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细胞外囊泡:未来诊断肝脏疾病的新标志物|前沿聚焦

发表时间:2019-11-26 20:51:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【


细胞外囊泡(extracellular vesicles,EV)是一种由不同类型的细胞释放到细胞外基质的膜性小囊泡,其功能是参与细胞间的分子运输。EV内含有不同类型的分子,包括蛋白质、脂类、DNA、mRNA、miRNA等,这些内容物质会随着亲代细胞分泌EV时的状态和所处环境的改变而发生改变。即EV携带的内容物质信息代表了EV分泌之初亲代细胞的细胞状态。

 

注:miRNA(MicroRNA)是一种小分子非编码RNA,可以通过促进mRNA的降解或阻断mRNA的翻译来抑制基因表达。目前已有大量研究表明miRNA与肝脏炎症有关。

 

细胞外囊泡几乎存在于所有主要体液中,包括血液和尿液,也可以从细胞培养上清液中收集。

 

EV的特征

 

EV的大小从30 nm到1000 nm不等,可根据其生物发生、大小和生物物理性质进一步分类。对EV的经典描述依据的是囊泡大小,当直径<150 nm时EV可被定义为外泌体,更大的囊泡(微泡,包括核外粒体、微粒和癌小体)直径可达1,000 nm;当直径>1000 nm时即为凋亡小体(表1)。上述定义尚未达成共识。

 

表1 细胞外囊泡的特征

 

EV可作为肝脏疾病诊断中的重要标志物

 

细胞外囊泡也来源于肝脏中不同类型的细胞,其内容物的组成因细胞应激而异。这也表明EV可能在各种肝脏疾病中具有不同的作用,并可以作为肝脏疾病的生物标志物。

 

1. 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)和非酒精性脂肪性肝炎(NASH)

 

一些体外研究发现,肝细胞经溶血磷脂酰胆碱或棕榈酸酯处理后,其产生的EV包含有肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)、CXCL10等参与巨噬细胞的激活和趋化的因子,而后者是脂肪性肝炎发生的必要步骤(图1)。

 

图1肝细胞损伤后,EV在Caspase-3蛋白的控制下释放

 

Castano等人证明了高脂肪饮食小鼠产生的循环EV中含有miRNA(miRNA27a‐3p、miR27b‐3p、miRNA‐192和miRNA‐122),这些miRNA被转染给健康小鼠后可以干扰后者与肝脂肪生成和炎症相关的基因。此外,Garcia‐Martinez等人发现,在NASH患者中,循环EV中的线粒体和线粒体DNA水平升高,且主要来源于肝细胞。

 

2. 酒精性脂肪肝

 

在酒精性肝炎啮齿类动物模型中(酒精喂养小鼠),肝细胞和单核细胞来源的EV可能通过转移miRNA和CD40L,在体内外参与巨噬细胞诱导的炎症反应。

 

关于诊断工具的发展,已经证实在酒精处理的HepG2细胞(肝细胞系)的上清液和酒精性脂肪性肝炎患者的血浆中,含有CD40L的EV计数显著增加。在最近的酒精喂养啮齿类动物的研究中,包含miRNA(诸如let7家族、miRNA-29a、miRNA-340等)的EV均有所增加。

 

Bissonnette等人评估了在EV中嵌入肝细胞来源的细胞角蛋白18(CK 18)片段M30和M65诊断酒精性肝炎的潜力。结果表明,M65‐EV和M30‐EV诊断酒精性肝炎的灵敏度分别为85%和65%,特异度分别为55%和75%。当评估总片段时,其诊断准确度达到了81%。

 

3. 肝纤维化与肝硬化

 

目前已证明,与健康人群相比,肝硬化患者的总EV计数更高,其血浆中几个EV亚型的表面标志物如CD4、CD8、CD11a、CD31、CD235和CK‐18的数量更多。Payance等人报道,CK-18阳性EV水平与肝硬化的严重程度相关,并可预测患者6个月死亡率。

 

此外,Welsh等人分析了NAFLD患者的EV谱及其与肝纤维化的关系,发现白细胞来源的CD14-和CD16-阳性EV计数与纤维化的严重程度相关。

 

目前的研究表明,通过检测EV miRNA‐101、miRNA‐122、miRNA‐195、miRNA‐224、let‐7水平监测肝硬化从早期到晚期的进展,或通过检测EV miRNA‐192水平诊断非常早期的肝纤维化,都是有可能的。

  

4. 病毒性肝炎

 

EV参与了乙型肝炎、丙型肝炎和戊型肝炎的传播,病毒粒子通过肝细胞的外泌体分泌途径扩散到邻近细胞。最近Deng等人的体外研究发现,一种参与外泌体分泌途径的蛋白Syntenin的过表达可诱导含有HCV E2蛋白的EV的释放。Kakizaki等人的体外研究证明,HBV感染的Hep AD38细胞产生的EV能够诱导可诱导单核细胞PD-L1表达上调,最终诱导T细胞免疫抑制。

 

其他研究表明,EV可在肝脏受病毒感染期间调节宿主防御(图2)。

 

图2 在慢性丙肝病毒感染过程中,受感染的肝细胞通过将病毒RNA“藏到”EV内来实现免疫逃逸

 

慢性病毒性肝炎常导致纤维化,所以,肝纤维化的EV生物标志物可用于监测病毒性肝炎感染。此外,最近的一项研究表明,由于病毒性肝炎的治疗降低了慢性丙型肝炎患者的血小板来源EV水平,研究者怀疑病毒活性似乎与血浆中血小板来源EV水平呈正相关。

 

最重要的是,Sukriti等人证明,在接受抗病毒治疗且血浆中检测不到HBV DNA的患者中,其循环EV内含有HBV DNA,存在HBV再激活风险。

 

小结

 

细胞外囊泡含有多种功能性生物大分子,包括蛋白质、核酸和脂类等,在肝脏不同细胞间的传递信息过程中具有重要作用。细胞外囊泡可以通过激活受体细胞中不同的信号通路来改变其功能,从而对各种肝脏疾病的发生和进展机制产生影响。体液中的细胞外囊泡正在发展为一种潜在的肝病生物学标志物与治疗监测的新手段。但是,与现有生物标志物和临床指标相比,这一新型标志物是否会改善肝病检测手段或更好地指导治疗,仍有待观察。

 

医脉通编译自:Alexandre B, Jeremy M, Rémy S, et al. Extracellular vesicles: Future diagnostic and therapeutic tools for liver disease and regeneration [J]. Liver International (2019).

https://doi.org/10.1111/liv.14189

责任编辑:蔡学森