化成许多细胞谱系由于 能够促进血管形成分化为内皮细胞和周细胞样细胞并分泌促进血管生成的生长因子和 使其成为细胞治疗和组织缺血等条件下再生医学的理想选择 等证明用过表达 的 处理处于 炎症阶段的梗死心肌可以显著降低炎症细胞因子的表达并减少心脏纤维化表明 可以保护心肌细胞免于凋亡减轻炎症和纤维化从而防止心肌损伤有利于血管生成和心肌修复因此富含 的外泌体可作为一种新型的治疗方案 等研究表明 通过/缺氧诱导因子/缺氧诱导因子 通路促进小鼠缺血后肢和心脏的血管生成以改善 造成的损伤 等发现 可通过 信号通路减轻 处理小鼠的心脏损伤并促进心脏功能恢复表明含有 的 在 诱导的心脏损伤中极具治疗潜力 等发现 中具有大量的 其可通过靶向/髓细胞白血病 信号通路减弱缺氧后复氧诱导的小鼠心肌细胞功能障碍 此外还可参与免疫调节有实验证实 能够显著促进巨噬细胞极化并抑制核因子 和转化生长因子的表达从而缓解炎症反应与心肌纤维化.源性外泌体()与其他 相比具有“三低二高”的优势表现为免疫原性低、成本低、侵袭性低、基因转染效率高、细胞含量高的特点 对 和心肌细胞缺氧损伤小鼠模型具有保护作用但其确切机制尚未清楚 中的 样因子反义 作为竞争性内源 可调节 介导沉默信息调节因子 的表达从而调节心肌细胞焦亡和心肌梗死进展 研究显示与假手术组和对照组相比心肌梗死模型组梗死区域心肌组织二价金属离子转运蛋白 的表达明显增加梗死心肌和医学综述 年 月第 卷第 期 缺氧损伤心肌细胞出现铁蛋白分泌减少现象而 可能通过 抑制梗死心肌二价金属离子转运蛋 的表达从而抑制铁蛋白的分泌减轻心肌损伤 有研究表明 可以抑制心肌细胞的凋亡在 的心肌组织中检测到比正常组织更低的 而 显著增加了 的释放且可以通过减少炎症因子的释放缓解缺血性损伤 此外 参与调节局部 后的免疫微环境如 等发现用 治疗的大鼠梗死区域心肌组织中抗炎性细胞因子上调促炎性细胞因子下调 此外 等发现过表达外泌体的 可以减轻缺血再灌注后与 相关的心脏损伤由于 创造了抗炎环境增加了调节性 细胞极化并调节巨噬细胞分化 目前对 的研究较少实验证据有限其作为一种新型的生物制剂具有较强的促进细胞存活及免疫调节能力对 的治疗具有良好的应用前景值得深入研究.源性外泌体()祖细胞是一种具有预先确定分化命运以及有限分化为其他类型细胞潜力的干细胞是细胞在彻底分化之前的中间细胞与干细胞相比其分化具有更多的目标性 可以分化为内皮细胞和心肌细胞 可通过调节 或靶基因的表达减少细胞凋亡促进心脏功能恢复在缺氧条件下富含抗纤维化 的外泌体从 转移至成纤维细胞从而释放心脏保护性热激蛋白 等保护性信号减少心脏纤维化和细胞凋亡并通过血管生成作用增加血管密度 分子实验表明与 相比妊娠相关血浆蛋白 是 中含量最高的一种蛋白质由于其免疫调节作用注射 可以减少 巨噬细胞的浸润.源性外泌体()是一组特殊的 它们可以激发内源性心脏修复机制缓解 导致的心肌损伤具有减少细胞凋亡、促进梗死区域血管再生的能力 具有一定的免疫调节能力其中高表达的 通过靶向蛋白激酶 发挥免疫调节功能其能够减少梗死组织内的 巨噬细胞改变巨噬细胞极化表型加速巨噬细胞清除梗死区域细胞碎片 体外真皮组织中 或 释放的外泌体在抑制心肌细胞凋亡、促进心肌细胞再生以及刺激梗死区域血管生成方面均具有心脏保护作用 与成纤维细胞释放的外泌体相比注射到梗死边界区域的 可减少瘢痕、增加心脏质量和梗死壁厚度并改善小鼠的整体心脏功能同时 在体内可减少梗死边界区域和瘢痕中凋亡心肌细胞的数量增强大鼠冠状动脉闭塞后的整体心脏功能 此外有实验还发现 源性外泌体通过上调精氨酸酶 促进 型巨噬细胞极化为促血管生成表型在免疫调节及血管增殖方面发挥重要作用 外泌体作为药物载体的潜力外泌体可以被修饰成为将生物活性分子转移到特定细胞的有效传递工具 鉴于外泌体的载体能力其表现出输送含有蛋白质或干扰小 生物制剂的潜力 通过外部手段修饰的外泌体可表现出更强的治疗作用如 等发现经巨噬细胞移动抑制因子()修饰后的 表现出更强的心脏保护作用修饰后的外泌体可通过促进血管生成、抑制细胞凋亡、减轻纤维化、保护心功能发挥心肌保护作用 与原始 和 下调的 相比 修饰后的 能显著促进人脐静脉内皮细胞的增殖、迁移和血管生成抑制 心肌细胞的凋亡 研究显示用阿托伐他汀预处理的 分泌的外泌体具有升高长链非编码 水平的作用并介导其下游信号通路以减少炎症细胞因子促进血管生成减小梗死面积从而改善 后的心室功能因此外泌体可作为药物递送载体而个性化的外泌体模拟纳米囊泡作为一种新型的药物递送系统可能成为未来的新型治疗策略 小 结外泌体是细胞间信号转导的重要介质之一其通过抗炎、抗凋亡等改善梗死后的心功能 干细胞源性外泌体具有巨大的治疗潜力可以克服干细胞治疗的缺点并且开辟再生心血管医学的新领域然而当前外泌体在心血管疾病治疗方面的研究处于起步阶段其包裹的蛋白质、脂质、和源细胞代谢物的作用及其分子通路有待进一步研究 尽管在医学综述 年 月第 卷第 期 细胞与动物实验研究中干细胞源性外泌体治疗 取得了一定效果但如何应用于临床还需要深入研究 因此为确保外泌体治疗剂的安全性和有效性未来仍需大量的研究明确干细胞源性外泌体在 中的作用机制及临床指导意义参考文献 .:.():.():.:.():.():.():.():.:.():.():.():.:.():.:.():.:.():.:.:.:.():.?.():./.:.:./.():.():.:.():.().:.:.():.():.():.医学综述 年 月第 卷第 期 .(/):.:.()():./.():.():./.:.():./.():./.:./.():./.():.():./.():.():.():.:.():.():.:.():.:.():.():.():.:.():.():.():.():.():.():.():.():.():.收稿日期:修回日期:编辑:黄晓芳医学综述 年 月第 卷第 期