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前面。性。，04 January 2023
糖尿病:分子机制
https://doi.org/10.3389/fendo.2022.1064415

不同来源的细胞外囊泡在糖尿病视网膜病变中起着不同的作用

婷婷陈，

王芳，

益魏而且

勒风^＊

同济大学医学院附属上海市第十人民医院眼科，中国上海

细胞外囊泡(EVs)存在于几乎所有的生物液体中，并由几乎所有类型的细胞分泌。越来越多的研究揭示了ev在糖尿病视网膜病变(DR)的诊断和治疗中的潜在作用。EVs数量和含量的变化可作为DR病理状态(如炎症、新生血管和上皮-间充质转化)因果关系的生物标志物。此外，ev作为天然、安全、高效的药物载体，已被报道在细胞间通讯中发挥重要作用，为靶细胞提供必要的细胞特异性信息。本文就EVs在DR发病、诊断和治疗中的作用作一综述，EVs由不同类型的细胞分泌，参与多种生物学过程。

1.简介

糖尿病视网膜病变(DR)是糖尿病最常见和最严重的并发症之一，也是导致工作年龄成年人视力损害的最常见原因，最终导致不可逆转的视力丧失。根据视网膜有无新生血管，DR可分为非增殖性DR (NPDR)和增殖性DR (PDR)。严重的视力损害和失明可能是由于PDR的晚期病理事件，如玻璃体出血、牵引性视网膜脱离和新生血管性青光眼(1)．值得一提的是，糖尿病性黄斑水肿(DME)可出现在DR的任何阶段，并已超过PDR，成为患者视力损害的主要原因(2)．目前DR的治疗方式包括激光光凝、眼内注射抗vegf或类固醇及玻璃体切除术(3.- - - - - -5)．然而，这些并不能完全阻止疾病的发展和扭转视力损害。近年来，DR的患病率不断上升，但DR的早期诊断和治疗有限。当患者感到视力改变时，视力损害是不可逆的(6)．因此，提高对DR发病机制的认识，寻求早期诊断和治疗方法，预防DR相关视力损害具有重要意义。

细胞外囊泡(EVs)包括外泌体和外泌体，是介导细胞间通讯的膜源性囊泡(7)．外泌体是由质膜向外起泡形成的，包括直径约50 nm至1 μm的微泡、微粒和大泡，而外泌体是直径40 nm至160 nm的内泌体起源(8)．ev从大多数人体细胞类型中释放出来，并已从大多数体液中分离出来，如玻璃体液、血液、尿液、唾液、母乳、羊水、腹水、脑脊液、胆汁和精液等(9，10)．四蓝蛋白如CD6、CD81、CD9、CD82、CD53和CD37的富集可作为ev标记(11，12)．已知ev含有蛋白质、脂质和核酸，这些物质在细胞外环境或分泌细胞的不同状态下可能会发生变化。值得注意的是，核酸中的miRNA被输出到细胞外，并可以影响远端细胞的基因表达(9)．因此，结构和功能特性使ev具有高特异性、高敏感性和靶向转运的特征，这在诊断和治疗应用中具有潜在价值。

近年来，许多研究表明EVs在DR的诊断和治疗中也发挥着重要作用。本文综述了不同来源的EVs，如眼内细胞源EVs、间充质干细胞(MSC)源EVs和血液源EVs在DR中的不同作用途径，以期为DR的发病机制研究提供新思路，寻求早期诊断和治疗。

2.ev在DR的发病机制/诊断/预后中发挥作用

2.1.眼内细胞来源的ev

视网膜内皮细胞(ECs)、周细胞、视网膜星形胶质细胞(RAC)和视网膜色素上皮细胞(RPE)是血视网膜内外屏障(brb)的重要组成部分，在维持视网膜微环境的稳态(13)．RAC与视网膜血管密切相关，是正常和病理血管生成过程中VEGF的主要生产者(14)．正常的周细胞提供血管稳定性，抑制血管内皮细胞的增殖和迁移。周细胞的缺失不仅导致DR早期血管动力学的改变，而且导致PDR的新生血管(15)．随着DR的进展，RPE细胞间的紧密连接复合物被分解，细胞旁间隙发生病理性渗漏(13)．当BRB被破坏时，视网膜小胶质细胞和补体系统可通过调节免疫系统来维持视网膜稳态(16)．在DR晚期，RPE细胞的增殖和迁移以及细胞外基质分子的分泌有助于纤维膜的形成，PDR (17)．ev的特征一般可以反映亲本细胞的表型和生理特征。不同视网膜细胞的ev具有不同的蛋白质或遗传信息，这些蛋白质或遗传信息在病理生理条件下会发生变化，这些微小的变化最终会导致视网膜病变(18)．

