細(xì)胞微粒在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展*

張俊鴻， 熊 瑋

［陸軍軍醫(yī)大學(xué)（第三軍醫(yī)大學(xué)）第一附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)與特勤醫(yī)學(xué)科，重慶400038］

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmo?nary disease，COPD）以持續(xù)呼吸道癥狀和不可逆氣流受限為特征，是目前世界上第四大死亡原因，預(yù)計到2030年每年死于COPD和相關(guān)疾病的達(dá)450萬人［1］，給全球帶來巨大經(jīng)濟(jì)和社會負(fù)擔(dān)。目前COPD的病理機(jī)制包括氧化細(xì)胞機(jī)制、氧化應(yīng)激、衰老、線粒體功能異常等假說，但確切機(jī)制仍存在爭議。一直以來COPD主要依靠臨床癥狀及肺功能檢測診斷［2］，但存在漏診及過度診斷問題，治療方面以癥狀控制及疾病進(jìn)展延緩為主，尚未發(fā)現(xiàn)能治愈COPD的藥物，所以迫切需要進(jìn)一步研究COPD的發(fā)病機(jī)理，尋找新的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是各種類型細(xì)胞在生理狀態(tài)、應(yīng)激、損傷或凋亡情況下釋放到細(xì)胞外環(huán)境中的囊泡，根據(jù)其大小可分為外泌體、微粒（microparticles，MPs）、凋亡小體等。MPs也稱微泡、胞外體、脫落囊泡等，直徑0.1~1μm，其內(nèi)含有mRNA、miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等活性成分。很多研究表明MPs通過轉(zhuǎn)移其內(nèi)容物介導(dǎo)細(xì)胞間通訊，調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、炎癥反應(yīng)等，參與疾病的發(fā)生發(fā)展，近年研究認(rèn)為MPs也是COPD病理機(jī)制之一。本文對MPs介導(dǎo)的COPD發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 COPD中常見的微粒及其活性

MPs在細(xì)胞間的交流中起著重要的作用，影響包括COPD在內(nèi)的許多疾病，研究顯示COPD患者循環(huán)、肺泡灌洗液及痰液中細(xì)胞MPs增加，可能參與COPD的發(fā)生發(fā)展。

1.1 淋巴細(xì)胞來源的MPs（lymphocyte-derived MPs，LMPs）COPD是一種慢性氣道炎癥性疾病，淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞增加，炎癥機(jī)制在COPD的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用［3］。LMPs是淋巴細(xì)胞受到活化或凋亡時從漿膜上脫落的直徑0.05~1μm的小囊泡顆粒，含有多種特異性膜糖蛋白和生物學(xué)活性受體［4］，其數(shù)量的增加與免疫和炎癥性疾病的病理狀態(tài)有關(guān)。COPD中增多的LMPs聚集在支氣管上皮細(xì)胞（bron?chial epithelial cells，BECs）表面，可能誘導(dǎo)BECs的損傷。

臨床COPD患者肺泡灌洗液中LMPs病理性升高，且LMPs的量與疾病的嚴(yán)重程度有密切關(guān)系，進(jìn)一步動物實(shí)驗證實(shí)LMPs促進(jìn)C57BL/6小鼠的氣道炎癥［5］。體外研究顯示LMPs抑制人BECs生長，使細(xì)胞周期阻滯在G1期［6］，同時導(dǎo)致BECs的炎癥介質(zhì)［包括腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）和IL-8等］增多，并通過p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-ac?tivated protein kinase，p38 MAPK）信號通路誘導(dǎo)BECs凋亡，促進(jìn)氧化應(yīng)激［7-8］。近來研究表明T淋巴細(xì)胞來源MPs抑制自噬，誘導(dǎo)BECs分泌炎癥因子（IL-1β、IL-18等），導(dǎo)致核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受 體 蛋 白3（nucleotide-binding oligomerization do?main-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體形成和積聚［9］，調(diào)節(jié)COPD炎癥反應(yīng)。

