研究揭秘外泌體在支氣管哮喘發病機制中的作用

　　支氣管哮喘（哮喘）是一種常見的慢性氣道炎癥性疾病，這種慢性炎癥反應是由肺結構細胞（如上皮細胞、成纖維細胞及內皮細胞等）、炎癥細胞（如嗜酸粒細胞、肥大細胞、嗜中性粒細胞及T-淋巴細胞等）和炎性介質等共同參與、相互作用的結果。外泌體是納米大小由膜包繞的囊泡，其可通過旁分泌等途徑在細胞間傳遞信息并調節受體細胞功能。近年的研究結果顯示，外泌體參與哮喘的炎癥反應，誘導炎癥細胞的遷移，提示其在哮喘的發生、發展中發揮作用。本文擬從外泌體的結構和功能入手，闡述其在哮喘發病機制中的作用。

　　一、外泌體的結構和作用

　　外泌體是多泡體（MVB）與細胞膜融合后釋放到細胞外空間30~150 nm大小的囊泡，由多種類型的細胞分泌，其中包括免疫反應細胞，如B和T淋巴細胞、樹突狀細胞（DC）、肥大細胞（MC）、上皮細胞、單核巨噬細胞及嗜酸粒細胞等。此外，其他類型細胞，如網織紅細胞、血小板、小膠質細胞和腫瘤細胞也會產生外泌體[4]。由于來源的多樣性，外泌體存在于多種體液中，包括血液、尿液、唾液、BALF和鼻腔灌洗液。

　　外泌體的結構通常包含四跨膜蛋白（CD63、CD81和CD9）、跨膜受體（結合素β1和β2）、膜轉運蛋白、特異性蛋白、信號轉導蛋白和核酸（miRNA， mRNA， DNA）等。一旦進入細胞外空間，外泌體就被相鄰細胞吸收或進入血液循環到達遠處靶點，釋放其內的遺傳物質、蛋白質和脂質介質等，調節受體細胞的活性[4]。這說明外泌體在細胞間信號轉導中發揮重要作用。因此，外泌體涉及廣泛的生物學過程，例如免疫調節、炎癥、癌癥進展和轉移等。外泌體的一個重要特征是其特異性蛋白取決于來源的細胞或組織，并根據生理或病理條件而有所不同。如結腸上皮來源的外泌體含有特異性蛋白A33[12]；DC衍生外泌體分泌具有抗原遞呈功能的主要組織相容性復合物Ⅰ（MHC Ⅰ）和主要組織相容性復合物Ⅱ（MHC Ⅱ）類分子。正因為這種特征，不同細胞來源的外泌體具有不同的功能。如DC衍生外泌體可激活CD4+T細胞和CD8+T細胞并誘導特異性免疫反應[14]；鼻腔灌洗液中外泌體可在體外誘導單核細胞、中性粒細胞和NK細胞等免疫細胞的遷移。

　　二、外泌體在哮喘發病機制中的作用

　　哮喘的本質是氣道的慢性炎癥，涉及此過程的多種炎癥細胞和肺結構細胞均能釋放外泌體，引起其他哮喘相關細胞的激活或抑制，增強炎癥反應。Ca？as等[8]發現哮喘患者中嗜酸粒細胞來源的外泌體數量增多，這些外泌體誘導炎性介質產生，破壞氣道中的正常細胞和組織，并增強嗜酸粒細胞遷移和黏附。Torregrosa Paredes等[9]研究發現哮喘患者BALF中外泌體的表面表達支氣管上皮細胞黏蛋白1，提示這些外泌體來源于支氣管上皮細胞。它們不僅能誘導支氣管上皮細胞產生趨化因子（CXCL）8和白三烯（LT）C4，還能增強未分化的肺巨噬細胞的增殖[3]。以上研究結果說明，炎癥細胞和肺結構細胞產生的外泌體參與調節哮喘的慢性炎癥反應。

