综述:外泌体:心脏修复中代谢调控的桥梁

【字体: 时间:2025年07月03日 来源:npj Biomedical Innovations

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  这篇综述系统阐述了外泌体(EXOs)作为细胞间通讯的关键介质,通过调控能量代谢(如糖酵解/脂肪酸氧化)、线粒体功能、脂质稳态和免疫反应(如M1/M2巨噬细胞极化)促进心肌修复的机制。重点探讨了工程化外泌体(如miR-21-5p、miR-210修饰)在心肌梗死(MI)等心血管疾病(CVD)中的治疗潜力,为开发靶向代谢干预策略提供了新思路。

  

外泌体:心脏修复中代谢调控的桥梁

心血管疾病(CVD)是全球死亡的首要原因,心肌梗死(MI)后不可逆的心肌细胞(CMs)损失和代谢紊乱是治疗难点。近年研究发现,直径40-180nm的外泌体(EXOs)通过携带miRNA、蛋白质和脂质等生物活性物质,成为协调心脏代谢修复的核心媒介。

代谢在心脏中的核心地位

心脏作为高耗能器官,其能量供应模式随发育阶段动态变化:胎儿期以糖酵解为主,成年后60%ATP依赖脂肪酸氧化(FAO)。病理状态下(如缺血),心脏被迫回归糖酵解供能,导致代谢失衡。外泌体通过传递miR-17/21/210等分子,上调葡萄糖转运蛋白GLUT1和抑制丙酮酸脱氢酶激酶PDK1,促进缺氧心肌的糖酵解适应。线粒体功能调控方面,外泌体miR-29b通过增强PGC-1α蛋白维持线粒体完整性,而miR-320/455则通过调控超氧化物歧化酶(SOD)平衡氧化应激。

脂质稳态与氧化还原平衡

外泌体通过运输磷脂和胆固醇直接补充受损心肌的脂质池。在肥胖模型中,脂肪细胞来源的外泌体携带促炎miRNA抑制FAO,而健康外泌体则通过miR-382-5p减少巨噬细胞泡沫化。氧化应激方面,心脏祖细胞(CPC)来源的外泌体通过miR-21/100/210降低活性氧(ROS),而miR-25通过靶向线粒体钙单向转运体(MCU)调控钙稳态,共同维持修复微环境。

免疫与纤维化的代谢调控

心肌损伤后,外泌体驱动巨噬细胞从促炎M1型向修复型M2极化:MSC来源的外泌体miR-125a-5p通过抑制Klf13和Tgtbr1基因促进M2转化,内皮细胞外泌体miR-10a则阻断NF-κB通路减轻炎症。纤维化调控中,外泌体miR-21-5p通过PTEN/AKT通路抑制心肌成纤维细胞(FB)活化,而miR-29a可减少胶原沉积。

工程化外泌体的突破

为提高靶向性,表面修饰CD71抗体的外泌体可特异性富集在梗死区。载药技术方面,低频率超声和电穿孔优化了miRNA(如miR-294)的装载效率。创新递送方式如心包内注射(iPC)水凝胶缓释系统,以及吸入式外泌体雾化疗法(SCENT),显著提升药物利用率。临床转化中,抗血小板药替格瑞洛被发现可增加心脏保护性外泌体分泌,而沙库巴曲/缬沙坦则通过降低促纤维化miR-181a改善心室重构。

未来研究需建立标准化分离流程(如切向流过滤TFF),并开发缺氧响应型智能外泌体。通过整合多组学分析和个体化治疗,外泌体有望成为心血管再生医学的变革性工具。

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