目前體內(nèi)外實(shí)驗已證實(shí)LMPs可對BECs發(fā)揮抑制生長、促炎和促凋亡的作用，可能作為COPD患者氣道炎癥及BECs損傷的有害生物標(biāo)志物。但LMPs中包含有豐富的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸成分，其發(fā)揮作用的具體成分仍需要進(jìn)一步研究，才能為COPD的治療提供更精準(zhǔn)的靶點(diǎn)。

1.2 BECs來源的MPs BECs是抵御有害物質(zhì)的第一解剖氣道屏障，氣道上皮組織能產(chǎn)生跨膜型黏蛋白（transmembrane mucins，transmembrane MUCs），保持上皮表面濕潤，保護(hù)上皮免受病原體和環(huán)境刺激的影響，BECs來源的MPs中含很多不同MUCs（MUC-1、MUC-4和MUC-16等），能發(fā)揮中和H1N1流感病毒的作用［10］。因此，BECs來源的MPs可能與正常氣道生物學(xué)機(jī)制的調(diào)節(jié)有關(guān)。

COPD的部分特征是上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithe?lial-mesenchymal transition，EMT）相 關(guān) 的 氣 流 受限［11］。EMT可能導(dǎo)致氣道成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，導(dǎo)致氣道重塑與氣流受限。人BECs來源的EVs能參與COPD上皮-成纖維細(xì)胞的異常交互作用，臨床研究表明COPD患者血清總EVs中miR-21水平較高，而在體外實(shí)驗中經(jīng)香煙煙霧提取物處理的BECs來源的EVs中miR-21含量較低，這種EVs通過減輕M2巨噬細(xì)胞極化，改善COPD發(fā)病機(jī)制中EMT而減輕氣道重塑［12］，同時在COPD小鼠模型中證實(shí)下調(diào)BECs來源EVs的miR-21可以減輕香煙煙霧誘導(dǎo)的小鼠氣道重塑［13］。所以上皮細(xì)胞來源的EVs可能是COPD中一種新的減輕EMT的代償保護(hù)機(jī)制。

COPD是加速衰老的肺部疾病，表現(xiàn)出上皮細(xì)胞衰老、線粒體功能障礙等衰老相關(guān)特征。衰老的BECs可分泌含有很多炎癥因子（IL-6、IL-8等）的MPs，這些MPs具有衰老相關(guān)分泌表型的功能，被認(rèn)為是一種新的衰老相關(guān)的分泌表型，在促進(jìn)炎癥發(fā)展、衰老和氧化應(yīng)激中起著重要作用［14］。最近研究顯示，經(jīng)LMPs處理的視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pig?ment epithelium，RPE）產(chǎn)生RPE來源的MPs（RPE-derived MPs，RMPs），影響上皮細(xì)胞的衰老及吞噬功能，參與衰老相關(guān)的病理改變［15］。而在COPD中LMPs能促進(jìn)BECs分泌MPs，而這些BECs分泌的MPs是否參與衰老的病理改變及其具體調(diào)控機(jī)制可能值得進(jìn)一步研究。

1.3 內(nèi)皮細(xì)胞來源的MPs（endothelial cell-derived MPs，EMPs） 臨床研究表明，COPD患者循環(huán)中的EMPs含量增加［16］，且與吸煙和COPD有關(guān)，健康吸煙者戒煙后血漿EMPs的水平能恢復(fù)到不吸煙者的水平，不改變吸煙狀態(tài)的受試者血漿EMPs水平在1年內(nèi)保持穩(wěn)定，而COPD吸煙者戒煙后血漿中EMPs水平在1年內(nèi)仍然顯著升高［17］。這種EMPs含量的增加可能與肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷有關(guān)［18］。近年來Takahashi等［19-21］發(fā)現(xiàn)，COPD患者循環(huán)血中的EMPs（CD144+、CD31+/CD42?和CD62E+）含量增加水平與疾病嚴(yán)重程度正相關(guān)；同時EMPs（CD62E+和CD144+）水平與第一秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in 1 s，F(xiàn)EV1）變化呈顯著負(fù)相關(guān)，穩(wěn)定期COPD患者EMPs（CD62E+）水平高預(yù)示FEV1快速下降。還有研究表明，痰液中EMPs（CD31+）水平升高與肺損傷之間存在相關(guān)性［22］。此外，EMPs作為旁分泌或內(nèi)分泌因子參與細(xì)胞間通訊可能參與COPD的發(fā)病，肺血管內(nèi)皮細(xì)胞通過EMPs向肺泡上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)保護(hù)性α1-抗胰蛋白酶（alpha-1 antitrypsin，AAT）［23］。AAT是血清中主要的一種蛋白酶抑制劑，在COPD等炎癥性疾病時，AAT能透過毛細(xì)血管到組織液中，上皮細(xì)胞內(nèi)化AAT可保護(hù)肺免受彈性蛋白酶和炎癥的影響，而AAT水平降低可導(dǎo)致呼吸困難及肺氣腫發(fā)生。

