冠状动脉阻塞导致心肌缺血，通常采用溶栓或经皮冠状动脉介入治疗的方法进行再灌注治疗，心肌再灌注将进一步导致缺血再灌注损伤 [1,2]。目前临床上尚缺乏针对心肌缺血再灌注损伤的有效的治疗措施。有研究证实外泌体介导的细胞间信息交流广泛参与了心肌缺血再灌注损伤的病理生理过程，具有潜在的治疗价值。本文对外泌体、心脏中的外泌体及不同来源外泌体与心肌缺血再灌注损伤的研究做一综述。
一、外泌体
1．外泌体的起源、结构及生物学特征：
外泌体是由细胞主动分泌的具有双层脂质膜结构的小囊泡，囊泡内携带有大量信号分子，可介导细胞间的物质交换与信息传导。早在 20 世纪 80 年代科学家第一次在羊的网织红细胞中发现此种细胞外囊泡，当时误认为它是细胞的垃圾站，参与细胞表面分子的清除 [3]。
然而，近年来越来越多的研究揭示外泌体在调控各类细胞生物代谢进程中有更广泛的角色，包括细胞与细胞之间的信息交流 [4,5]。通常情况下，细胞外囊泡主要包括外泌体、微泡、凋亡小体 [6]。外泌体的直径约为 40～100 nm，电镜下呈圆形或椭圆形的膜性囊泡结构，直径介于 100～1 000 nm 的被命名为微泡或微粒，直径>1 000 nm 且内含胞质、细胞器及核碎片的小体则是凋亡小体。
不同细胞来源的外泌体表面均携带大量保守信号分子，如 CD9、CD63、CD81、Alix 和 Tsg101 等。外泌体来源的细胞类型不同，其内含有的生物活性物质也不尽相同，主要包含蛋白质、微小（micro）RNA、信使（m）RNA 和 DNA[7]。外泌体广泛存在于细胞培养上清和各种体液中，包括血液、尿液、唾液、精液、乳汁、脑脊液等 [8]。几乎所有的细胞都能分泌外泌体，研究已证实的细胞有血小板、淋巴细胞、脂肪细胞、肌细胞、肿瘤细胞、胶质细胞、干细胞等。
2．外泌体的生成：
外泌体的生成机制十分复杂，目前学界存在多个假说，绝大多数研究者较为认同的机制是，外泌体起源于细胞内吞系统的晚期胞内体，胞内体通过" 逆出芽" 的方式向内出芽形成多个小囊泡，包含部分基质成为多囊泡胞内体，多囊泡胞内体随后与细胞膜融合，被包裹的小囊泡即被释放入细胞外空间形成外泌体 [9,10]。
二、心脏中的外泌体
通常认为心脏是一种非分泌器官，但在各种压力条件下也能释放细胞因子、生长因子和促炎分子。近年来很多研究证实心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞均可通过释放细胞外囊泡（包括外泌体和微泡）与其他的细胞进行信息交流 [11]。
心肌细胞不是分泌型细胞，却可释放细胞因子和生长因子，如 A 型利钠肽（ANP）、B 型利钠肽（BNP）、转化生长因子（TGF）-β、肿瘤坏死因子（TNF）-α、外泌体。有研究显示心肌细胞外泌体富含 Hsp60，释放到细胞外空间后通过激活 Toll 样受体诱导心肌细胞凋亡 [12,13]。
Yu 等 [14] 研究发现缺氧的心肌细胞释放的外泌体负载有 TNF-α，该因子可促发细胞死亡。而且，心肌细胞外泌体内容物高度依赖于其所处的生理环境和刺激类型 [15]。研究证实缺血预处理可促进外泌体释放，帮助传递心脏保护性信号到心肌 [16,17]。相反，成纤维细胞外泌体携带了许多对心肌细胞不利的因子或物质。
使用成纤维细胞和心肌细胞共培养的培养基或仅用成纤维细胞的培养基处理心肌细胞均可导致心肌细胞肥大 [18,19]。另有研究显示外泌体是通过递送 microRNA-21 引起心肌细胞大小的改变，microRNA-21 是在心肌发生肥厚性病变时由成纤维细胞分泌释放，通常负责细胞内物质的降解 [20]。