　　1．炎癥細胞來源的外泌體：

　　嗜酸粒細胞因產生、儲存和釋放一系列炎性介質而在哮喘中具有重要作用，這些炎性介質包括趨化因子、脂質介質和細胞毒性顆粒蛋白等[15]。Mazzeo等[16]發現與健康受試者相比，哮喘患者的嗜酸粒細胞釋放更多的外泌體。這些外泌體不僅誘導嗜酸粒細胞產生更多的趨化因子、活性氧（ROS）和一氧化氮（NO），還通過上調黏附分子如細胞間黏附分子1（ICAM-1）和整合素α2的表達，增強嗜酸粒細胞的遷移，而來自健康受試者的嗜酸粒細胞衍生外泌體不會影響嗜酸粒細胞功能[8]。這表明哮喘發作時嗜酸粒細胞衍生的外泌體除增加嗜酸粒細胞的促炎能力，產生更多的活性氧物質外，還促進嗜酸粒細胞向炎癥部位遷移。此外，Del Pozo等[17]將支氣管平滑肌細胞與哮喘患者嗜酸粒細胞衍生外泌體共培養或單獨培養，發現與外泌體共培養時，轉化生長因子β（TGF-β）、基質金屬蛋白酶9（MMP-9）及血管內皮生長因子（VEGF）的基因表達量上調，而上述因子在哮喘氣道重塑中發揮重要作用。這些結果說明嗜酸粒細胞衍生外泌體不僅參與調節哮喘氣道炎癥，還在哮喘氣道重塑中發揮作用。

　　T淋巴細胞和B淋巴細胞是哮喘的關鍵參與者。B淋巴細胞衍生的外泌體表達MHC Ⅱ類分子、共刺激分子（CD40、CD80和CD86）和跨膜受體[18]，提示其可以特異性地將抗原肽遞呈給T細胞并誘導T細胞應答。Admyre等從樺樹花粉過敏患者的B細胞中分離外泌體，發現這些外泌體能結合樺樹花粉致敏原Betv1并誘導T細胞增殖，且這種增殖呈劑量依賴性。此外，其還能刺激T細胞產生Th2型免疫應答，釋放高水平的IL-4、IL-5、IL-13以及低水平的干擾素γ（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）。這說明B細胞來源的外泌體可作為T細胞的獨立"抗原提呈結構"并誘導其免疫應答，而不需要抗原提呈細胞（APC）參與。有研究結果顯示T淋巴細胞也可以釋放外泌體，但目前T細胞衍生外泌體的生物活性和免疫調節作用尚不清楚。更多的研究集中在其他類型細胞來源的外泌體對T細胞功能的影響，如B細胞衍生外泌體和BALF中外泌體可以通過不同途徑刺激CD4+T細胞的活化、增殖，誘導產生Th2型細胞因子。

　　肥大細胞是過敏反應和Th2型免疫反應中的關鍵效應細胞。肥大細胞活化可誘導炎性介質如組胺、前列腺素和LT的釋放并引發過敏反應。肥大細胞衍生外泌體對其他類型免疫細胞具有下游效應，Li等[21]發現肥大細胞衍生外泌體能誘導DC獲得MHC Ⅱ類分子及共刺激分子，促進DC成熟并具備向T細胞抗原遞呈的能力，同時其還可調節B細胞和T細胞的活化并產生細胞因子。Xia等研究發現肥大細胞來源的外泌體能誘導人呼吸道平滑肌細胞（ASMCs）釋放IL-6和IL-8等細胞因子，加劇氣道炎癥，使哮喘癥狀持續存在。這些結果說明肥大細胞衍生外泌體通過影響其他免疫細胞的功能，參與調節哮喘氣道炎癥。

　　嗜堿性粒細胞是來源于粒系-單核系祖細胞的顆粒狀白細胞，通過影響其他免疫效應細胞來調節免疫反應。血液循環中一般數量很少，但在感染和（或）炎癥情況下，其數量增多并募集到感染部位。目前沒有研究結果顯示嗜堿性粒細胞能產生外泌體，但有學者提出嗜堿性粒細胞能釋放類似外泌體的顆粒，這可能與細胞的胞吐作用有關。

　　樹突細胞是免疫系統中的特殊效應細胞，它們處理抗原并遞呈給T細胞，同時具有吞噬死亡細胞和病原體的能力，從而介導先天免疫。樹突細胞衍生的外泌體跟DC一樣含有MHC Ⅰ類和MHC Ⅱ類分子，能刺激T細胞應答，或被其他APC捕獲以誘導免疫應答。Vallhov等研究發現從對貓過敏的受試者獲得的DC衍生外泌體可誘導貓過敏供體者外周血單核細胞中的IL-4反應，而在健康供體者中未觀察到相關反應。這說明DC衍生外泌體除具有抗原遞呈能力外，還可攜帶過敏原并導致過敏性炎癥，提示攜帶過敏原的外泌體可能是過敏性免疫應答中的重要免疫刺激因子，也是免疫治療中的重要靶標。此外，DC衍生外泌體在體外具有功能酶活性并在炎癥中發揮潛在作用。Esser等[7]發現DC衍生外泌體的酶促能力可將LTsA4轉化為LTB4和LTC4，并通過花生四烯酸代謝物如5-酮二十碳四烯酸、LTB4等誘導粒細胞向炎癥部位遷移和募集，而這些炎性介質在哮喘的發生、發展中起關鍵作用。