2.1.1.视网膜色素上皮细胞来源的ev

rpe衍生ev参与DR进展过程中氧化应激、炎症、凋亡和新生血管的调节。此外，内皮-间充质转化(endoenchymal transition, EndoMT)导致PDR的病理性纤维化，rpe衍生的ev发挥抑制EndoMT的潜在作用

Atienzar-Aroca, S等人(19)研究发现，在生理条件下，来自健康RPE细胞的ev抑制血管形成，而来自应激ARPE‐19细胞的ev促进血管生成。这种血管生成效应可能是由于EVs中含有额外的蛋白质和mRNA，受其影响的HUVEC细胞显示出更高水平的VEGF受体。进一步的研究表明，异常血管生长与增强的表达VEGFR2的EVs相关，这些EVs从应激的ARPE‐19细胞中释放出来，与自噬直接相关，导致ECs迁移和血管生成(20.)．Maisto, R等(21)表明，由ARPE-19释放并促进HUVECs新生血管的含vegf ev可被黑素皮质素5受体激动剂(MCR5)激活逆转。Ke, Y等。(22)表明氧化应激下rpe衍生ev通过Apaf1/caspase-9轴增加细胞凋亡，诱导氧化损伤和炎症反应。同时，Gu, S et al. (23)提出ARPE-19细胞的ev可能通过TGF/Smad途径传递miR-202-5p, miR-202-5p是细胞间串扰抑制EndoMT的重要媒介，可能是PDR病理性纤维化的潜在治疗手段。

2.1.2.Pericyte-derived电动汽车

周细胞丢失被认为是早期DR的一个标志，糖尿病患者周细胞源EVs的变化也可能作为DR的早期生物标志物具有潜在价值。此外，周细胞源v仍然在周细胞和ECs之间的串音中发挥作用，这对血管稳定和重塑至关重要。

Mazzeo, A等人的研究(24)表明，miR-126表达在糖尿病样疾病中是由周细胞衍生的ev表达下调的，这与dr中的血管不稳定有关。不幸的是，他们没有发现与这一机制相关的PDGF和Ang-2信号通路。此外，Liu, C et al. (25)发现糖尿病相关应激可上调周细胞中mmu_circ_0000254的表达，并将其命名为cPWWP2A。cPWWP2A直接调控周细胞生物学，但间接调控ECs生物学通过携带cPWWP2A的ev抑制miR-579活性，增加血管生成素1/occludin/SIRT1的表达，最终缓解糖尿病引起的视网膜血管功能障碍。

2.1.3.视网膜星形胶质细胞来源的ev

rac衍生ev参与内皮功能的调节。Hajrasouliha, A. R等人的研究(26)表明，rac衍生的EVs通过靶向巨噬细胞和ec抑制视网膜血管渗漏和脉络膜新生血管。减少浸润巨噬细胞数量，直接拮抗炎性和血管生成因子，抑制ECs迁移和血管小管形成。朱，L等。(27)研究发现，在正常和氧化应激条件下，ac衍生的ev对内皮功能有不同的影响，这种影响可以被外泌体抑制剂GW4869或自噬抑制剂3-甲基ladenine逆转。本研究表明，氧化应激可诱导RAC自噬，并通过释放ev促进RAC调节ECs功能。

2.1.4.视网膜光感受器衍生ev

视网膜外膜上的视网膜感光细胞是视网膜内数量最多、最活跃的细胞(28)．视网膜病变与视网膜的厚度和视网膜视网膜厚度有关(29)．Maisto, R等(30.)发现，高糖水平增加了VEGF水平，降低了抗血管生成miR-20a-3p、miR-20a-5p、miR-106a-5p和miR-20b在pr或pr衍生ev中的表达，RvD1逆转了光受体中葡萄糖损伤的影响和ev的促血管生成潜能，ros诱导的NF-kB信号被认为与这一机制有关。因此，通过调控EVs抑制视网膜外膜的变化可能是治疗DR新生血管的新方法。

2.2.眼外细胞来源的ev

2.2.1.血液电动汽车

2.2.1.1.血清/ plasma-derived电动汽车

生物标志物是异常生物状况的重要指标，可作为早期诊断dr的有力工具。尽管眼组织生物标志物作为病理指标更可靠，但视网膜、玻璃体液和房水样本的获取是一种高风险的侵入性操作，而血液样本的获取相对无创、方便和经济(31)．既往研究证实，血源性EVs的生物标志物功能可以更好地在早期识别DR, EVs数量和含量的变化也可用于评估DR发展的严重程度。

大量研究通过比较DR组、糖尿病组和健康对照组血清或血浆中EVs和特异性因子，发现糖尿病视网膜病变患者EVs中细胞因子和血管生成因子水平明显升高，与糖尿病的进展相关(32)．此外，Mazzeo, A et al. (33)显示，糖尿病患者与健康受试者循环EVs中miR-150-5p、miR-21-3p和miR-30b-5p的差异显著，miR-150-5p的降低和miR-21-3p、miR-30b-5p、HIF-1α的升高可能共同导致血管不稳定和血管新生。张，Y等(34)发现DR患者血清源性ev中miR-26b-5p含量上调。此外，Xiao, J等(35)使用基于itraq的定量蛋白质组学方法比较了DR患者和正常受试者血浆来源的小ev的蛋白质组学特征。他们发现有90个蛋白在DR中发生了显著改变，并证实了肿瘤坏死因子-α诱导蛋白8 (TNFAIP8)在DR中血浆源性小ev中上调。上述分子均被报道参与了内皮功能障碍和血管生成，可能被认为是DR潜在的生物标志物。

其他研究发现，血浆来源的ev可作为DR进展阶段的指标。于，B等。(36)显示，与非PDR患者和健康对照组相比，PDR患者血浆源EVs中miR-431-5p的表达翻了一番，这表明miR-431-5p可以作为疾病进入PDR阶段的标志物。Tokarz, A等(37)提示DR的严重程度也与ccr5阳性的血浆源性大ev有统计学相关性。

此外，一些研究表明，糖尿病血浆来源的ev负责补体级联的激活。Huang, C等。(38)研究发现，糖尿病患者血浆源EVs数量增加，补体系统激活，促炎细胞因子和趋化因子上调，导致血管损伤。通过进一步的研究，他们证明了满载igg的ev的补体激活导致膜攻击复合物(MAC)沉积，促进内皮损伤和DR进展(39)．

2.2.1.2.富含血小板的血浆源ev

来自富血小板血浆(PRP)的EVs通过吞噬作用、大胞饮作用、内化和内吞作用介导细胞间串音，影响止血和炎症反应(40)．此外，Zhang, W et al. (41)发现prp来源的EVs通过TLR4/CXCL10轴介导高血糖诱导的视网膜内皮损伤。张伟等(42)表明dm - prp来源的ev通过PI3K/Akt通路激活YAP并增强müller细胞增殖和纤维化，从而加重PDR过程并威胁患者的视力。

2.2.2.胰腺β细胞来源的ev

最近的研究表明，糖尿病患者胰腺β细胞来源的ev释放的miRNAs通过细胞间通信对自身和受体细胞产生影响(43)．卡马尔登，t.a.等人(44)表明miR-15a在胰腺β细胞中产生，并在ev中运输到远处的微血管床。随着糖尿病的进展，更多含有miR-15a的ev进入血流，导致包括dr在内的糖尿病微血管并发症的发展。他们进一步表明，从β细胞释放的富含miR-15a的ev可以被müller细胞吸收，导致氧化应激和凋亡通过pi3 -激酶信号通路。

2.2.3.Lymphocyte-derived电动汽车

杨，C等。(45)发现miR-181a在淋巴细胞来源的ev中选择性富集，其过表达可降低EC活力并抑制血管生成。他们进一步证实在体外而且在活的有机体内miR-181a可能通过干扰MAPK1/VEGF信号通路在减少视网膜新生血管中发挥作用，这可能为新生血管提供一种新的治疗策略(图1)．

图1

图1由眼内/眼外细胞来源的EVs调控的DR分子机制在DR的发病/诊断/预后中起着重要作用。

3.ev在DR治疗中发挥作用

3.1.间充质干细胞来源的ev

间充质干细胞(MSCs)具有再生分化能力和稳定性，可为视网膜疾病的治疗提供新的选择(46，47)．此外，MSCs的旁分泌营养作用也逐渐被证实可用于治疗(48)．从MSCs中释放的ev不仅可以提供与MSCs相同的效果，还可以避免细胞移植治疗的副作用。近期研究表明，不同来源的msc来源的EVs可以修复DR引起的内皮细胞、müller细胞和RPE细胞的病理改变，在DR的治疗中发挥了有益的作用。

