细胞外囊泡介导的代谢性疾病局部与系统性通讯：聚焦糖尿病、肥胖、代谢功能障碍相关脂肪性肝病及肌少症

《International Journal of Molecular Sciences》：Extracellular Vesicle-Mediated Local and Systemic Communication in Metabolic Diseases

　　

细胞外囊泡（EVs）已成为细胞间通讯的关键介质，通过在器官之间转运具有生物活性的蛋白质、脂质和核酸来维持代谢稳态。在本综述中，研究人员概述了EVs在四种相互关联的代谢性疾病——糖尿病、肥胖、代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）和肌少症——中介导局部与系统性通讯的最新进展，重点关注EVs在疾病发生、适应和进展中的机制性作用。研究人员重点阐述了来自胰腺、脂肪组织、肝脏和骨骼肌的EVs如何跨器官传播代谢功能障碍，并鉴定了一些共有的货物分子特征，包括miR-27a、miR-155、miR-146a-5p、miR-690、CXCL10、RBP4、神经酰胺、脂肪因子组成以及线粒体成分，这些分子可能代表了共同的致病机制。本文讨论了当前基于EVs的治疗策略，未来研究应优先推进EVs分离与表征的标准化以提高可重复性，从而促进临床转化。

1. 引言

代谢性疾病，包括糖尿病、肥胖、代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）及其进展性晚期并发症，构成了全球范围内流行规模的健康危机。这些疾病密切相关，共享诸如器官间通讯功能失调等共同的潜在疾病机制。传统上，代谢稳态被认为主要由经典激素调控，然而这一观点无法完全解释导致代谢功能障碍的复杂而协调的细胞间及器官间通讯。近年来，细胞外囊泡（EVs）已成为此类通讯的重要介质，从而为理解代谢性疾病提供了新的机制框架。

EVs是几乎所有细胞类型均能分泌的亚微米级脂质双分子层包裹颗粒。根据其生物发生途径和大小，EVs主要分为三大亚型：外泌体、微囊泡和凋亡小体。外泌体在内体系统中形成，通过多囊泡体与质膜融合释放；微囊泡则直接从质膜出芽产生；凋亡小体是细胞死亡过程中产生的微囊泡亚型。此外，EV家族在过去十年中显著扩展，包括了迁移体等新亚型。非囊泡性细胞外颗粒如exomeres和supermeres也已被描述，它们均缺乏脂质双分子层。目前可用的分离技术无法仅凭大小或密度完全分离这些重叠的颗粒群体。因此，MISEV 2023指南建议根据分离方法将EVs分为操作性亚群，如小EVs（sEVs，<200 nm）和中/大EVs（>200 nm），除非对其生物发生进行了专门研究。为避免歧义，本综述统一使用操作性术语"sEVs"指代膜包裹囊泡，除非另有说明。

EVs携带复杂且具有生物活性的分子货物，包括核酸（如miRNA、mRNA、lncRNA）、蛋白质、脂质、线粒体成分和代谢物，这些货物反映了其亲代细胞的生理或病理状态。货物通过多种摄取机制递送至靶细胞，并在被受体细胞内化后激活细胞间信号通路，从而重编程细胞功能，如葡萄糖摄取、胰岛素敏感性、炎症反应和组织重塑。EVs在细胞间通讯中的既定作用使得理解其在代谢性疾病中的功能变得日益重要。虽然现有综述已探讨了代谢中的器官间相互作用，但它们或缺乏以EVs为中心的视角，或仅聚焦于单一器官来源的EVs；对关键代谢组织（胰腺、脂肪组织、肝脏、骨骼肌）之间多向EVs介导的局部和系统性通讯的全面概述仍然缺失。

2. 细胞外囊泡介导的糖尿病局部与系统性通讯

在局部通讯方面，免疫细胞与胰腺β细胞之间的EVs介导串扰与1型和2型糖尿病的发病机制密切相关。淋巴细胞来源的sEVs可促进β细胞凋亡；M1型巨噬细胞来源的sEVs通过靶向sirtuin 2抑制Akt/GSK-3β/β-catenin通路损害β细胞胰岛素分泌。β细胞不仅是EVs的被动接受者，也是活跃的分泌者。在保护性方面，β细胞sEVs上的PD-L1可抑制CD8⁺ T细胞增殖，应激β细胞释放的含损伤线粒体的EVs可重编程巨噬细胞向抗炎表型转化。在有害方面，炎症或脂毒性应激下β细胞来源的EVs可通过CXCL10/CXCR3轴形成正反馈炎症环路，或通过神经酰胺富集的sEVs及TGF-β/SMAD3通路损害胰岛素分泌。胰腺星状细胞来源的EVs也通过携带miR-140-3p、miR-23a-3p等促进β细胞凋亡。

在系统性通讯方面，脂肪组织来源的EVs对β细胞的作用呈阶段依赖性。肥胖早期的Ad-EVs通过胰岛素促泌蛋白货物增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌，ATM-sEVs中的miR-155通过抑制Mafb促进β细胞增殖以适应肥胖。但随着疾病进展，炎症性Ad-EVs携带miR-138-5p等促凋亡信号抑制Wnt/β-catenin通路导致β细胞凋亡。肝脏来源的EVs在糖尿病中具有双重作用：脂肪变性肝细胞来源的sEVs中miR-126a-3p促进β细胞凋亡，Fetuin-A富集的脂毒性sEVs通过激活TLR4诱导胰岛炎症。骨骼肌来源的sEVs携带miR-16通过降低Ptch1促进β细胞增殖，肌肉干细胞sEVs通过调节mTOR激活自噬减轻糖脂毒性损伤。

3. 细胞外囊泡介导的脂肪组织重塑与肥胖中的局部与系统性通讯

在局部通讯中，AT-EVs在脂肪生成、血管生成和巨噬细胞调节中发挥多效性作用。AT-sEVs携带miR-450a-5p和miR-122促进脂肪干细胞成脂分化，同时增强血管生成并促进M1向M2巨噬细胞极化。EVs的分子组成动态反映细胞分化状态，人脂肪干细胞来源的EVs可通过携带脂联素、adipsin、ANGPTL4和IGF-1等脂肪因子传递成脂信息。

来自代谢性疾病模型的AT-EVs通过多种分子货物促进巨噬细胞M1极化和胰岛素抵抗，包括RBP4、Sonic Hedgehog、miR-155等。成熟脂肪细胞分泌的含miR-34a的sEVs通过下调KLF4抑制M2巨噬细胞极化。此外，脂质充盈的EVs在肥胖小鼠中的日释放率较瘦小鼠高两倍以上，可能是独立于经典脂解的脂肪细胞脂质释放机制。SVF细胞也可通过EVs向脂肪细胞通讯：高糖条件下巨噬细胞来源的sEVs中miR-210通过抑制NADH氧化还原酶亚基ND4表达抑制脂肪细胞葡萄糖摄取和线粒体功能。

棕色脂肪组织分泌的EVs介导多种局部细胞通讯。肥胖条件下棕色脂肪细胞释放含损伤脂质和线粒体的EVs，被脂质相关巨噬细胞通过CD36摄取后诱导泡沫细胞样表型并分泌TGF-β₁抑制棕色脂肪特异性基因表达。反之，BAT-sEVs携带特定lncRNA可诱导米色脂肪细胞分化。

在系统性通讯中，β细胞来源的sEVs中miR-26a可减轻脂肪细胞肥大和胰岛素抵抗。肝脏来源的EVs对脂肪细胞的作用取决于诱导因素类型和暴露阶段：短期高脂饮食诱导的Hep-sEVs倾向于促进脂肪生成，而长期高脂饮食诱导的则倾向于驱动脂质合成。在早期肥胖中，肝细胞sEVs中miR-3075通过抑制FA2H发挥胰岛素增敏作用；而在慢性肥胖中，miR-434-3p通过诱导肥胖相关组织炎症间接促进胰岛素抵抗。运动诱导的骨骼肌EVs主要产生有益代谢效应：有氧运动产生的富含线粒体生物发生和脂肪酸β-氧化相关蛋白的EVs可改善肥胖小鼠的糖耐量并减少脂质积累；抗阻运动诱导的SkM-sEVs中肌肉特异性miR-1被附睾白色脂肪组织优先摄取并发挥脂解作用。

4. 细胞外囊泡介导的MASLD和MASH中的局部与系统性通讯

在肝脏局部微环境中，脂毒性肝细胞释放的EVs通过多种货物分子促进肝星状细胞激活，包括miR-128-3p、铁负载、MASP1、miR-1297、miR-27a、LIMA1、FASN、miR-107和PUM1等。其中，铁负载EVs导致HSCs铁过载和ROS介导的纤维化激活；MASP1富集的sEVs通过p38 MAPK/ATF2通路驱动肝纤维化；miR-27a和LIMA1通过抑制PINK1依赖性线粒体自噬诱导线粒体功能障碍和HSC纤维化。脂毒性Hep-EVs也通过CXCL10、TRAIL、C16:0神经酰胺、miR-192-5p、miR-9-5p、S1P和活性整合素β₁等货物促进单核细胞招募和/或肝巨噬细胞激活。RBP4携带的Hep-sEVs促进Kupffer细胞M1样极化，加速MASLD进展。此外，脂毒性Hep-sEVs通过递送OGT至LSECs增强HNF1α的O-GlcNAc糖基化，促进Ang-2转录和LSEC毛细血管化。

非实质细胞来源的EVs也可调节肝细胞功能。TGF-β₁激活的HSCs释放含miR-99a-5p的sEVs促进肝细胞凋亡；KC来源的sEVs递送miR-690至肝细胞和HSCs，miR-690水平在MASH进展中下降，恢复其水平可减弱HSC纤维化和肝细胞脂质合成。EVs还介导非实质细胞间串扰形成放大HSC激活的前馈环路。