上述研究結(jié)果提示，COPD患者存在持續(xù)的內(nèi)皮細(xì)胞激活和損傷，從而導(dǎo)致EMPs的穩(wěn)定釋放，而釋放的這些特定的EMPs亞群可能作為COPD患者診斷分級以及病情惡化易感性的潛在生物標(biāo)志物，同時近來研究認(rèn)為香煙煙霧引起的內(nèi)皮功能障礙/損傷與COPD（特別是肺氣腫）的肺部損害以及包括肺動脈高壓、動脈粥樣硬化和慢性腎損傷等COPD并存疾病密切相關(guān)［24］，但EMPs在疾病中的確切作用機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。

1.4 單核/巨噬細(xì)胞來源的MPs 單核/巨噬細(xì)胞在不同生理及病理狀態(tài)下也能產(chǎn)生MPs，可能與COPD的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。Tokes-Fuzesi等［25］通過比較健康者、穩(wěn)定期和急性加重期COPD患者循環(huán)中單核細(xì)胞來源MPs（CD45+、CD13+、CD14+和CD56+）的水平，顯示單核細(xì)胞來源的MPs在病情惡化中起著重要作用，在COPD患者中單核細(xì)胞MPs均顯著高于健康對照組，而且COPD急性加重期MPs（CD14+）水平顯著高于穩(wěn)定期COPD，并與FEV1呈顯著負(fù)相關(guān)。在體外實(shí)驗中單核/巨噬細(xì)胞來源的MPs上調(diào)人BECs炎癥介質(zhì)［IL-8、單核細(xì)胞趨化蛋白1（macrophage che?moattractant protein-1，MCP-1）和細(xì)胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）］合成，介導(dǎo)COPD氣道炎癥反應(yīng)［26］，并且顯示巨噬細(xì)胞來源的MPs含有基質(zhì)金屬蛋白酶，具有明膠溶解和膠原溶解活性，與肺氣腫發(fā)生有關(guān)［27］，而使用基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）抑制劑能抑制單核巨噬細(xì)胞MPs的釋放及其蛋白水解活性［28］。單核/巨噬細(xì)胞釋放的MPs可能作為COPD潛在的診斷及嚴(yán)重程度分級的循環(huán)生物標(biāo)志物，并且為COPD提供了其他可能的治療方式。

2 MPs作為COPD的潛在診斷生物標(biāo)志物

根據(jù)COPD的GOLD診斷和治療策略，任何有呼吸困難、慢性咳嗽或排痰，和（或）有暴露于該疾病危險因素的病史，應(yīng)臨床考慮COPD，再結(jié)合肺活量測定吸入支氣管擴(kuò)張劑后FEV1/用力肺活量（forced vi?tal capacity，F(xiàn)VC）<0.70來確診。雖然肺活量測定是一項簡單的測試，但COPD在年輕患者中可能會被低估，在老年患者中可能會被過度診斷［29］。同時，COPD現(xiàn)在被廣泛認(rèn)為是一種復(fù)雜的異質(zhì)性疾病，在評估COPD患者時，根據(jù)預(yù)后和治療反應(yīng)確定臨床表型以選擇最佳治療方案是很重要。因此，研究新的COPD生物標(biāo)志物以補(bǔ)充肺功能測定很有必要。