3.1.1.脂肪组织msc来源的ev

顾，C等。(49)将从脂肪组织来源的MSC (AD-MSC)收集的ev应用于人视网膜微血管内皮细胞、müller细胞和RPE细胞。他们发现ad - msc衍生的ev可以通过穿梭miR-192缓解炎症和血管生成，miR-192靶向并负调控ITGA1，从而减轻糖尿病视网膜损伤。Safwat, A等(50)发现STZ引起糖尿病视网膜组织中micRNA-222表达水平的降低与视网膜各层严重损伤和出血有关，并通过静脉注射、结膜下注射和眼内注射等不同途径观察了ad - msc衍生EVs对链脲脲霉素致DM兔模型视网膜的修复作用。他们表明，ad - msc衍生的ev能够通过穿梭micRNA-222修复dm诱导的视网膜损伤和出血，这可能是通过其在血管细胞生物学调节中的作用发生的。有必要进一步探讨高血糖导致micRNA-222表达水平下降的机制。

3.1.2.脐带msc衍生电动汽车

徐北东等(51)表明，人脐带间充质干细胞(UC-MSC)来源的EVs可调节缺氧条件下人RPE细胞的增殖、凋亡和迁移。此外，Zhang, W et al. (52)发现过表达miR-126的uc - msc衍生EVs可以通过抑制HMGB1信号通路来减轻高血糖诱导的炎症反应和内皮损伤。此外，Li, W et al. (53)将uc - mscs来源的EVs注入糖尿病小鼠模型玻璃体，结果显示uc - mscs来源的EVs可降低DR小鼠的血糖和HbAlc水平，降低炎症细胞因子和VEGF含量，减轻氧化损伤，抑制视网膜细胞凋亡通过穿梭靶向STAT1的miR-17-3p。

3.1.3.骨髓msc来源的ev

骨髓中含有浓度最高的成体干细胞，它们很容易在组织培养中收获和扩增，并具有修复受损组织的能力，这使得它们在治疗视网膜疾病方面更有希望。李，W等。(54)将高糖处理的müller细胞与骨髓间充质干细胞(bmmsc)衍生的EVs共培养，并证明bmmsc衍生的EVs诱导上调miR-486-3p抑制氧化应激、炎症和凋亡通过TLR4/NF-κB轴抑制。曹，X等。(55)证实了bm - msc衍生的ev可以将SNHG7转移到HRMECs，并抑制EndoMT和管的形成通过miR-34a-5p / XBP1轴。两项研究均表明bm - msc衍生ev在DR中发挥保护作用(图2)．

图2

图2msc衍生ev缓解DR进展的分子机制

4.电动汽车在灾后重建中的局限性

ev不仅可以作为DR的诊断生物标志物，还可以作为DR治疗干预的新靶点。然而，ev尚未被定量用于DR的严重程度分级，ev的高效天然药物载体作用尚未被利用。ev对DR的调控非常复杂，ev所携带的蛋白质和miRNA信息还需要补充。ev所携带的完整信息数据库可以为DR从发病机制到诊断和治疗的未来研究提供方向。

5.结论

EVs中所含的蛋白质和miRNAs可以通过不同的机制参与DR病理过程如炎症、氧化应激、凋亡、新生血管和EndoMT的发生。根据机体状态的不同，眼内细胞源性ev具有双重作用。在生理状态下，EVs维持视网膜稳态，而在病理状态下，EVs诱导氧化应激和炎症损伤视网膜组织，可通过干扰EVs中特定的miRNAs或蛋白质来缓解。骨髓间充质干细胞衍生的ev不仅可以完美复制骨髓间充质干细胞的再生和分化能力，还可以避免其副作用。因此，ev有潜力成为治疗DR的天然材料。循环ev获取相对方便且无创，其在DR早期特定成分的数量和含量变化有望成为早期诊断的潜在生物标志物。此外，循环ev还可调节DR的新生血管和炎症反应，有望发挥DR药物治疗载体的作用。综上所述，DR地区电动汽车的研究仍处于起步阶段，应用前景广阔，有待进一步探索。

作者的贡献

概念或设计:LF, FW。检索整理文献:TC, JW。起草或修改工作:TC。最终审稿:LF。

资金

本研究得到上海市第十人民医院攀爬人才计划项目(No.2018SYPDRC029)和上海市第十人民医院临床科研培养计划项目(No.YNCR2C011)的资助。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文中所表达的所有主张仅代表作者，并不代表他们的附属组织，也不代表出版商、编辑和审稿人。任何可能在本文中评估的产品，或可能由其制造商提出的声明，都不得到出版商的保证或认可。

参考文献

1.黄泰，张CM，张晓明，张晓明，黄晓明。Nat Rev Dis引物(2016) 2:16012。doi: 10.1038 / nrdp.2016.12