在系统性通讯中，脂毒性条件下β细胞来源的EVs损害肝脏胰岛素敏感性，而保护性胰岛sEVs中miR-223和miR-26a可增强肝脏胰岛素敏感性。AT-EVs对肝脏代谢具有双向作用：许多AT-EVs通过miR-222、miR-141-3p等促进肝脏胰岛素抵抗，而携带人kallistatin的修饰AT-sEVs和M2巨噬细胞来源的含miR-690的sEVs可缓解肝胰岛素抵抗。AT-EVs还通过AKR1B7、LINC01705、TCONS-00039830等货物促进肝细胞脂质积累和纤维化。与白色脂肪组织来源不同，BAT-sEVs主要表现有益效应：携带miR-132-3p抑制肝脏脂质合成，携带miR-378a-3p在寒冷适应中刺激肝糖异生。骨骼肌来源的EVs对肝脏的作用报道不一：远程肢体缺血调理促进携带miR-181d-5p的EVs从肌肉转移至肝脏改善脂肪性肝炎；而过度训练诱导的含FBXO2的"乳酸小体"通过降解MCL1和激活BAX/BAK通路促进肝细胞凋亡和肝纤维化。

5. 细胞外囊泡介导的骨骼肌胰岛素抵抗与肌少症中的局部与系统性通讯

在骨骼肌局部通讯中，萎缩肌纤维来源的含miR-690的sEVs通过靶向肌细胞增强因子2抑制卫星细胞分化；胰岛素抵抗骨骼肌来源的sEVs富含胆固醇和miRNAs，促进脂肪细胞脂质储存、增强肌肉脂质摄取并诱导肌肉细胞胰岛素抵抗和萎缩。相反，卫星细胞来源的sEVs通过抑制TGF-β₁/SMAD3通路激活PAX7减轻萎缩和纤维化。

在系统性通讯中，棕榈酸酯应激的β细胞来源的含miR-204-5p的sEVs通过抑制Sirtuin 1损害骨骼肌胰岛素信号传导。肥胖状态下，AT-EVs通过miR-27a、miR-155、miR-29a等多种miRNAs诱导肌肉细胞胰岛素抵抗；衰老肌周脂肪组织来源的含let-7d-3p的sEVs通过抑制HMGA2促进衰老相关肌萎缩。而AT-sEVs中miR-146a-5p通过抑制IGF-1R改善骨骼肌消耗，并抑制FBX32/FOXO3信号减少线粒体自噬。MASLD相关肌少症中，肝细胞来源的miR-582-5p富集sEVs通过激活萎缩通路促进肌肉萎缩；肝硬化模型中受损肝细胞释放的mtDNA富集EVs通过cGAS-STING通路触发骨骼肌炎症。

6. 结论与讨论

来源于代谢器官的EVs通过促进细胞间和器官间通讯，参与改变局部环境和系统性稳态，从而通过其调节功能影响疾病进展。在代谢性疾病早期，EVs介导适应性或代偿性反应；随着疾病进展，有益的EV货物被耗竭并被加剧代谢疾病进展的致病信号所取代。鉴于EVs从早期适应性保护者向晚期致病因子的这种双重角色转换，旨在利用或拮抗EV功能的治疗策略引起了广泛关注。策略一为阻断疾病相关货物的装载、抑制EV分泌和向受体细胞的递送并防止致病信号激活；策略二为给予高度纯化的良性EVs；策略三为工程化EVs介导的药物递送。表1汇总了跨两种或以上代谢性疾病模型中共同报告的EV货物，包括miR-27a、miR-122、miR-146a-5p、miR-155、miR-690、CXCL10、RBP4、神经酰胺、脂肪因子组成和线粒体成分，这些可能是未来治疗策略的优先靶点。可重复性仍是EV生物标志物和治疗临床转化的主要障碍，主要源于分析前程序、分离方法和表征步骤的异质性。研究人员应积极参与EV-TRACK联盟开发的EV-METRIC评分系统以提升报告透明度。

7. 局限性与未来展望

本综述存在若干局限性：未涵盖代谢器官与脑、心脏、肾脏、肠道、骨骼及血管内皮等其他重要器官之间EV货物谱的串扰，也未全面评述血浆来源或血细胞来源的EVs在代谢性疾病中的作用；选择性货物包装、释放和受体细胞摄取的机制未得到全面阐述；大多数证据来源于细胞模型和临床前动物研究，可能无法直接推广至人类。未来研究方向包括：开发富集不同EV亚型的新方法，优先整合多组学方法表征疾病特异性EV货物并鉴定早期诊断的阶段特异性生物标志物；探索是否存在类似已知的EXOmotifs和CELLmotifs的"接受基序"来决定细胞特异性EV摄取和货物命运。