「综述」外泌体在肺部疾病中的研究进展

日期: 2025-09-22 01:06:00|浏览: 10|编号: 138584

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1.支气管哮喘(简称哮喘):

哮喘属于一种气道慢性炎症状态,涉及多种细胞类型,包括嗜酸粒细胞、中性粒细胞和气道上皮细胞等,并且包含多种细胞成分参与其中,白三烯在哮喘的发生过程中扮演着关键角色。研究发现多种细胞分泌的外泌体能够参与哮喘的发生,包括气道上皮细胞、肺泡巨噬细胞以及血管内皮细胞等,Esser等人指出巨噬细胞与树突状细胞释放的外泌体可以通过白三烯的生成过程,在哮喘的炎症反应中发挥作用。在人体肺泡灌洗液当中寻获外泌体,察觉哮喘病者的外泌体数量较常人要多,而把哮喘病者肺泡灌洗液当中取得的外泌体施加于支气管上皮细胞,能够促发白三烯以及炎症介质的分泌,由此指出外泌体或许会借助激化肺脏内部炎症介质和白三烯的形成,导致呼吸道发炎。科研人员在动物体内实验观察到,哮喘模型小鼠肺泡灌洗液里外泌体的量比对照组要多,在体外实验中,IL-13干预的上皮细胞能够分泌出外泌体,这种外泌体可以促进单核细胞生长,如果使用外泌体生成阻断剂,哮喘模型小鼠体内单核细胞的生长和炎症现象就会减少,这些结果都表明外泌体在哮喘发生过程中扮演着关键角色。在肺泡细胞和巨噬细胞中也能找到外泌体,研究人员还发现中性粒细胞制造的外泌体能够促进气道肌肉细胞生长,这种物质在哮喘发展和管道结构改变过程中作用显著。Haj-Salem及其团队也确认了支气管成纤维细胞释放的微囊泡在哮喘病理进程中具有显著影响,重症哮喘病人体内成纤维细胞分泌的微囊泡中IL-6、IL-8、SCF等蛋白含量明显超出健康人群,实验表明重症哮喘成纤维细胞产生的微囊泡能够刺激气道上皮细胞生长,这暗示微囊泡在哮喘引起的气道结构改变过程中扮演了重要角色。

有研究者观察到哮喘病者的嗜酸细胞释放的外泌体数量多于普通人,这为外泌体作为哮喘诊断指标提供了新方向。Levänen等从健康人群和哮喘病患的肺泡冲洗液中提取了外泌体,研究发现,哮喘病患与健康人群外泌体中的miRNA存在明显不同,这些差异涉及与气道炎症及气道结构改变相关的let-7家族和miRNA-200家族的成员,这表明外泌体中的miRNA有可能成为哮喘病诊断的指标。另外,从喂食卵清蛋白的小鼠体内提取血清中的外泌体,然后通过腹腔途径注入接受实验的小鼠体内,发现接受实验的小鼠肺泡的冲洗液里嗜酸性粒细胞的数量和血液中的IgE水平都有所下降,同时其纵隔和腹腔的淋巴结中T细胞显示出了非常明显的频繁激活状态,并且这些细胞具备调节功能的特征。Prado及其团队创建了具有特异性过敏原耐受性的实验鼠,他们分别从耐受组与对照组的动物体内获取肺泡灌洗液,并从中分离出外泌体物质,随后将耐受性外泌体与普通外泌体通过鼻腔途径重新注入过敏体质小鼠体内,结果显示耐受性外泌体能够有效降低IgE介导的免疫应答、减少Th2类细胞因子生成以及抑制呼吸道炎症进展,并且这种保护效果能在动物体内持续维持较长时间,为利用外泌体开发过敏性疾病的免疫预防策略开辟了新的途径。外泌体能够影响机体免疫反应,在哮喘的发生过程中扮演关键角色,目前许多研究正尝试将外泌体开发成哮喘的检测、预防或治疗手段。

2.慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺):

