不同來源外泌體在子癇前期發病和治療中的作用

孟斐，劉慧強

子癇前期（preeclampsia，PE）是出現在妊娠20周或之后的以高血壓為基礎的多系統受累和損害的綜合征，以新發高血壓、蛋白尿或多臟器功能障礙為主要特點，包括心臟、肝臟和腎臟等，是妊娠期最嚴重的并發癥之一[1]。每年全球約有1 000 萬女性患上PE，其中約7.6 萬名女性和約50 萬名嬰兒死于PE及其相關的高血壓疾病。針對這種多因素多系統的婦科疾病，近年來學者們提出了可能的發病機制，但其確切的發病機制尚未闡明，且缺乏有效的治療[2]。目前對于大多數PE 患者來說，控制病情的最佳方法只有終止妊娠，所以對PE 患者的早發現早治療尤為重要。外泌體（exosomes）是一種主要存在于細胞外的微泡，且大部分細胞都可以分泌外泌體。隨著相關研究的深入，外泌體的應用越來越廣泛，其功能不僅與細胞內代謝廢物排出有關，還具有細胞間通訊、抗原提呈、免疫調節、促凋亡或抗凋亡作用等生物學功能[3]，以及作為生物標志物診斷疾病[4]，作為治療性外泌體治療臨床疾病[5]，作為藥物遞送載體作用于靶器官，調節子宮內膜蛻膜化[6]，促進血管內皮細胞的增殖、遷移和生成血管[7]等臨床應用功能。研究表明，不同細胞來源外泌體可能通過多種途徑參與PE 的發生發展，也可能作為PE 潛在的標志物，還可能作為PE 的靶向治療方法。綜述不同來源外泌體在PE 發病中的特點及發揮的作用。

1 PE 發病機制

PE 的病因和發病機制至今尚未完全闡明。Redman 等[8]在2009 年提出PE“二階段模式”學說，也是目前認可比較廣泛的PE 發病機制，即第一階段發生在妊娠前半期，因胎盤發育不良導致PE 發生，無臨床癥狀；第二階段發生在妊娠后半期，胎盤處于氧化應激和炎癥狀態，可溶性血管內皮生長因子受體-1（sFlt-1）、可溶性內皮素（soluble Endoglin，sEng）等引起母體系統性炎癥，出現新發高血壓和蛋白尿等臨床癥狀。隨著近年對發病機制研究的不斷深入，Redman[9]在2014 年提出更加完善的“六階段模式”，其本質上是在二階段模式上做了更加細化的時間分段和內容補充。目前國內外相關研究認為PE 的發病機制是遺傳與環境交互作用的結果，其中妊娠早期胎盤局部缺氧導致的滋養細胞淺著床、子宮螺旋動脈重鑄障礙是主要病理特點。PE 發病還與顯著的血小板活化有關。Kohli 等[10]發現，外泌體在胎盤中特異性誘導血栓炎癥反應，激活的母體血小板會導致滋養細胞中NLRP3-炎性小體激活，該炎性小體激活會引起“類似PE 反應”，其特征是妊娠失敗、血壓升高、血漿sFlt-1 增加和腎功能不全。此外，氧化應激、免疫失衡、炎癥激活、血管內皮損傷和遺傳等因素也可能是PE 的發病機制[3]。比如細胞因子信號傳送阻抑物1（suppressor of cytokine signaling 1，SOCS1）/JAK/信號轉導及轉錄活化因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路，近年研究證明，PE 人群中SOCS1 和γ 干擾素（interferon-γ，IFN-γ）表達水平高于健康人群。JAK/STAT 介導多種細胞因子和生長因子，以SOCS 家族蛋白為支撐：①大多STAT依賴的基因具有促炎作用，參與PE 發病機制的炎癥激活階段。而SOCS 蛋白是JAK/STAT 激活因子通路中重要的負調控蛋白，參與抑制多種細胞因子通路[11]。②絨毛外滋養細胞（extravillous trophoblast，EVT）侵襲減弱，導致胎盤淺著床，也是PE 發病機制之一。IFN-γ 通過促進EVT 凋亡，避免EVT 過度侵襲[12]。因此，SOCS1 可以通過STAT 抑制信號應答IFN-γ 刺激，抑制炎癥，降低PE 發生率。

