炎症性肠病（IBD）是一种慢性复发性胃肠道炎症性疾病。外泌体作为人体生理和病理过程中重要的纳米级调控因子，被证实参与了IBD的发生发展和肠道组织修复过程，在IBD的诊断和治疗等方面具有潜在的临床应用前景。现概述外泌体在IBD发病机制中的调控作用，并介绍其在IBD诊断及治疗中的研究进展。
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炎症性肠病（inflammatory bowel diseases，IBD）是由多种因素导致的胃肠道慢性自身免疫性疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn′s disease，CD），致病因素尚不完全清楚[1]。近年来，IBD的患病率逐年上升，且可能会出现严重的并发症，给患者的家庭和社会带来沉重的经济负担[2]。外泌体是平均直径30 ~ 200 nm的细胞外囊泡（extracellular vesicle，EV），内含蛋白质、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）、脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）等特定成分，通过介导细胞间通讯来调控多种疾病的发生和进展，在生理和病理过程中发挥重要作用[3]。外泌体通过囊泡运输将其内容物运送到受体细胞或组织中，参与IBD肠黏膜损伤修复及功能调节[4]。本文综述了外泌体对IBD的调控作用及其在IBD诊断和治疗中的潜在临床应用价值。
外泌体内包含多种生物成分，主要包括RNA、蛋白质和脂质[3]。外泌体通过这几种生物成分在不同细胞间的功能性转移影响IBD的进展[5]。如表1所示，部分外泌体成分已被证实参与IBD调控。
参与炎症性肠病调控的外泌体成分
参与炎症性肠病调控的外泌体成分
| 外泌体成分 | 来源 | 调控作用 | 临床意义 |
|---|---|---|---|
| miR-21[5] | 人结肠细胞和小鼠结肠隐窝 | 调控免疫细胞的增殖和迁移 | 治疗 |
| miR-132[6] | 血管内皮生长因子-C诱导的脂肪间充质干细胞 | 促进淋巴管生成 | 治疗 |
| miR-200a-3p[10] | 牛乳汁 | 调控趋化因子表达 | 治疗 |
| miR-7267-3p[12] | 生姜 | 塑造肠道微生物群 | 预防和治疗 |
| miR-223[8] | 小鼠结肠上皮细胞和人肥大细胞 | 调控肠道屏障的完整性 | 治疗 |
| miR-326[30] | 人脐带间充质干细胞 | 抑制糖尿病的发生 | 治疗 |
| miR-195a-3p[31] | 调节性T细胞 | 调控结肠上皮细胞的增殖和凋亡 | 治疗 |
| miR-4334、miR-219和miR-338[32] | 猪乳汁 | 干预脂多糖诱导的肠道炎症、细胞凋亡和损伤 | 预防和治疗 |
| lncR-NEAT1[24] | 小鼠肠黏膜和血清 | 调控肠上皮屏障和巨噬细胞极化 | 诊断和治疗 |
| 金属硫蛋白-2[13] | 骨髓间充质干细胞 | 维持肠道屏障完整性和诱导M2b巨噬细胞极化 | 治疗 |
| PSMA7[22] | 唾液 | 调控蛋白酶体活性和炎症反应 | 诊断 |
| ANXA1[23] | 肠上皮细胞 | 抗炎和保护肠上皮屏障 | 诊断和治疗 |
| 81种蛋白质和52种miRNAs[35] | 钩虫 | 调控炎症相关细胞因子的表达 | 预防和治疗 |
注：miR、miRNAs为小分子核糖核酸；lncR-NEAT1为长链非编码RNA核富集转录体1；PSMA7为蛋白酶体α亚基7型；ANXA1为膜联蛋白A1
外泌体RNA与炎症过程密切相关，在IBD的发病机制中起重要作用。其中，外泌体介导的小分子核糖核酸（micro ribonucleic acid，microRNA或miRNA）转移在免疫细胞中较常见，有助于IBD免疫系统的协调。例如，经神经肽P物质诱导后的外泌体通过其携带的miR-21刺激免疫细胞增殖和迁移，从而加剧结肠炎[5]。脂肪间充质干细胞来源的外泌体miR-132被证实通过转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Smad信号通路促进淋巴管生成，进而影响IBD进程[6]。
越来越多的研究报道，miR-223作为另一种富集于外泌体的miRNA，可以同时调控免疫细胞和肠道屏障功能。血小板外泌体经凝血酶激活后产生的miR-223可以阻断MAPK通路和NF-κB p65核转位，从而抑制人脐静脉内皮细胞中细胞间黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）的表达[7]。然而Li等[8]发现，人肥大细胞来源的外泌体miR-223可以抑制紧密连接蛋白8（claudin 8，CLDN8）表达，破坏肠屏障功能，加重IBD。尽管外泌体miR-223在IBD发生发展中的具体调控作用存在争议，但miR-223与IBD的发生发展明确相关。
外泌体既可由内源性细胞分泌，也可来源于乳汁和蔬菜等外界饮食。研究表明，猪乳汁源性外泌体可通过上调6种miRNAs促进猪肠上皮细胞增殖[9]。牛乳汁外泌体中miR-200a-3p的耗竭通过上调促炎性趋化因子配体9[chemokine（C-X-C motif）ligand 9，CXCL9]，加剧小鼠的盲肠炎症[10]。此外，研究发现，饮食来源的外泌体及其内容物对小鼠肠道中微生物群落的多样性和组成也有影响[11,12]。外泌体来源的广泛性，加之其富集miRNAs功能的多样性，使外泌体miRNAs与IBD进展紧密联系在一起。
目前仍缺乏外泌体DNAs和其他非编码RNAs如外泌体circRNAs对IBD调控作用的相关研究。
尽管外泌体RNAs对IBD的影响不容忽视，但外泌体蛋白质在IBD中的潜在作用也具有重要价值。骨髓间充质干细胞源性外泌体很可能是通过蛋白质而不是RNA发挥抗炎作用。这些外泌体富含抑制结肠炎活性的多种蛋白质，特别是金属硫蛋白-2（metallothionein-2，MT-2），可以维持肠道屏障的完整性并诱导M2b巨噬细胞极化，从而下调肠道炎症反应[13]。Wong等[14]通过蛋白质组学和生物信息学分析发现，急性UC小鼠血清外泌体中有56种蛋白质参与巨噬细胞的激活，在体外启动促炎反应。上述发现证实外泌体蛋白质对巨噬细胞的调节作用与IBD的发病机制密切相关。
动物乳汁中均含有大量的外泌体，其中猪乳汁源性外泌体通过显著增加尾部型同源框转录因子2（caudal-type homeobox transcription factor 2，CDX2）、增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）和胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor I receptor，IGF-1R）的表达，抑制p53基因，促进肠细胞增殖[9]。Gao等[15]报道，肠上皮细胞（intestinal epithelial cells，IECs）可以吸收牦牛乳汁中的外泌体，提高缺氧耐受能力，并且在牦牛乳汁衍生的可促进肠细胞存活和增殖的外泌体中富集大量蛋白质。此外，对牛初乳外泌体蛋白的进一步蛋白质组学分析显示，外泌体富含与细胞生长和免疫调节相关的蛋白质[16]。以上研究结果为利用外泌体蛋白质调控肠道屏障和炎症相关的免疫反应开拓了新视角。
脂质是外泌体膜上不可或缺的成分，在外泌体的形成和释放过程中均发挥着重要作用。了解外泌体脂质的组成和功能对掌握外泌体的生物学作用以及潜在的医学应用非常重要[17]。众所周知，紧密连接复合体可调控肠上皮屏障的完整性，其中一些紧密连接蛋白位于细胞膜上胆固醇和鞘磷脂的富集区域，即脂筏内。Bowie等[18]发现，在缓解期UC患者的肠道组织、亚临床结肠炎小鼠的回肠组织以及经IFN-γ处理的人结直肠腺癌细胞系Caco-2中，脂筏均被破坏。因此，脂筏破坏发生在结肠炎的炎症级联反应早期，并且可能导致肠上皮屏障功能损害。而外泌体的脂质成分有助于脂筏功能的恢复，从而恢复屏障的完整性[4]。
随着外泌体脂质研究的深入，人们对外泌体如何介导宿主与微生物之间的关系有了更深入的了解。肠杆菌可以刺激IECs释放外泌体，其中富含大量脂质，通过MyD88介导的信号途径影响肠道Th17细胞的募集和增殖，最终促进肠道炎症和结肠癌的发展[19]。
外泌体的脂质组成及膜结构的稳定性在其作为静脉注射纳米载体的应用中体现出显著优势[17]。醚脂质在膜类脂中占相当大的比例，醚脂质前体可以促使细胞外囊泡与质膜融合，导致腔内囊泡释放减少[17]。Phuyal等[20]检测醚脂质前体处理之后的人前列腺癌细胞PC-3的外泌体成分，发现脂质和蛋白质组成发生明显改变。因此抑制与膜融合相关的酶或途径可能会增加外泌体的释放量[17]。以上这些特征将有利于外泌体的临床应用。
外泌体可由绝大多数活细胞分泌，分布在各种体液中，可能成为诊断和监测疾病状态的生物标志物[21]。目前，已有许多生物标志物与IBD相关，但还未发现诊断IBD的特异性生物标志物，或者能够以足够的敏感性和特异性将UC与CD区分开的生物标志物。
唾液作为一种体液，因其易获得及取材的无创性引起了研究者们的关注。Zheng等[22]分别检测IBD患者和健康对照者的唾液外泌体含量，发现蛋白酶体α亚基7型（proteasome subunit alpha type 7，PSMA7）在IBD组和健康对照组之间差异有显著的统计学意义，并且该蛋白在CD组中的表达量高于UC组，且这种外泌体蛋白与蛋白酶体活性和炎症反应相关。因此，唾液外泌体PSMA7可能是一种较有前景的IBD诊断生物标示物。膜联蛋白A1（annexin a1，ANXA1）是一种内源性蛋白，在巨噬细胞等免疫细胞中表达，可以促进炎症消退。与健康对照相比，活动期IBD患者血清外泌体内ANXA1的水平显著升高，提示外泌体ANXA1可能作为肠黏膜炎症的血清生物标志物[23]。此外，Liu等[24]发现外泌体长链非编码RNA核富集转录体1（long non-coding RNA nuclear enriched abundant transcript 1，lncRNA NEAT1）在葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的IBD小鼠模型和炎性细胞模型中均呈显著高表达，提示其作为生物标志物在IBD诊断中的潜在应用价值。
临床上，亟须为IBD筛选出一种高特异性、高敏感性的生物标志物，以提高早期诊断率和准确率。
IBD的传统治疗策略依赖于大剂量药物的多次给药，包括抗生素、非甾体类抗炎药、糖皮质激素、免疫抑制剂和生物制剂。虽然这些药物在缓解早期炎症症状方面有效，但长期疗效受到毒性累积的影响，可能会导致严重的不良反应[25]。因此，临床上迫切需要不良反应更少、靶向性更强的治疗方法。
基于纳米载体的给药系统可以特异性地靶向疾病部位，增加结肠的药物含量，延长药物在体内的滞留时间，在提高疗效的同时减轻相关的全身不良反应[23,25]。在纳米层面，外泌体高度选择性的归巢能力和特定的靶向潜能，使其成为IBD靶向治疗的理想工具[25]。例如，外泌体ANXA1模拟肽的局部肠道递送加速了小鼠结肠炎症的消退，且一次性全身给药可有效促进结肠炎的恢复[23]。外泌体lncRNA NEAT1通过调控肠上皮黏膜屏障和巨噬细胞极化来干预IBD的炎症反应，下调外泌体lncRNA NEAT1的表达也可能是一种针对IBD治疗的新策略[24]。
