靜脈注射MSC細(xì)胞外囊泡治療心臟病

本文作者Laura A. Scrimgeour等來(lái)自美國(guó)普羅維登斯布朗大學(xué)沃倫阿爾珀特醫(yī)學(xué)院，原標(biāo)題Intravenous injection of extracellular vesicles to treat chronic myocardial ischemia，此前發(fā)表在PLoS One.?

間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的細(xì)胞外囊泡 (EV) 似乎是治療心臟病的一種非常令人興奮的選擇。在這里，我們使用慢性心肌缺血的豬模型來(lái)評(píng)估通過(guò)外周靜脈途徑注射 EV 的微創(chuàng)方法的功效。

方法

16 只約克夏豬在 11 周齡時(shí)在左回旋 (LCx) 動(dòng)脈上放置了 ameroid 縮窄器，以誘導(dǎo)慢性心肌缺血。兩周后，他們被分為兩組：對(duì)照組（CON；n = 8）和靜脈注射 EV（EVIV；n = 8）。在 18 周齡時(shí)，動(dòng)物接受最終分析和安樂(lè)死。收集慢性缺血心肌（LCx 區(qū)域）進(jìn)行分析。

結(jié)果

EVs 的靜脈內(nèi)注射 (IV) 誘導(dǎo)了幾種促血管生成標(biāo)志物，如 MAPK、JNK 但不是 Akt。盡管 EV 的 IV 注射降低了 VEGFR2 的表達(dá)并抑制了凋亡信號(hào)傳導(dǎo)（caspase 3），但它們?cè)黾恿吮徽J(rèn)為具有抗血管生成作用的 VEGFR1 的表達(dá)。與對(duì)照組相比，注射 EV 并未導(dǎo)致血管密度和血流量增加。

結(jié)論

盡管 IV 注射 EVs 上調(diào)了幾種促血管生成信號(hào)通路，但它未能誘導(dǎo)慢性缺血心肌血管密度的變化。因此，在所測(cè)試的劑量下血管密度沒(méi)有增加未能在缺血性心肌中引起功能反應(yīng)。

盡管在心血管疾病的預(yù)防、診斷和治療方面取得了許多進(jìn)展，但缺血性心臟病的患病率仍在繼續(xù)增加，并且仍然是全球死亡的主要原因。此外，雖然基于導(dǎo)管的干預(yù)能夠幫助越來(lái)越多的冠狀動(dòng)脈受損患者，但仍有許多患者的疾病負(fù)擔(dān)如此分散，以至于不適合經(jīng)皮治療。此外，即使采用外科冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)，許多患者的心臟功能仍不理想或無(wú)法進(jìn)行移植手術(shù)。因此，探索缺血性心臟病的替代療法和輔助療法至關(guān)重要。

干細(xì)胞為治療缺血性心肌病提供了一種潛在的方法。然而，存在與干細(xì)胞療法相關(guān)的擔(dān)憂，包括免疫激活導(dǎo)致需要免疫抑制、細(xì)胞死亡、缺乏珩磨能力，以及需要重新植入新細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)對(duì)心肌缺血的持久效果 。為了避免免疫抑制，需要對(duì)自體干細(xì)胞移植進(jìn)行時(shí)間密集和侵入性的術(shù)中采集。這些缺點(diǎn)使得干細(xì)胞療法對(duì)于需要心臟血運(yùn)重建的大部分人群來(lái)說(shuō)是一種不太受歡迎的選擇。此外，幾乎沒(méi)有數(shù)據(jù)表明移植的干細(xì)胞在體內(nèi)長(zhǎng)期存活到心肌。

最近，被稱(chēng)為細(xì)胞外囊泡 (EVs) 的干細(xì)胞分泌產(chