王喜梅(綜述)，楊躍進，吳永健(審校)

(北京協(xié)和醫(yī)學院中國醫(yī)學科學院心血管病研究所阜外心血管病醫(yī)院冠心病診治中心，北京 100037)

微囊泡在組織再生中的研究進展

王喜梅△(綜述)，楊躍進※，吳永健(審校)

(北京協(xié)和醫(yī)學院中國醫(yī)學科學院心血管病研究所阜外心血管病醫(yī)院冠心病診治中心，北京 100037)

微囊泡作為新發(fā)現(xiàn)的細胞間信號傳遞分子引起越來越多的關(guān)注，它來源于細胞膜，含有與母細胞膜相似的脂類和蛋白質(zhì)。通過介導(dǎo)配體-受體反應(yīng)或傳遞胞質(zhì)成分及細胞器等方式使母細胞與靶細胞發(fā)生聯(lián)系。近年來研究發(fā)現(xiàn)微囊泡在組織再生中發(fā)揮著重要的生物學作用。現(xiàn)就微囊泡的生物學特性、與靶細胞的作用方式及在組織再生中作用的研究進展進行綜述。

微囊泡;組織再生;干細胞

細胞微囊泡是各類細胞遭受一系列應(yīng)激(激活或凋亡)時，從細胞質(zhì)膜上脫落而釋放的膜性小囊泡。微囊泡作為新發(fā)現(xiàn)的細胞間信號傳遞分子含有與母細胞膜相似的脂類、蛋白質(zhì)、mRNA、microRNA(miRNA)，也可能包括胞質(zhì)中的細胞器。微囊泡參與動脈粥樣硬化、心肌梗死、糖尿病等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展?，F(xiàn)對微囊泡在組織再生中的研究進展綜述如下。

1 微囊泡的生物學特性

目前研究最多的微囊泡的兩種類型是外核體和細胞微粒。當含有多囊小體的細胞膜融合到質(zhì)膜時，外核體便從細胞膜釋放，其直徑大小在30～100 nm，其在免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，細胞微粒的直徑通常在100～1000 nm［1-3］。微囊泡可在正常個體血漿中檢出，病理情況下其水平升高。最新的研究顯示骨髓間充質(zhì)干細胞分泌的外核體具有心臟保護作用，可減少心肌缺血/再灌注損傷并促進損傷組織的修復(fù)［4］，而CD34+干細胞來源的外核體具有促進缺血組織處血管新生的作用［5］。微囊泡最初在血液系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，1967年，Wolf［6］報道激活的血小板能夠釋放細胞膜囊泡并稱之為“血小板塵?！?。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，除血小板外，循環(huán)血液中的紅細胞、中性粒、淋巴細胞和單核細胞以及血管內(nèi)皮細胞和部分平滑肌細胞同樣能夠釋放此類物質(zhì)。由于這種細胞膜來源的產(chǎn)物為膜性結(jié)構(gòu)并呈圓形外觀，形狀近似微小的囊泡，因此將其稱為“微囊泡”。細胞在正常生理條件下可以產(chǎn)生少量微囊泡，在某些病理條件下(如缺氧、輻射、氧化應(yīng)激等)，特別是當細胞被激活或者處于細胞凋亡進程時，微囊泡的產(chǎn)生明顯增多［7］，細胞激活或凋亡時釋放的微囊泡在大小、膜磷脂與蛋白質(zhì)的組成以及生理功能上有明顯差異［8］?；罨虻蛲黾毎墓餐卣魇钦５哪ち字粚ΨQ分布消失，導(dǎo)致磷脂雙層中外層的磷脂酰絲氨酸增加。細胞膜磷脂不對稱分布消失常伴隨細胞膜出芽和脫落，產(chǎn)生磷脂均勻分布的微囊泡。這種微囊泡脫落可移除局部磷脂對稱分布的細胞膜，使細胞恢復(fù)到靜息狀態(tài)。微囊泡由激活或凋亡的細胞表面釋放后，對周圍其他細胞產(chǎn)生多效性作用。微囊泡的生物學作用起初未受到重視，曾被認為是細胞碎片，僅是細胞活化或損傷的標志物。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)微囊泡具有重要的生物學作用，可以與鄰近或遠處的細胞相互作用，傳遞生物信息。