慢性阻塞性肺病多由吸入有害物质或气体引发,导致呼吸道和肺泡出现病变。近年来,随着对外泌体作用的研究深入,学者们发现这种细胞间交流媒介在肺部疾病中也扮演着关键角色,它通过参与气管微环境的平衡,发挥着重要作用。直到查明烟雾成分会促使人体支气管上皮细胞分泌的外泌体里miR-210的含量出现明显增加,并且miR-210能够通过压制自噬相关基因7(ATG7)的活性,促使肺成纤维细胞转变为肌成纤维细胞,进而促成慢阻肺气道结构的改变。Xu及其团队将经烟草烟雾作用的人支气管上皮细胞与人成纤维细胞MRC-5一同培养,观察到烟草烟雾作用下的人支气管上皮细胞释放的外泌体,其内含有的miR-21能够借助pVHL / HIF-1α信号途径,推动成纤维细胞转变为肌成纤维细胞,这一发现再次证实了外泌体在慢性阻塞性肺疾病发生过程中的关键作用。Tan及其团队将慢阻肺急性加重期病患和未吸烟健康人的外周循环外泌体进行了比较,察觉到前者外泌体里的CRP、IL-6指标较后者更为显著,并且这些外泌体指标和血液中的相应指标之间存在关联,由此推测外泌体或许在慢阻肺急性加重期的炎症机制中扮演了角色。

最新科学发现表明,由多形核中性白细胞释放的微小囊泡异常激活会导致慢阻肺病者产生肺泡结构破坏,建议对多形核中性白细胞释放的这些囊泡进行数量分析,这对于评估慢阻肺病病情变化、判断治疗效果以及实现早期诊断具有积极意义。研究人员对比了不吸烟的正常人、吸烟的正常人以及吸烟后出现初期肺部损伤者的血液中内皮微泡的含量,发现吸烟后出现初期肺部损伤者的血液中内皮微泡的含量显著增加,建议血液中内皮微泡的含量或许能作为早期肺气肿的监测依据,从而做到早期干预并避免不可逆转的肺部损伤。对比分析稳定期慢阻肺患者、急性发作期慢阻肺患者以及健康非慢阻肺人群体内循环内皮微囊泡的含量,结果显示内皮微囊泡的含量与疾病严重程度存在正比关系,监测循环内皮微囊泡含量的变化能够用于判断病情状态和评价药物作用效果。2014年他们再次揭示,循环内皮微囊泡的多少能够反映慢阻肺病情的演变情况,并且这种物质的含量在体内与FEV1值反向关联,借助检测体内循环内皮微囊泡的变动,可以为那些无法接受肺功能检测的慢阻肺病人,开辟出一种病情判断的新途径。

3.肺部肿瘤:

肺癌属于多发恶性瘤种,当前针对此类病症的诊疗手段已获得显著进展,不过其具体成因至今尚未完全阐明。肿瘤周围环境对癌症的演变过程具有关键影响,肿瘤细胞释出的微小囊泡在信息交流方面也扮演着重要角色。Melo及其团队的研究揭示,肿瘤细胞释放的外泌体能够推动癌症发展,例如,在氧气不足的情况下,癌细胞会借助低氧诱导因子HIF-1α来提升外泌体的释放量,并且处于低氧状态的癌细胞所分泌的外泌体,其内包含的与血管形成及肿瘤扩散有关的蛋白质成分更为丰富。研究表明肺癌细胞系A549释放的外泌体含有miR-21和miR-29a,这两种分子能够同toll样受体(TLR)家族中的受体结合,包括小鼠TLR7和人类TLR8,这种结合会激活TLR介导的促进转移的炎症反应,进而可能引起肿瘤的生长和扩散。