三、不同来源的外泌体与心肌缺血再灌注损伤
1．心脏祖细胞（cardiac progenitor cell, CPC）来源外泌体：
Chen 等 [21] 首次证实 CPC 来源的外泌体可作为心肌保护效应的治疗载体。在小鼠的心肌缺血再灌注损伤模型中发现心肌内注射 CPC 来源的外泌体可抑制心肌细胞凋亡，抑制心肌缺血再灌注损伤。研究证实 CPC 来源外泌体富含 microRNA-451、44。体外实验进一步证实 CPC 来源外泌体可通过抑制 caspase3、7 活化抑制 H9C2 心肌细胞的氧化应激损伤。提示 CPC 来源外泌体可抑制心肌缺血再灌注损伤中的心肌细胞死亡，其可能通过外泌体携带的 microRNA 参与调控心肌细胞凋亡相关通路进而发挥心肌保护效应。
缺氧可刺激小鼠 CPC 释放外泌体，并且可调控外泌体内的分子组成。Gray 等 [22] 发现 CPC 在缺氧状态下分泌释放的外泌体不仅能促进内皮细胞血管生成，还能抑制 TGF-β刺激的成纤维细胞促纤维化基因的表达。
在大鼠心肌缺血再灌注损伤中递送缺氧 CPC 来源的外泌体，发现其可加强心脏泵功能、抑制心肌纤维化, 这一效应很可能与缺氧初期 CPC 释放的外泌体中促血管生成基因、抗纤维化基因和某些 microRNA（如 microRNA-17、199a、210、292）表达上调相关。综上所述，CPC 来源的外泌体可作为心肌保护效应的治疗载体，这种保护效应与外泌体携带的生物分子尤其是某些 microRNA 密切相关，而 CPC 经缺氧预处理不仅能增加外泌体的释放，还能调控外泌体内的分子组成，强化其治疗作用。
2．诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS）来源外泌体：
Wang 等 [23] 从小鼠心脏分离获得成纤维细胞，进一步培养为 iPS，进而从 iPS 培养上清分离提取外泌体。体外实验发现 iPS 来源的外泌体可通过抑制 caspase3、7 的活化抑制 H9C2 心肌细胞双氧水诱导的氧化应激损伤。心肌缺血再灌注损伤在体小鼠模型中也发现心肌内注射 iPS 分泌的外泌体可抑制心肌细胞凋亡。
进一步研究证实 iPS 来源的外泌体其心肌保护效应由其递送的 microRNA-21 和 210 介导。上述研究提示，iPS 来源的外泌体在心肌缺血再灌注损伤中也具有心肌保护效应, 与其携带的 microRNA 调控心肌细胞凋亡相关途径关系密切。iPS 分泌的外泌体代表了一种新型的生物纳米微粒，既能发挥 iPS 的保护效应，又能避免其致瘤的风险，很可能成为一种治疗心肌缺血再灌注损伤的有效手段。
3．间充质干细胞 (mesenchymal stromal cells,MSC) 来源外泌体：
已有研究显示人类胚胎干细胞来源的 MSC 也可释放外泌体发挥心肌保护效应。有研究在小鼠心肌缺血再灌注损伤模型中发现心肌内递送 MSC 分泌的外泌体可使心肌梗死面积减少 45%，有效提高心肌细胞存活率；该研究团队进一步证实 MSC 来源的外泌体是通过增加 ATP 水平、减少氧化应激、活化 PI3K/Akt 途径增加心肌活性、阻止逆向重构的 [24,25]。
近年来，有研究显示缺血预处理的 MSC 分泌的外泌体中 microRNA-21、22、199a-3p、210 和 24 含量增加，且可明显抑制心肌纤维化和凋亡 [26]。研究进一步证实 MSC 分泌的外泌体的抗凋亡效应通过递送 microRNA-21 靶向作用于甲基 CpG-结合蛋白 2 实现 [26]。提示 MSC 的心肌保护效应可能通过其分泌的外泌体介导，缺血预处理可通过递送富含 microRNA-22 的外泌体进一步增强 MSC 介导的心肌保护效应。