　　2．肺結構細胞來源的外泌體：

　　哮喘的病理生理改變以氣道炎癥、支氣管收縮、黏液高分泌和氣道重塑等為特征，其中涉及的關鍵肺結構細胞有ASMC、杯狀細胞和上皮細胞。目前沒有研究結果顯示ASMC和杯狀細胞能分泌外泌體，但有研究報道其他類型細胞來源的外泌體可對氣道平滑肌細胞產生影響。Xia等研究發現肥大細胞衍生外泌體可通過ICAM-1黏附于ASMC，誘導ASMC釋放細胞因子和趨化因子，從而導致肥大細胞募集，哮喘癥狀持續存在，而肥大細胞衍生外泌體的減少能減輕這種刺激反應。Vargas等用脂多糖刺激從馬血液中分離的中性粒細胞，提取出外泌體并與馬ASMC共培養，發現這些外泌體能調節細胞凋亡并誘導ASMC增殖，促進氣道重塑。氣道上皮細胞來源的外泌體攜帶黏蛋白和唾液酸等分子，其不僅與先天防御有關，還可調節氣道炎癥。Kulshreshtha等發現哮喘小鼠模型中，支氣管上皮細胞衍生外泌體的數量及外泌體相關蛋白含量更高，同時IL-13增強支氣管上皮細胞衍生外泌體的分泌，這些外泌體能誘導未分化巨噬細胞的增殖和趨化。而外泌體抑制劑GW4869可減少單核細胞的增殖并減輕氣道高反應性、黏液分泌及氣道炎癥。這說明氣道上皮細胞衍生外泌體攜帶一系列與炎癥調節有關的分子，通過誘導單核細胞增殖并促進細胞因子產生來增強氣道炎癥。

　　三、外泌體在哮喘診治中的應用前景

　　近年的研究結果顯示，外泌體可作為一種新型的疾病診斷標志物和理想的藥物載體，主要因為：（1）不同細胞來源的外泌體具有不同的特異性蛋白和核酸，能間接反映來源細胞的生理狀態和微環境；（2）外泌體具有脂質雙層膜結構，能保護其內容物不被酶降解，穩定存在于胞外環境，且能靶向特定細胞或組織；（3）外泌體廣泛存在于多種體液中，易于收集檢測。在疾病診斷方面，Mazzeo等發現哮喘患者嗜酸粒細胞衍生外泌體數量高于正常對照組，且在INF-γ刺激后，外泌體相關蛋白表達量升高，提示嗜酸粒細胞來源外泌體中相關蛋白可能是哮喘診斷的生物標志物。此外，Lev？nen等]研究發現與健康人群相比，哮喘患者BALF中外泌體含有24種差異表達的miRNA，其中包括Let-7，而Let-7在哮喘中起負性調節作用，這說明外泌體中miRNA亦可能是哮喘的診斷標志物。在治療方面，研究結果顯示間充質干細胞（MSC）來源的外泌體不僅具有抗細胞凋亡和抗炎特性，還具有加速傷口愈合和肺組織再生的能力[24]，這說明它們可能減輕氣道慢性炎癥和氣道重塑。在ARDS的動物模型中，MSC衍生外泌體通過誘導損傷肺泡中表達角質化細胞生長因子來減少肺部炎癥，從而改善肺蛋白的滲透性[25]。此外，外泌體抑制劑GW4869可以減少BALF中Th2型細胞因子的表達及嗜酸粒細胞數量，從而減輕哮喘的氣道炎癥反應。這些結果表明外泌體治療哮喘的可行性，其可能成為哮喘傳統治療的替代方案，特別是重度哮喘，但仍需要進一步的研究明確外泌體治療在不同表型及嚴重程度哮喘中的作用和安全性。

　　綜上所述，外泌體已成為生物醫學研究的重要領域，其在哮喘的慢性氣道炎癥中發揮促炎作用，并通過細胞旁分泌等途徑參與介導細胞間信號轉導、細胞分化及炎癥因子釋放等發病過程。但目前關于外泌體在哮喘炎癥中信號通路轉導的機制研究較少。此外，由于外泌體含有特異性蛋白，在循環中穩定性高及靶向性強，其在疾病診斷及治療方面具有巨大優勢，但目前外泌體的研究尚處于起步階段，關于外泌體診斷疾病的敏感度、特異度以及治療的安全性等，還需要進一步的研究