外泌体是一种膜状构造,能够保护其内部物质不遭外周蛋白酶的破坏,在保存状态下十分稳定,同时其样本的构成比体液更为简单,因此在医学领域作为生物指标进行检测展现出广阔的前景。检测了五十例肺腺癌、三十例肺肉芽肿以及二十五名健康吸烟者血液中的外泌体微小RNA,结果显示miR-378a、miR-379、miR-139-5p和miR-200b-5p能够将样本划分为结节类(包含肺腺癌和肺肉芽肿)与非结节类(仅含健康吸烟者),该分类法的准确率高达97.5%,特异性为72.0%,曲线下面积值为90.8%;同时miR-151a-5p、miR-30a-3p、miR-200b-5p、miR-629、miR-100以及miR-154-3p则有助于在结节类样本中进一步区分肺腺癌与肺肉芽肿,其鉴别诊断的准确率为96.0%,特异性为60.0%,曲线下面积值为76.0。另外,科研人员观察到,对吉非替尼产生抗性的非小细胞肺癌病患血液中的外泌体PLAUR mRNA含量,要显著高于对吉非替尼敏感的非小细胞肺癌病患的水平,PLAUR能够通过EGFR/p-AKT信号途径促使吉非替尼产生抗药性,PLAUR或许可以当作针对吉非替尼抗药性非小细胞肺癌病患的一个新治疗目标。外泌体已用于肿瘤治疗的相关研究,处于临床前阶段,树突状细胞来源外泌体(Dex)的膜成分包含多种参与免疫应答的蛋白,它能够生成肿瘤相关抗原,进而激活T细胞,关于Dex在肺癌治疗中的应用,目前已有Ⅰ期和Ⅱ期临床试验在进行中Besse及其团队挑选了22名未出现肿瘤恶化且无法接受手术的非小细胞肺癌(NSCLC)病人,这些病人在接受诱导化疗后,采用INF-γ-Dex药物进行巩固免疫治疗,该药物载有MHCⅠ和MHCⅡ类肿瘤限定抗原;研究的核心指标是评估化疗结束后4个月里,至少有50%的患者实现无进展生存(PFS);在这22名患者中,他们的疾病中位进展间隔为2.2个月,中位整体存活周期达到15个月;其中7名患者(占比32%)的病情稳定期持续超过4个月;研究还发现,在部分NKp30表达不全的NSCLC患者体内,NKp30依赖性的NK细胞活性得到提升,这表明Dex能够增强晚期NSCLC病患的NK细胞免疫能力。

4.弥漫性实质性肺疾病:

这种肺部疾病的基本病理特征是肺泡出现炎症反应,同时间质部分发生纤维化现象。当前弥漫性实质性肺疾病的成因尚未完全阐明,科研人员发现外泌体与此类疾病存在关联,通过对肺纤维化模型小鼠肺泡灌洗液以及不同组别人肺泡灌洗液进行外泌体提取分析,结果显示模型小鼠及肺纤维化患者组的外泌体水平显著高于对照组,进一步研究表明外泌体能够激活WNT-5A信号通路,进而刺激成纤维细胞生长,该过程与IPF疾病的发生发展密切相关。

采用PCR阵列技术检测博来霉素引发的肺纤维化小鼠模型,识别出外泌体miR-21-5p,观察到它在IPF患者血液中的含量远超正常人群,借助生存数据统计,表明血液中外泌体miR-21-5p水平较高的IPF病患,在三十个月内的生存前景显著不佳,暗示血液外泌体miR-21-5p或许能作为IPF预后的一个参考指标。Njock等人从IPF患者的痰液中分离得到外泌体,运用miRNA定量PCR组学方法检测到IPF患者与健康人群痰外泌体miRNA水平有显著不同,并筛选出3个具有临床价值的miRNA,其中miR-142-3p与肺一氧化碳扩散功能/肺泡体积比值呈现反向关联,这为IPF疾病诊断和病情监测提供了新的生物标志物候选。干细胞能够修复组织,研究人员对比了间充质干细胞与间充质干细胞释放的外泌体在治疗模型肺纤维化方面的效果,结果显示干细胞主要借助外泌体实现组织修复,为肺组织修复治疗提供了新思路。调查表明,由人羊膜上皮细胞产生的外泌体(hAEC Exo)内含的蛋白质集中分布于MAPK信号传导、细胞凋亡及生长发育生物学相关通路,其携带的miRNA则主要涉及PI3K-Akt、Ras、Hippo、TGF-β以及细胞焦亡附着机制;这种外泌体能够提升巨噬细胞的吞噬效率,降低中性粒细胞髓过氧化物酶的活性,同时对T细胞分裂表现出直接阻遏效果;通过鼻腔给药方式对小鼠肺纤维化模型实施干预后,可观察到肺部炎症程度与纤维化程度均显著降低,从而证实了该外泌体具备抗纤维化、调节免疫及促进组织修复的综合作用,为肺纤维化病症开辟了新的治疗途径。

5.急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征(ALI/ARDS):