目前研究表明，某些類型的EMPs是COPD潛在的生物標(biāo)志物，EMPs水平的增加可能反映肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。COPD患者循環(huán)中EMPs（CD144+、CD31+/CD42?和CD62E+）含量增加的水平與疾病嚴(yán)重程度正相關(guān)，且痰液中EMPs（CD31+）水平升高，與FEV1呈負(fù)相關(guān)［19-22］。

近年來許多臨床研究分析痰及血循環(huán)中miRNA圖譜以預(yù)測和診斷COPD。與健康對照組相比，COPD患者痰液中l(wèi)et-7c和miR-125b的表達(dá)水平降低［30］，血清miR-21和miR-181a水平升高［31］。最近Sundar等［32］對不吸煙者、吸煙者和COPD患者血漿來源的EVs進(jìn)行miRNA譜分析，發(fā)現(xiàn)COPD患者較吸煙者或不吸煙者上調(diào)的miRNA有miR-22-3p、miR-99a-5p、miR-151a-5p、miR-320b和miR-320d，下調(diào)的有miR-335-5p、miR-628-3p、miR-887-5p和miR-937-3p，并在經(jīng)香煙煙霧處理的BECs分泌的EVs中得到驗證。所以EVs中的miRNA可作為COPD新的生物標(biāo)志物，COPD患者miRNA的分子圖譜對尋找COPD診斷及治療的特異生物標(biāo)志物具有重要意義，但是miRNA發(fā)揮作用的具體機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。

此外，最近有研究提出血漿EVs的表面蛋白質(zhì)分析可以作為鑒別及診斷COPD的一種無創(chuàng)方法。Jung等［33］比較了健康對照者、社區(qū)獲得性肺炎（com?munity-acquired pneumonia，CAP）患者和COPD急性加重（acute exacerbation of COPD，AECOPD）患者的血漿樣本，顯示血漿EVs的表面蛋白質(zhì)修飾在組間有顯著差異，在ROC分析中，CD45和CD28是CAP和AECOPD的鑒別標(biāo)志物，進(jìn)一步通過CD45、CD28、細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4（cytotoxic T-lympho?cyte-associated protein 4，CTLA4）、TNF和CD16的組合又可以區(qū)分CAP和AECOPD。這提示血漿EVs的特異蛋白質(zhì)組成可能對COPD的診斷及鑒別有意義。

3 MPs作為COPD可能的治療靶點(diǎn)

MPs可通過將內(nèi)容物分子轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的受體細(xì)胞而改變受體細(xì)胞，所以MPs有望成為一種新的治療靶點(diǎn)。近年針對MPs的治療策略主要有：（1）消除含有核酸或蛋白質(zhì)的MPs（作為參與疾病發(fā)病機(jī)制的細(xì)胞內(nèi)通訊介質(zhì)）；（2）利用MPs作為肺再生或免疫調(diào)節(jié)劑的來源；（3）利用MPs作為藥物遞送介質(zhì)。

消除MPs可以通過捕獲循環(huán)中的MPs、干擾受體細(xì)胞對MPs的攝取以及抑制MPs的產(chǎn)生或分泌來實(shí)現(xiàn)［34-35］。Fujita等［36］的研究表明，人BECs來源的EVs中miR-210可通過阻斷自噬相關(guān)基因7（autopha?gy-related gene 7，ATG7），促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，從而引起COPD患者氣道重塑，因此消除表達(dá)miR-210的EVs可能有助于抑制氣道重塑。此外，體外實(shí)驗結(jié)果顯示，通過MMPs抑制劑抑制單核細(xì)胞MPs的產(chǎn)生可能有助于減輕肺部炎癥，緩解肺氣腫的變化［28］。