2 微囊泡與靶細胞的作用方式

微囊泡與靶細胞有多種作用方式，主要表現(xiàn)為以下幾種：①通過其表面的配體與靶細胞的受體結(jié)合繼而激活或抑制靶細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。②傳遞母細胞的蛋白質(zhì)或mRNA到靶細胞。微囊泡在形成過程中可以將母細胞質(zhì)中的成分(蛋白質(zhì)、mRNA或miRNA s)包裹進去，然后傳遞到靶細胞中，使其具有新的生物學功能或遺產(chǎn)特征［9］。③將母細胞膜的受體轉(zhuǎn)移到靶細胞而呈現(xiàn)相關(guān)受體表型。④作為載體轉(zhuǎn)移完整的細胞器或致病因子。在特定的情況下，微囊泡也能以載體形式將病毒(如人類免疫缺陷病毒或朊病毒)傳遞給其他細胞，既可以直接把病毒傳遞給靶細胞，也可通過病毒結(jié)合未感染細胞表面受體來完成。研究顯示一些細胞器如線粒體及其DNA也能夠在細胞之間進行傳遞，因此有些學者推測干細胞改善心肌修復(fù)的機制可能涉及微囊泡將功能完整的線粒體傳遞給受損心肌細胞。

3 微囊泡在組織再生的作用

組織損傷處的細胞釋放帶有遺傳信息的微囊泡，微囊泡將信息傳遞到骨髓來源的干細胞，使其表型發(fā)生變化以獲得受損組織的特征［10］。同時，干細胞來源的微囊泡誘導(dǎo)損傷組織存活細胞的去分化使其重新進入細胞周期，從而促進組織再生［11］。細胞之間通過傳遞微囊泡攜帶的相關(guān)遺傳信息而進行持續(xù)的基因調(diào)節(jié)，這可能是調(diào)節(jié)細胞表型變化的重要機制［12］。

3.1 微囊泡與干細胞的相互作用 干細胞包括胚胎干細胞和成體干細胞，具有自我更新和分化潛能。干細胞在組織損傷處可分化為各種細胞表型，如心肌細胞、內(nèi)皮細胞、骨骼肌細胞等，這種跨系譜(或跨胚層)分化特性被稱為可塑性或橫向分化。研究顯示，干細胞可通過細胞融合形成心肌細胞譜系，這種細胞融合發(fā)生率較低。組織損傷后釋放的細胞因子對移植的干細胞有誘導(dǎo)分化的作用。另外，移植的干細胞能夠分泌促血管新生相關(guān)因子，促進血管新生，從而促進心臟修復(fù)。細胞膜微囊泡通過表面的配基與靶細胞表面受體結(jié)合或在膜融合后將母細胞的表型特征傳遞給靶細胞，從而影響細胞的生物學功能。干細胞的表型隨著細胞周期狀態(tài)的不同而不斷發(fā)生變化直至遇到最終的分化刺激因子［13-14］。另外，干細胞所處的微環(huán)境決定其表型變化，微囊泡通過在細胞間傳遞遺傳信息而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，這種持續(xù)的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)干細胞表型變化的關(guān)鍵因素。損傷的細胞與骨髓來源或固有的干細胞之間的遺傳信息的交換是雙向性的：一方面損傷細胞釋放的微囊泡可以重組干細胞的表型從而使其具有組織特異性;另一方面，干細胞來源的微囊泡可以誘導(dǎo)損傷處存活細胞重新進入細胞周期進而促進組織再生。干細胞富含微囊泡，胚胎干細胞來源的微囊泡是調(diào)節(jié)干細胞自我更新和擴增的關(guān)鍵成分［15-16］。微囊泡通過傳遞蛋白質(zhì)、mRNAs和miRNAs等物質(zhì)，介導(dǎo)干細胞移植后的旁分泌通路。