2 外泌體生物學特點

外泌體是活細胞吞噬異源物質后以出芽方式向內凹陷形成含有多個小泡的多泡體（multivesicular body，MVB），再由MVB 與細胞膜融合而釋放的小囊，直徑約30～150 nm。外泌體于1981 年由Johnstone 在綿羊網織紅細胞中首次發現，是幾乎所有活性細胞[如間充質干細胞（mensenchymal stem cell，MSC）、腫瘤細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、肥大細胞、人羊膜上皮細胞和內皮祖細胞等] 均可主動分泌的超微膜性囊泡[13]，且不同細胞來源的外泌體由于其內容物和表面受體的差異，具有不同的調節功能[14]。此外，外泌體廣泛分布于各種體液中，如唾液、腹水、心包積液、尿液、羊水、乳汁、腦脊液和血液等[15]，因此外泌體可作為比較可靠的生物標志物來源。研究發現，外泌體內富含核酸、蛋白質、脂質、細胞因子、轉錄因子受體和其他生物活性物質[16-17]，而每種內容物又具有其特定的作用，如外泌體中所含的蛋白質成分，既可以參與囊泡的形成、分泌和運輸的過程，又攜帶有源細胞的特異性表現，參與不同的生物活動。外泌體中的RNA 成分可幫助外泌體成為細胞間通訊的替代途徑，對細胞表型的修飾很重要，而其中一些特異性微小RNA（miRNA），如miR-1、miR-21、miR-16、miR-151、miR-181 和let-7 等，因其來源不同，可能與造血、血管生成、胞外分泌以及腫瘤的發生密切相關[16，18-20]。除了上述成分，外泌體還含有大量的酶，使其在介導生物活性的過程中也發揮了重要作用[21]。

3 不同來源外泌體與PE 的關系

外泌體的成分有核酸[包括miRNA、長鏈非編碼RNA（lncRNA）、mRNA、DNA]、脂質和蛋白質等，相對于細胞和微囊，外泌體富含特定的RNA 種類[22]。另有研究表明外泌體可能在胚胎著床過程中擔當了母體子宮內膜與胚胎之間的溝通媒介，對調節子宮內膜的重塑起到了重要作用，這也可能與PE 的發病機制關系密切。Chiarello 等[23]發現在PE 中，外泌體數量、外泌體在細胞間的通訊以及功能存在異常。不同細胞來源的外泌體在PE 進展過程中發揮的作用也不盡相同。

3.1 胎盤滋養層細胞來源外泌體胎盤為胎兒的生長發育提供營養物質及氧氣，也是胎兒代謝產物的重要器官，其形成依賴于胎盤滋養層細胞的有序分化及其與母胎界面眾多母體細胞的相互作用[24]。研究表明，PE 發生與胎盤損傷緊密相關，PE 患者的胎盤存在缺血缺氧的現象，這是因為胎盤損傷導致母體灌注不良所致。而胎盤缺血缺氧所帶來的病變主要有絨毛組織梗死、無絨毛胎盤湖、炎癥及纖維蛋白沉積等[25]。胎盤滋養細胞層細胞來源外泌體是指妊娠期間由胎盤的組成細胞如合體滋養細胞（syncytiotrophoblast，STB）、單核細胞滋養細胞、EVT及胎盤血管內皮細胞等釋放的微型囊泡，其在妊娠6 周時釋放入血[26]，其中被覆于胎盤絨毛的STB 是產生胎盤源性外泌體的主要細胞[27]。

