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外泌體 (Exosome)是由細(xì)胞主動向外分泌的雙層囊泡小體，直徑介于30至150納米，由大多數(shù)細(xì)胞分泌，攜帶蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和RNAs等，介導(dǎo)體內(nèi)不同細(xì)胞類型之間的細(xì)胞間通訊，從而影響正常和病理狀態(tài)【1, 2】。隨著外泌體研究的興起，越來越多的證據(jù)表明外泌體可攜帶具有完整酶活性的蛋白酶，然而其功能有待研究【3】。 圖片引自：https:///exosome-rna-seq-primer/ 慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease，COPD) 是一種以持續(xù)氣流受限為特征的進(jìn)行性疾病，其發(fā)病率及病死率均較高。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，COPD將在2020年位居全球主要死亡原因第3位及世界疾病經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)第5位【4】。因此，研究 COPD的發(fā)生和發(fā)展過程、形態(tài)學(xué)與功能變化特點，對COPD的治療具有重要意義。嗜中性粒細(xì)胞 (polymorphonuclear leukocyte, PMN) 來源的蛋白酶在某些慢性肺部炎癥性疾病中發(fā)揮重要作用【5】。蛋白酶-抗蛋白酶失衡學(xué)說是COPD發(fā)病機(jī)制的經(jīng)典學(xué)說之一，當(dāng)?shù)鞍酌负涂沟鞍酌傅恼Ｆ胶鉅顟B(tài)被打破，蛋白酶大量釋放，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì) (extracellular matrix, ECM) 破壞增加，進(jìn)而導(dǎo)致COPD和支氣管肺發(fā)育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)【5, 6】。在COPD的蛋白酶-抗蛋白酶系統(tǒng)中，活化嗜中性粒細(xì)胞 (PMN) 來源的絲氨酸蛋白酶—中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶 (neutrophil elastase, NE)和內(nèi)源性抗蛋白酶—α1抗胰蛋白酶 (a1-antitrypsin, a1AT) 發(fā)揮著重要作用【7】。然而關(guān)于NE是如何繞過a1AT破壞ECM引起肺部疾病的分子機(jī)制尚不清楚。 近期，美國阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校的James Edwin Blalock課題組在Cell發(fā)表題為Activated PMN Exosomes: Pathogenic Entities Causing Matrix Destruction and Disease in the Lung的研究，發(fā)現(xiàn)活化嗜中性粒細(xì)胞來源的外泌體通過釋放具有活性的中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶NE，破壞細(xì)胞外基質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)肺部炎性疾病的發(fā)生。 研究人員利用細(xì)菌趨藥性多肽 (formyl-methionine-leucine-phenylalanine, fMLP)活化嗜中性粒細(xì)胞（PMN）后提取外泌體，稱為激活外泌體 (activated exosomes)，相對應(yīng)的對照組外泌體稱為休眠外泌體 (quiescent exosomes)。研究發(fā)現(xiàn)休眠外泌體與激活外泌體在分子直徑，數(shù)目以及形態(tài)上均無明顯差異，但活化PMN相關(guān)蛋白在激活外泌體中高表達(dá)，且其表面NE含量較休眠外泌體顯著增加 (89.2% vs 1%)。隨后研究人員利用western blot, mass spectroscopy 和FACS證實PMN來源的激活外泌體NE具有溶解彈性纖維的能力，而且這種外泌體表面NE可以抵抗a1AT的抑制作用。此外，活化的外泌體NE還通過整合蛋白Mac-1水解I型膠原酶，這種膠原酶在肺部含量最為豐富。 隨后，研究人員將從志愿者血液PMN提取的外泌體注入到小鼠氣管內(nèi)，發(fā)現(xiàn)激活外泌體可以誘導(dǎo)小鼠發(fā)生COPD。注射三天后可明顯觀察到肺泡擴(kuò)張，且單次注射可使該癥狀至少持續(xù)3周，可導(dǎo)致肺氣腫。這種肺泡擴(kuò)張是外泌體數(shù)量依賴的，且NE是激活外泌體引起肺泡擴(kuò)張的主要因素。通過對人原發(fā)性氣道上皮細(xì)胞來源的激活和休眠外泌體進(jìn)行RNA測序和mRNA信號通路分析發(fā)現(xiàn)，二者在mRNA水平僅存在細(xì)微差異，且這種細(xì)微差異并不是激活外泌體引起肺泡擴(kuò)張的原因，即說明激活外泌體NE通過直接水解ECM引起肺泡擴(kuò)張。為了排除PMN激活劑的影響，研究人員還采用了其他的PMN激活劑，提取的激活外泌體具有相似的功能活性。 研究人員分別從正常不吸煙自愿者與COPD患者的支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid, BALF)中提取了外泌體，分別注入小鼠氣管內(nèi)，發(fā)現(xiàn)與正常對照相比，COPD患者BALF來源的外泌體可明顯誘導(dǎo)小鼠肺泡擴(kuò)張和右心室肥大 (right ventricular hypertrophy, RVH)。NE的抑制劑II可明顯抑制COPD患者BALF來源外泌體引起的肺氣腫，表明NE在外泌體引起的肺氣腫中發(fā)揮著重要作用，且這些引起肺部疾病的外泌體表達(dá)CD66b，而非MUC4。研究發(fā)現(xiàn)，NE抑制劑II可大部分抑制COPD患者BALF來源的外泌體導(dǎo)致的肺氣腫 (70%-75%)，但可以完全抑制CD66b陽性的外泌體引起的肺氣腫，表明其余不表達(dá)CD66b的外泌體通過非NE依賴的方式引起不明顯的致病性癥狀。研究人員還發(fā)現(xiàn)不僅COPD患者來源的外泌體可引起小鼠肺氣腫，支氣管肺發(fā)育不良(BPD) 患者來源的外泌體也可以誘導(dǎo)肺部疾病，強(qiáng)調(diào)了該通路在嗜中性肺疾病中的通用性，同時發(fā)現(xiàn)了外泌體在破壞ECM平衡誘導(dǎo)COPD和BPD（支氣管發(fā)育不良）的新作用，為嗜中性肺疾病的治療提供了新思路。 參考文獻(xiàn) 1. Simon, C., et al., Extracellular Vesicles in Human Reproduction in Health and Disease. Endocr Rev, 2018. 39(3): p. 292-332. 2. Reategui, E., et al., Engineered nanointerfaces for microfluidic isolation and molecular profiling of tumor-specific extracellular vesicles. Nat Commun, 2018. 9(1): p. 175. 3. Szul, T., et al., Toll-Like Receptor 4 Engagement Mediates Prolyl Endopeptidase Release from Airway Epithelia via Exosomes. Am J Respir Cell Mol Biol, 2016. 54(3): p. 359-69. 4. Lord, D. and S. Washington, Introduction, in Safe Mobility: Challenges, Methodology and Solutions. 2018, Emerald Publishing Limited. p. 1-10. 5. Russell, D.W., A. Gaggar, and G.M. Solomon, Neutrophil Fates in Bronchiectasis and Alpha-1 Antitrypsin Deficiency. Ann Am Thorac Soc, 2016. 13 Suppl 2: p. S123-9. 6. Senior, R.M., et al., The induction of pulmonary emphysema with human leukocyte elastase. Am Rev Respir Dis, 1977. 116(3): p. 469-75. 7. Sng, J.J., et al., MMP-8, MMP-9 and Neutrophil Elastase in Peripheral Blood and Exhaled Breath Condensate in COPD. COPD, 2017. 14(2): p. 238-244. |
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