3.2 微囊泡重組干細胞的表型 干細胞移植到損傷組織能否產(chǎn)生組織特異性的細胞一直存在爭議，研究發(fā)現(xiàn)干細胞的分化決定于損傷細胞發(fā)出的信號及微囊泡所介導(dǎo)的細胞變化［12］。骨髓干細胞和損傷的肺細胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)干細胞中有肺特異的基因和蛋白表達［17］。肺臟損傷細胞釋放的微囊泡通過與干細胞結(jié)合將mRNAs等物質(zhì)傳遞到干細胞，從而介導(dǎo)干細胞表型的變化。干細胞的轉(zhuǎn)分化在某些程度上決定于受損組織的mRNAs或蛋白質(zhì)等信息。損傷組織釋放的微囊泡不僅可以重組骨髓來源的干細胞，還可以影響組織固有干細胞的表型變化［18-19］。以上研究結(jié)果表明損傷組織來源的微囊泡所攜帶的遺傳信息不僅可以解釋干細胞的可塑性及表型變化特征，同時提示干細胞不需要轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的組織細胞也可以修復(fù)損傷組織。

3.3 干細胞來源的微囊泡介導(dǎo)損傷組織的功能修復(fù) 研究顯示干細胞移植后可通過轉(zhuǎn)分化或融合作用成為靶細胞［20］。即使細胞短暫定位在損傷組織區(qū)域，也可助于組織再生和功能恢復(fù)，其中旁分泌機制起著重要的作用，已經(jīng)確認的細胞之間信號傳遞物質(zhì)有生長因子、細胞因子、表面受體和核苷酸等，近年來將微囊泡納入其列［21］。事實上，干細胞通過分化或細胞融合作用而產(chǎn)生的心肌細胞和血管內(nèi)皮細胞很少，似乎不能夠解釋所觀察到的功能改善效應(yīng)。研究顯示干細胞所釋放的細胞因子有助于心臟修復(fù)，骨髓間充質(zhì)干細胞的培養(yǎng)基可以模擬干細胞治療效果，說明干細胞修復(fù)損傷組織與其旁分泌因子作用密切相關(guān)［22-24］。鑒于以上研究結(jié)果，一些學者認為干細胞改善損傷修復(fù)的機制大部分來源于其分泌的微囊泡作用［18］。當微囊泡內(nèi)的RNA失活時，微囊泡體內(nèi)和體外的組織修復(fù)能力消失，說明微囊泡組織修復(fù)能力依賴于囊泡內(nèi)的RNA。骨髓間充質(zhì)干細胞來源的微囊泡含有特定的miRNA特征，微囊泡內(nèi)的miRNA不是隨機聚集的，并且其RNA含量與刺激因素呈現(xiàn)明顯的量效關(guān)系，這說明微囊泡特定物質(zhì)的聚集可能受一種特殊機制調(diào)控［25］。干細胞來源的微囊泡富含某些特定的蛋白和轉(zhuǎn)錄因子，可能存在某種細胞機制選擇區(qū)分這些分子進入微囊泡。干細胞來源的微囊泡介導(dǎo)的mRNA或蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移可能誘導(dǎo)了成熟細胞的再分化，觸發(fā)增殖程序，從而有助于損傷組織的修復(fù)。然而，微囊泡攜帶特定遺傳信息的具體機制，這些遺傳物質(zhì)進入靶細胞后是否激活翻譯或轉(zhuǎn)錄的特定位點目前仍不是很清楚。

3.4 微囊泡影響損傷處的血管新生 微囊泡可直接影響配基與受體之間的相互作用，也可通過調(diào)節(jié)可溶性細胞因子的產(chǎn)生影響內(nèi)皮細胞的分化、增殖等來間接影響血管新生的過程［26］。微囊泡誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞促血管新生因子的增加和減少抗血管新生因子產(chǎn)生，并貫穿整個血管新生過程［27-28］。其中過氧化酶增殖激活受體α/核因子κB信號通路在微囊泡促進血管新生中起著重要的作用［29］。研究顯示血小板來源的微囊泡結(jié)合到造血干細胞或內(nèi)皮祖細胞上可增加其干細胞的分化能力［30］。內(nèi)皮祖細胞來源的微囊泡通過其表面的α4和β1整聯(lián)蛋白相互作用整合到內(nèi)皮細胞上，激活血管新生相關(guān)信號通路［9］。內(nèi)皮細胞凋亡時釋放的微囊泡具有血管保護效應(yīng)，可抑制內(nèi)皮細胞的凋亡及促進其增殖［28］。