4．血浆外泌体与预处理：
以往关于外泌体与心肌缺血再灌注损伤的研究集中于外源性干细胞分泌的外泌体，而新近有研究证实内源性血浆外泌体也具有心肌保护效应。Vicencio 等 [27] 在大鼠的心肌缺血再灌注损伤的离体灌注模型、在体模型及体外细胞模型中均证实内源性血浆外泌体可通过激活 Toll 样受体 4 介导的 Hsp70 依赖机制递送内源性心肌保护信号，从而激活心肌的促存活途径。
心肌远端缺血预处理是指在持续性心肌缺血前，远端器官或心肌区域给予短暂的缺血处理 [28]。缺血预处理对心肌缺血再灌注损伤具有明显的保护作用，但其机制仍未彻底阐明。经过 3 个循环短暂缺血预处理的有氧灌注的离体大鼠心脏其冠状动脉灌注液中的细胞外囊泡（包括外泌体）数量较单纯有氧灌注的离体大鼠心脏多。
来自缺血再灌注供体心脏的冠状动脉灌注液在一定程度也能减少心肌梗死面积，而消耗灌注液内的细胞外囊泡其保护效应可完全消失 [29]。冠状动脉远端缺血预处理可上调外泌体中的 microRNA-144 前体和心肌中 microRNA-144 水平 [17]。系统性的 microRNA-144 治疗亦可减少心肌梗死面积，而特异性的 microRNA-144 反义寡核苷酸却能完全抑制这种远端缺血预处理效应。
另有研究发现在心肌缺血预处理过程中血浆外泌体水平升高，且此时分泌的外泌体中富含胰岛素样生长因子 1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）受体和 microRNA-29c[30]。IGF-1 在促进组织生长及修复中的积极作用是确切的，而 microRNA-29c 也已被证实具有抗肝纤维化的作用，其可能是缺血预处理的保护机制之一，即通过血浆外泌体（即循环外泌体）携带保护性信号随血液循环到达远隔的心肌组织进而抑制心肌缺血再灌注损伤。
综上所述，外泌体内容物主要为蛋白质、RNA, 尤其是其中的 microRNA 能有效抑制心肌缺血再灌注损伤，另外蛋白质也是影响心肌缺血再灌注损伤的重要因素。在心肌缺血再灌注损伤中外泌体可作为生物信息的载体，通过递送介质改变机体病理生理状态。在体液（如血液、脑脊液）检测中，外泌体是一种易被低估的生物信息资源，而其却与疾病的发生、发展密切相关。
外泌体极有可能作为诊断疾病及预后的有效生物标志物。如何在体液中有效提取并纯化外泌体仍需进一步研究。利用" 组学" 技术识别外泌体内的功能性介质及提供外泌体的表征数据是问题的关键所在。值得注意的是，外泌体只是细胞间信息交流的众多方式之一, 对细胞其他分泌物（包括蛋白、多肽、脂质、非编码 RNA 等）进行更广泛的分析是非常有必要的。
目前有多个难题阻碍了科研工作者对外泌体真实生物学功能的探究，在心血管领域表现得尤为明显。目前关于外泌体绝大部分的认识主要来源于细胞培养，对来源于心脏、血管壁及循环细胞外泌体的时间和空间释放信息知之甚少。同时，对于母细胞胞内体" 逆出芽" 的可视化信息和不同亚细胞间隔释放的外泌体的相关信息也缺乏认识。
更准确地评估外泌体在心血管病理生理过程中的作用，还需要构建新型转基因动物模型来研究调控外泌体合成、分泌和清除的关键信号通路。目前关于外泌体与心肌缺血再灌注损伤的研究提示外泌体极具治疗潜能，很有可能通过生物工程技术使外泌体表达特异性分子靶向作用于心肌细胞进而提高心脏泵功能，改善患者预后。
参考文献（略）
本文转自《中华心血管病杂志》微信号