胎盤源性外泌體在正常妊娠中的功能主要有母胎間交流和信息交換、將基因信息轉移到靶細胞以調節胎兒-母體代謝穩態、抑制母體T 細胞信號可能導致的免疫耐受、調節血管生成和內皮細胞遷移[28]。外泌體的這些功能保證了母體成功的妊娠結局以及胎兒的健康發展，因此受到了學者們的廣泛重視。近年有學者研究了在PE 中胎盤源性外泌體的數量、作用和裝載蛋白質含量的變化及其對母體免疫耐受的影響，并發現胎盤源性外泌體可作為載體參與細胞間信號轉導。在炎癥激活方面，sFlt-1 是由sFlt-1 mRNA 進行選擇性剪接后，經過蛋白質翻譯過程形成，其在PE 患者外周血循環中數量增加，且在胎盤源性外泌體的運載下，引起氧化應激反應，造成內皮細胞功能障礙，抑制血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和胎盤生長因子（placental growth factor，PlGF）的舒血管作用，參與PE 的發病[29]。Salomon 等[30]研究發現，與正常妊娠胎盤組織相比，PE 胎盤組織中有超過300 種外泌體miRNA 差異表達，尤其是miR-486-1-5p 和miR-486-2-5p 可以作為早期預測PE 的候選標志物，為篩查無癥狀的早期PE 患者提供了一個新方法。目前對PE 的治療手段有限，因此應用外泌體中相關指標對PE 的早期預測和預防極為重要。

3.2 MSC 來源外泌體（MSC-derived exosomes，MSC-Exos）MSC 是一種來源于中胚層的細胞，具有自我更新及多向分化的能力[16]。近年來，MSC 成為再生醫學領域應用最廣泛的干細胞，其廣泛性主要表現在MSC 在動物模型中多種疾病治療方面的應用，從人體組織（如骨髓抽吸物）和醫療廢物組織（如臍帶和胎盤）中的易提取性、體外高度擴增的能力以及使骨髓間充質干細胞能夠接受異體移植的免疫特權的能力[31]。除此之外，相關研究表明MSC 與其他細胞相比能產生大量的外泌體，這也顯著降低了外泌體的生產成本[32]。MSC-Exos 目前已作為一種天然的藥物遞送載體用于多種疾病的治療研究，治療性MSC-Exos 首次于2010 年被報道，至今已廣泛應用于臨床。Toh 等[31]證明了MSC-Exos 在顳下頜關節骨關節炎動物模型中具有減輕關節疼痛和逆轉退化的作用，Chew 等[33]證明了MSC-Exos 在增強牙周再生中具有增加牙周韌帶遷移和增殖的作用。上述研究均表明MSC 的治療效果很大程度上是由其外泌體支持的，因此研究外泌體在PE 治療中的作用具有可行性。此外，MSC 分泌的miRNA 本身具有再生能力和免疫抑制特性，以及具有抗炎和促血管生成的作用，而且在病理妊娠時PE 孕婦胎盤分泌的MSCExos 組分、生產和包裝等存在異常，這些也表明MSC-Exos 外泌體參與PE 的發病過程[34]。