不同母細胞來源的微囊泡成分不同，作用也不盡相同。T淋巴細胞凋亡時釋放的微囊泡通過下調(diào)血管生長因子受體2和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶相關(guān)通路來抑制血管新生。將T淋巴細胞凋亡時釋放的微囊泡注射到小鼠腫瘤組織內(nèi)，發(fā)現(xiàn)腫瘤體積減小、血管化和體內(nèi)血管生長因子水平下降［31］。微囊泡抑制血管新生的特性在腫瘤治療領(lǐng)域有重要的價值。另外，微囊泡還可以通過增加活性氧產(chǎn)生和NADPH活性來抑制血管新生［32］。

4 展望

作為細胞之間信息傳遞的新途徑，微囊泡參與了多種生命活動的病理生理進程。目前人們對微囊泡在生理和病理情況下作用機制地認識還不夠全面，如微囊泡內(nèi)具體的生物活性成分、調(diào)節(jié)微囊泡內(nèi)生物活性分子聚集、釋放的刺激因素或分子路徑以及微囊泡表面配基的選擇特異性結(jié)合等問題有待于更多的研究來闡明。微囊泡在優(yōu)化干細胞擴增、促進組織再生方面有重要的應(yīng)用前景。隨著對微囊泡基礎(chǔ)和臨床研究的深入，有望通過微囊泡特有的作用方式解釋疾病的發(fā)生，并通過改變微囊泡和優(yōu)化微囊泡產(chǎn)生以達到診斷和治療疾病的目的。移植后的干細胞在組織損傷的微環(huán)境下釋放微囊泡，并和其他旁分泌因子共同促進組織修復(fù)。盡管微囊泡體積遠遠小于細胞體積，但由于其含有豐富的生物活性分子，而有可能成為替代干細胞修復(fù)損傷的物質(zhì)。由于它是一個相對較新的生物體，對于其用于組織再生的安全性和有效性有待于更多的研究來評估［33］。為了避免完整的干細胞移植后異常分化而發(fā)生惡性腫瘤的風險，單獨植入干細胞來源的微囊泡是否可以達到損傷修復(fù)的目的。如何獲得干細胞來源的微囊泡，成功捕獲干細胞來源的微囊泡也是一大研究挑戰(zhàn)。微囊泡捕獲后以何種途徑植入組織損傷處，是否能在組織受損處發(fā)揮修復(fù)作用，其修復(fù)能力究竟有多大等，一系列的問題需要更多的研究來探索及證實。微囊泡不再被認為是細胞碎片或垃圾，而是在組織再生領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

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Research Advances of Microvesicles in Tissue Regeneration

WANG Xi-mei，YANG Yue-jin，WU Yongjian.(Coronary Heart Disease Diagnosis and Treatment Center，F(xiàn)uwai Hospital and Cardiovascular Institute，Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences，Beijing100037，China)

Microvesicles as a newly discovered intracellular signal transduction molecular have been paid to more and more attention.It comes from cell membrane containing lipids and proteins similar to mother cell membrane.And microvesicles which participate in a number of diseases can contact mother cell with target cells by mediating the ligand-receptor reaction or transfering cytoplasmic components and organelles.Studies in recent years found that microvesicles play an important biological role in tissue regeneration.Here is to make a review on its biological characteristics，modes of action and roles in tissue regeneration.

Microvesicles;Tissue regeneration;Stem cells

R54

A

1006-2084(2012)13-1993-04

2011-12-18

2012-02-19 編輯：伊姍