MPs在作為肺再生或免疫調(diào)節(jié)劑方面的也已有所 應(yīng) 用 。Lener等［37］將 間 充 質(zhì) 干 細(xì) 胞/基 質(zhì) 細(xì) 胞（mesenchymal stem/stromal cells，MSCs）衍生的MPs（MSC-EVs）作為一種治療方式。骨髓MSCs是一種多能非造血細(xì)胞，具有分化為多種細(xì)胞類型的潛能。近來人們發(fā)現(xiàn)骨髓MSCs具有抗炎和（或）免疫抑制、協(xié)調(diào)組織再生等潛能；而到目前為止，許多研究表明，MSCs衍生的MPs與MSCs具有相同的功能。比如在卵清蛋白（ovalbumin，OVA）誘導(dǎo)的嚴(yán)重哮喘小鼠過敏模型中，MSC-EVs能減輕肺部炎癥及氣道膠原沉積［38］；de Castro等［39］的研究表明，MSC-EVs能減輕曲霉菌誘導(dǎo)小鼠Th2/Th17介導(dǎo)的氣道炎癥和高反應(yīng)性。

MPs作為藥物遞送介質(zhì)，目前主要是人工合成納米MPs聯(lián)合藥物或者miRNA以吸入的方式對COPD起治療作用［40-42］。但是目前多集中于MPs治療癌癥方面的報道，細(xì)胞MPs治療COPD的研究報道很少，還需要進(jìn)一步研究來確定MPs治療COPD的特異性效應(yīng)。

4 COPD背景下MPs致病可能成分討論

MPs作為細(xì)胞受到刺激活化或凋亡后形成的納米囊泡，參與COPD炎癥調(diào)節(jié)、氣道重塑等病理生理過程，但是MPs中富含脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及核酸等生物活性成分，且不同狀態(tài)細(xì)胞來源的MPs成分又不相同，那么不同MPs中具體哪種成分發(fā)揮作用仍不清楚。目前研究主要報道了MPs中miRNA及蛋白質(zhì)成分在COPD中的作用，如人氣道上皮細(xì)胞來源的EVs中miR-21參與吸煙誘導(dǎo)的COPD上皮-成纖維細(xì)胞的異常交互作用［13］；此外MPs中蛋白質(zhì)成分如MUCs、MMPs也在COPD中發(fā)揮作用。然而脂質(zhì)作為MPs的基本結(jié)構(gòu)成分，其作用尚未明確。很多研究表明，鞘磷脂代謝產(chǎn)物［如神經(jīng)酰胺和鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）］控制著肺內(nèi)關(guān)鍵的細(xì)胞信號事件，這些信號事件可能通過香煙煙霧誘導(dǎo)的鞘磷脂失衡，導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞和BECs增殖、炎癥反應(yīng)、凋亡和衰老［43-45］，所以有研究提出血漿脂質(zhì)包括鞘脂及代謝產(chǎn)物是COPD的潛在生物標(biāo)志物，可能為COPD診斷及嚴(yán)重程度分級提供一種方法［46］。近來Serban等［47］發(fā)現(xiàn)，香煙煙霧誘導(dǎo)釋放的EMPs和循環(huán)MPs（circulating MPs，cMPs）富含神經(jīng)酰胺，而S1P的含量相對減少，所以MPs中的某些脂質(zhì)包括鞘脂代謝物可能作為COPD潛在的生物標(biāo)志物，但需要進(jìn)一步研究具體脂質(zhì)成分及其作用機(jī)制。

綜上所述，MPs通過不同的方式參與COPD的發(fā)生發(fā)展，具有作為COPD診斷及嚴(yán)重程度分級的生物標(biāo)志物的潛力，且MPs中的某些成分如miRNA、MMPs等在COPD中發(fā)揮作用，為COPD精準(zhǔn)治療提供了參考依據(jù)。但是MPs成分隨細(xì)胞類型、病理生理背景、接受測試的對象、給予的不同刺激波動、基因表達(dá)的變化而變化，而且MPs的鑒定、分離、提取、內(nèi)容物如脂質(zhì)成分的分析仍存在技術(shù)挑戰(zhàn)，因此MPs在COPD中的作用仍存在爭議。COPD中MPs的作用仍需進(jìn)一步研究，以明確MPs與COPD病理生理的確切關(guān)系及尋找新的潛在生物標(biāo)志物和臨床治療靶點(diǎn)。