MSC-Exos 在PE 中的作用主要包括：①參與胎盤滋養細胞的調控。妊娠早期的胎盤形成障礙與妊娠中晚期的EVT 氧化應激是PE 發生的關鍵事件，MSCExos 在調控滋養細胞方面起了重要作用。Chen 等[35]發現在PE 患者的胎盤組織中，H19 作為一種競爭性內源性RNA 對抗miRNA let-7b，miRNA let-7b 直接靶向叉頭盒轉錄因子（forkhead box transcription factors，FTFs）。此外，H19 可以通過MSC-Exos 轉移到滋養細胞中，從而降低MSC-Exos 中的miRNA let-7b，增加FTFs，激活蛋白激酶B 信號通路，增加H19 的侵襲和遷移功能，抑制滋養細胞凋亡?？梢奙SC-Exos 在PE 早期能促進滋養細胞的著床，對滋養細胞的作用是有益的。②參與母胎免疫反應。母體的過度免疫激活是PE 發病的主要機制之一，研究認為MSC-Exos 可能會抑制免疫反應過度激活，促進滋養細胞著床，預防PE 的發生。③參與全身炎癥反應。研究表明，早期PE 母胎界面會有炎癥反應，這種炎癥反應會隨著母體外周血逐步發展至全身，從而促進PE 的發生。而MSC-Exos 富含MSC 來源的mRNA、miRNA、細胞因子、免疫調節因子等生物活性分子，具有免疫抑制作用，其機制為在炎癥免疫細胞[如M1 型巨噬細胞、樹突狀細胞、CD4+輔助性T 細胞1（Th1）和Th17]中運送免疫調節miRNA 和免疫調節蛋白，使其表型轉化為免疫抑制的M2 型巨噬細胞、耐受性樹突狀細胞和T 調節細胞，促進受損的實質細胞存活和再生，為PE 的抗炎治療提供了新方向[36]。④參與調控血管內皮細胞。研究表明，MSC-Exos 富含的miRNA 等物質可以促進血管內皮細胞的生長、增殖與遷移，可幫助早期PE 患者受損的血管內皮進行重塑。除此之外，Xiong 等[37]發現人臍帶間充質干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cell，hUCMSC）外泌體可通過抑制胎盤組織細胞凋亡、促進胎盤組織血管生成等途徑，以劑量依賴性的方式改善PE 大鼠胎盤組織形態，這表明HUC-MSC 外泌體可能是一種治療PE 的替代方法[38]。綜上，對MSCExos 的研究揭示了其在PE 的發病機制如免疫失衡、炎癥激活、血管內皮損傷中的具體作用，這也為其在PE 靶向治療中提供了新思路。

3.3 各種細胞來源的循環外泌體循環外泌體具備的表面蛋白質信號或內載物的生理特點，使其在疾病狀態下已成為眾多疾病理想的候選生物標志物。究其原因，相較于大分子蛋白，循環外泌體中miRNA 表達穩定，不易受外源性因素干擾，且基因表達的變化可能在蛋白質變化前就被檢測到。其來源多樣，包括血細胞、胎盤滋養細胞以及各種組織細胞。Luo 等[39]發現miR-210 在PE 孕婦血清和胎盤中表達升高；升高的血清外泌體miR-210，尤其是胎盤來源的miR-210 可能在PE 的預測和早期診斷中發揮作用[1]。最近，有學者發現早發型PE 和晚發型PE孕婦血清外泌體中miR-122 表達量普遍增加，并與miR-122 去甲基化有關，提示血清外泌體miR-122有望成為PE 診斷和評估疾病嚴重程度的重要生物標志物[40]。

除以上幾種來源的外泌體外，還有許多其他來源的外泌體，如樹突狀細胞、肥大細胞、巨噬細胞、體液來源的外泌體（如羊水外泌體、心包積液外泌體、腦脊液外泌體等）等。樹突狀細胞衍生的外泌體（DC-derived exosomes，Dex）具有免疫刺激功能，與針對多種人類癌癥的基于樹突狀細胞的免疫療法相比具有明顯優勢，該免疫療法已進入臨床試驗階段，并有望形成一類新的癌癥免疫療法疫苗。miR-let-7b-5p 在心包積液來源的外泌體中高水平表達，Sahoo 等[41]證明miR-let-7b-5p 具有部分介導心包積液外泌體的血管生成潛力，這支持了心包積液外泌體可能具有治療心血管疾病的潛力。雖然這些外泌體在臨床動物實驗中已證明有作為靶向治療的能力，但其與PE 發病機制和臨床治療的相關性還有待進一步研究。

4 結語

外泌體不僅在正常妊娠中發揮作用，目前相關研究指出其可能通過多種途徑參與PE 發生發展，也可能作為PE 潛在的標志物為其治療提供新突破，并基本闡明了不同來源外泌體在PE 中所發揮的作用。隨著研究的進展，已證實外泌體所裝載的miRNA 也廣泛參與了PE 的病理生理過程，為PE 的相關研究提供了新方向。然而，目前PE 的具體發病機制以及其他來源的外泌體與PE 的關系仍未完全闡明，不同來源的外泌體在PE 早期預測和臨床靶向治療中的效果仍需更多的體內外及動物實驗來進一步探索，從而實現對PE 的早預測早治療，以期降低PE 孕婦和胎兒的死亡率。