急性呼吸窘迫综合征由肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞受损造成,导致弥漫性肺间质与肺泡水肿。Moon及其团队研究发现,当小鼠接受高氧刺激时,其肺泡灌洗液和血液中来源于肺上皮细胞的外泌体数量会上升。这些外泌体借助ROCK1途径,能够激活巨噬细胞参与急性肺损伤的炎症过程,表明外泌体在急性肺损伤的发生中扮演关键角色。当察觉到急性呼吸窘迫综合征病患体内的肺水肿液,较之心源性肺水肿病患要多出上皮细胞形成的微囊泡,此类微囊泡内含大量具有助凝效果的因子;在实验室环境中,通过炎症因子组合(TNF-α、IL-1β、IFN-γ)对肺泡上皮细胞进行作用,可导致其产生含有助凝成分的微囊泡,这些微囊泡能推动肺泡区域纤维蛋白的积聚,表明了上皮细胞来源微囊泡在急性肺损伤/呼吸窘迫综合征发展过程中可能扮演的角色。

ALI/ARDS的局部和全身性炎症反应,是由循环细胞如白细胞、血小板和内皮细胞之间相互影响调节的,而细胞释放的微囊泡,已被证实能够评估炎症反应程度,研究者采集了ARDS患者、自主呼吸患者以及通气对照组的支气管肺泡灌洗液和血液样本中的微囊泡,结果显示肺泡灌洗液和血液中,均检测到白细胞微粒(LeuMP)、中性粒细胞微粒(NeuMP)、内皮细胞微微粒(EMP)和血小板微粒(PMP),并且LeuMP与急性呼吸窘迫综合征的预后情况,表现出负向关联性,这表明LeuMP具备作为ALI/ARDS预后生物标志物的潜力。干细胞能够缓解损伤并促进修复,当前科研人员正研究其在各类疾病中的治疗效果,Wu及其团队针对脂多糖引发的大鼠急性肺损伤模型,将血管内皮祖细胞来源外泌体进行移植,结果显示其经由将miR-126转导入目标内皮细胞,进而引发表达降低,继而激活RAF/ERK信号通路,借此优化内皮细胞状态,最终达到减轻肺部损伤与加速肺组织再生的目的,为临床治疗开辟了新的途径。Zhou及其团队采用人内皮祖细胞产生的外泌体,通过气管内注射途径对脂多糖造成的小鼠急性肺损伤进行干预,结果显示这种外泌体能够抑制髓过氧化物酶的活性,改善肺损伤指数,缓解肺水肿状况,并对抗脂多糖引发的急性肺损伤;此外他们观察到外泌体内部含有的MiR-126-3p和miR-126-5p能够促进紧密连接蛋白的合成,保持肺泡上皮结构的完整;这一发现证实了内皮祖细胞来源的外泌体可以通过将miR-126转运至上皮细胞,从而减轻肺损伤的作用机制,也为外泌体吸入式治疗开辟了新的方向。

6.呼吸系统感染性疾病:

呼吸道发炎多由不同病原体导致,比如细菌、病毒、衣原体、霉菌、虫子等。微生物侵入生物体后,能够借助分泌的囊泡引发组织发炎现象,Giri和的研究表明结核杆菌侵入的巨噬细胞会释放包含杆菌脂质的囊泡,此类囊泡能够促使未成熟的巨噬细胞产生炎症,同时激活脾脏中的CD4+和CD8+T细胞,还能诱导骨髓来源的树突状细胞进入活化与成熟阶段,从而介入生物体的免疫防御机制。调查表明HIV在侵染生物体时会借助囊泡将含有nef蛋白及可溶性Tat蛋白排出体外,可溶性Tat蛋白在生物体内能够刺激血管生长和内皮细胞转化等生物功能,nef蛋白会促使HIV感染的细胞产生囊泡,这些囊泡被CD4+T细胞摄取后会提升T细胞的易感程度,进而推动病毒增殖。某些研究人员把新生隐球菌脱落的囊袋同哺乳动物巨噬细胞一起培养,察觉到这种囊袋能够推动巨噬细胞分泌细胞外肿瘤坏死因子TNF-α、白细胞介素-10IL-10、转化生长因子TGF-β这些因子以及一氧化氮,不过其内在原理尚未阐明。Lee及其团队借助铜绿假单胞菌感染小鼠来构建细菌性肺部感染模型,随后从小鼠肺泡灌洗液中分离出外泌体并实施RNA检测,结果显示这些外泌体主要源自肺泡Ⅰ型上皮细胞;肺泡Ⅰ型上皮细胞释放的富含外泌体能够主动迁移至肺泡巨噬细胞,进而推动炎性小体活化、中性粒细胞趋化和M1-巨噬细胞分化,在细菌性肺炎发展过程中表现出助长炎症的效应。

