综述:外泌体在缺血性心脏病中的应用益处与挑战

【字体: 时间:2025年05月20日 来源:Stem Cell Research & Therapy 7.1

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  本文聚焦外泌体(Exos)在缺血性心脏病(IHD)中的应用,探讨其作为细胞间通讯介质的潜力,分析其在诊断、治疗中的作用机制,如携带 miRNA、蛋白等调控心肌修复,同时讨论递送技术及临床转化面临的挑战,为相关研究提供参考。

  

缺血性心脏病与外泌体的研究背景


心血管疾病是临床致死致残的主要原因,其中心肌梗死(MI)因血供减少或中断常见。干细胞通过分化、释放生长因子等发挥修复作用,而外泌体作为细胞外囊泡(EVs)的子集,在生物医学领域具巨大诊疗潜力,其在缺血性心脏病(IHD)中的应用研究正不断拓展。

外泌体的生物发生与作用机制


外泌体由内体系统产生,经多泡体(MVBs)释放,涉及 ESCRT、SNAREs、RABs 等多种效应因子。其可通过传递生长因子、脂质、DNA、mRNA、长链非编码 RNA(lncRNA)等参与细胞间通讯。在缺血性心脏病中,心肌细胞来源的外泌体携带多种生物分子,如蛋白、脂质、RNA(mRNA、微小 RNA(miRNA)、环状 RNA(circRNA)、非编码 RNA(ncRNA)等),其内容物随病理生理情况而异。

外泌体在缺血性心脏病中的诊断价值


外泌体易进入生物流体,其 cargo 实时反映心肌细胞代谢状态,可作为缺血性心脏病的诊断工具。与传统生物标志物如心肌肌钙蛋白 T(cTnT)、肌酸激酶 - MB(CK-MB)相比,心脏组织来源的细胞外囊泡释放更快。例如,心肌梗死后 4 小时内可在血浆中检测到心肌组织特异性 miRNA,如 miRNA-133a/b、-320、-499、-1、-208a 等,且外泌体 miRNA 等遗传元件抗降解,具关键诊断价值。此外,外泌体蛋白如肌节蛋白、心脏型肌球蛋白结合蛋白 C 等也可作为预测生物标志物。

外泌体的治疗作用与机制


外泌体在缺血性心脏病治疗中具多方面作用。一方面,其可调控炎症反应,如大鼠骨髓间充质干细胞(MSC)外泌体可抑制 NF-κB p65 核转位和 NLRP3 炎症小体,调控炎症。另一方面,可促进血管生成,如局部外泌体(miRNA-143、-222)刺激损伤心肌血管生成,减少纤维化;心脏祖细胞外泌体含血管内皮生长因子(VEGF)、胰岛素样生长因子 - 1(IGF-1)等,可重建血供、减少心肌细胞凋亡和纤维化。此外,还可通过激活自噬(如 beclin-1、LC3-II/LC3-I 比率、Atg12)等机制保护心肌细胞,减轻氧化损伤,抑制 caspase 3、7 活性。

外泌体的递送方法与工程化改造


外泌体递送方法多样,包括静脉、心内、皮内、心外膜、腹腔注射等。静脉注射无创但存在脱靶和快速清除问题;心内、冠状动脉内注射可规避脱靶,但具侵入性。水凝胶负载外泌体作为心脏贴片或直接注射可实现缓释,提高靶向递送效率,其孔隙率、溶胀率、生物降解性等特性影响外泌体释放。

为提高外泌体靶向性和治疗效果,可对其进行工程化改造,包括表面和内部修饰。修饰策略有间接法(改造宿主细胞)和直接法(分离后修饰),如利用 CRISPR-Cas9 系统编辑外泌体,或通过化学修饰(如点击化学、配体 - 受体结合)添加靶向肽等。工程化外泌体可增强心肌细胞摄取、延长滞留时间、调控特定基因表达,如靶向肽修饰的外泌体可减少心肌细胞凋亡、促进血管生成。

外泌体应用的临床挑战与展望


尽管外泌体具诸多优势,但其临床应用仍面临挑战。如缺乏标准化的分离、纯化和制备方案,储存条件(温度、pH)影响外泌体完整性,多次冻融可改变其理化性质。此外,宿主细胞代谢状态影响外泌体 cargo 组成,外泌体与病毒颗粒大小相似,存在病毒传播风险,异基因模型中可能引发免疫反应。目前,全球关于外泌体在心血管疾病中的临床研究有限,但随着工程化技术进步,有望开发出更有效的外泌体疗法。未来需进一步研究外泌体在不同病理条件下的行为机制,优化递送技术,推动其临床转化。

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