细胞源性外泌体在实验性结肠炎治疗中的作用已被多次证实。经日本血吸虫可溶性虫卵抗原处理之后的树突状细胞可分泌外泌体，该外泌体可有效减轻IBD严重程度[26]。静脉注射IECs源性外泌体到DSS诱导的结肠炎小鼠中已被证明能抑制结肠炎的进展[27]。M2b巨噬细胞外泌体可通过CCL1/CCR8轴缓解结肠炎症[28]。间充质干细胞外泌体对结肠炎也有一定的治疗作用，尤其是外泌体miR-326可靶向神经前体细胞表达发育下调蛋白8（neural precursor cell expressed，developmentally down-regulated 8，NEDD8）基因抑制糖尿病的发生，从而缓解IBD，且效果较间充质干细胞更好[29,30]。调节性T细胞释放的外泌体则通过细胞间miR-195a-3p的传递，减轻DSS诱导的小鼠IBD[31]。
细胞特异性靶向治疗的另一个新兴方向是利用可食用型外泌体进行物质递送。尽管可食用型外泌体成分组成差异较大，但都具有强大的细胞特异性靶向功能。哺乳动物的乳汁外泌体可通过其携带的miRNAs有效抑制肠道炎症[10,32]。其中，牛乳汁外泌体的miR-4334和miR-219通过TLR4/NF-κB途径抑制脂多糖诱导的炎症反应，而miR-338则通过p53途径抑制脂多糖诱导的细胞凋亡，保护IECs免受脂多糖的损伤。因此，在婴儿配方奶粉中添加富含miRNAs的外泌体，可以作为坏死性结肠炎的一种新型预防措施[32]。生姜来源的外泌体mdo-miR-7267-3p可以优先被乳杆菌科摄取，通过重塑肠道微生物群，靶向IL-22依赖的机制预防和治疗小鼠结肠炎[12]。此外，口服生姜衍生的脂质囊泡可以特异性靶向IECs并抑制结肠CD98基因的表达，作为治疗UC的给药新方式[33]。
病原体也参与外泌体介导的IBD治疗。Hu等[34]发现，下调let-7 miRNA促进了微小隐孢子虫诱导的外泌体分泌，该外泌体可携带抗菌肽，从而抑制隐孢子虫感染，揭示与抗菌防御相关的黏膜免疫的新途径。胃肠道寄生虫，尤其是以血液为食的肠道线虫，可在其宿主体内创造免疫调节环境，已被证实具有抑制炎症的作用。其中，来自巴西尼普斯特龙线虫的外泌体中含有81种蛋白质，包括常见的外泌体蛋白如四次跨膜蛋白、14-3-3蛋白、烯醇化酶和热休克蛋白等以及52种miRNAs。这些成分通过显著抑制与结肠炎病理相关的细胞因子（IFN-γ、IL-6、IL-1β、IL-17a）和上调抗炎细胞因子IL-10来减轻小鼠的结肠炎症[35]。此外，幽门螺杆菌阳性的胃炎患者的血清外泌体可促进IECs中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白12（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 12，NLRP12）的表达，NLRP12通过抑制Notch信号通路，降低趋化因子单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP1）和巨噬细胞炎性蛋白1α（macrophage inflammatory protein 1α，MIP1α）的表达量，改善结肠炎症状，为探索有效的IBD治疗策略提供新的靶点[36]。
然而，目前关于外泌体对IBD的治疗作用有不同看法。众所周知，维多珠单克隆抗体（简称"维多珠单抗"）被批准用于IBD的治疗。但近期一项研究表明，外泌体可影响维多珠单抗的药代动力学，干扰其对抗肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）治疗失败的IBD患者的疗效[37]。维多珠单抗可选择性地与α4β7整合素结合，并阻止特定的胃肠道归巢T淋巴细胞亚群向炎症组织转运，而接受抗TNF治疗的IBD患者血清外泌体表面α4β7整合素表达增加，通过与CD4+ T细胞竞争性结合维多珠单抗，减弱其对淋巴细胞粘附的阻断作用，从而影响维多珠单抗对IBD患者的治疗效果[37]。
部分外泌体成分已被证实参与IBD调控，见表1。
外泌体及其内容物与IBD病程密切相关，已被证实其通过多种途径参与免疫细胞、肠道黏膜屏障完整性和微生物群的调控。作为纳米载体，外泌体在IBD的诊断和靶向治疗中具有潜在的临床应用前景。期望未来的研究能进一步探索外泌体在IBD调控中涉及的具体因素和机制，早日将外泌体应用于IBD的临床诊断和治疗。
所有作者均声明不存在利益冲突