当前,临床在应对感染性疾病时,寻找既灵敏又准确的生物标志物仍是一大挑战,科研人员运用多反应监测质谱技术,对活动性肺结核患者和潜伏感染者的血清外泌体进行蛋白质组学分析,识别出33种特定蛋白质和20个肽段,在这之中,8种蛋白质(包括抗原85B、抗原85C、Apa、BfrB、GlcB、HspX、KatG以及Mpt64)的多肽成分,被认为有潜力成为区分持续活跃与潜伏结核分枝杆菌感染的生物标志物Lv等人检测了健康对照者、活动性结核病患者和潜伏结核感染者血液中的外泌体RNA,揭示潜伏感染和活动感染期间存在大量差异表达的基因,这些基因呈现出显著的上调或下调状态;不同时期的结核分枝杆菌感染会导致外泌体携带的RNA种类不同;这些发现为区分潜伏性和活动性结核病提供了潜在的诊断依据。Pei团队检测了社区获得性肺炎患者、慢阻肺急性加重期患者以及健康人群血浆外泌体表面蛋白,结果显示CD45和CD28能够区分这两种疾病状态,从而为外泌体作为疾病诊断指标提供了证据。采用源自人类间充质干细胞的微囊泡(MSC-MV)对感染细菌的小鼠进行医治,观察到这些微囊泡能够缓解肺部的炎症反应,并且提升了小鼠的存活几率,在实验室内进行的测试表明,微囊泡能够通过加强单核细胞对病原体的清除能力、减少炎症因子在体内的释放以及提升受损肺泡中II型上皮细胞的ATP含量来达到治疗效果,这意味着MSC-MV与完整的干细胞具有相似的功效,是一种不含细胞成分的干细胞治疗手段。

7.其他肺部疾病:

当察觉到静脉血栓栓塞病患血液中的微囊泡指标超过正常群体,暗示这些微囊泡的多少可能是静脉血栓栓塞的一个单独的诱发条件。另有一些研究者对比了临床疑似肺栓塞病患与健康人群血液中的微囊泡激活成分,结果显示疑似肺栓塞者血液中的微囊泡数量增加,然而其激活成分在统计学上没有显著不同。外泌体和肺栓塞病症之间的关联性还需要更多深入的调查。

检测了20例肺动脉高压患者和对照组的血液循环微囊泡水平,结果显示肺动脉高压患者体内含有较多含有TF活性形式的微粒,这表明利用循环微囊泡来评估肺动脉高压的严重程度可能成为临床诊断病情的一种手段。翻译控制的肿瘤蛋白(TCTP)是一种能够促进细胞增殖并抑制细胞凋亡的调节因子,研究证实它在遗传性肺动脉高压患者体内呈现高表达状态。从携带BMPR2基因变异的肺动脉高压患者及正常人群体内分离血管内皮细胞(BOEC),在体外抑制BOECs中TCTP的表达后,观察到这些细胞的外形及骨架结构出现异常,细胞死亡现象更为普遍,而其迁移性能则明显减弱,这表明TCTP在肺动脉高压的发生发展中扮演着关键角色;进一步的体外联合培养实验揭示,由内皮细胞释放的囊泡能够将TCTP递送至肺动脉平滑肌细胞,进而刺激后者生长并抑制其程序性死亡;这一研究成果暗示,测定外泌体中的TCTP含量或许可作为肺动脉高压诊断的候选生物指标,也为探索该疾病的治疗新策略开辟了途径。外泌体对于血管形成和内皮修复有显著作用,将新生小鼠置于高氧环境(HYRX;75% O2),到出生后第四天给予间充质干细胞(MSCs)制备的外泌体,出生后第七天恢复正常氧气浓度;处于高氧环境的小鼠出现明显的肺泡结构损伤、纤维化现象和肺血管结构改变,间充质干细胞来源的外泌体能够缓解纤维化现象和肺血管结构改变,因此有助于降低肺动脉高压水平;在实验室环境中培养发现MSC来源的外泌体能够调控巨噬细胞的功能状态,表明MSC来源的外泌体有助于改善高氧环境导致的支气管发育异常问题。

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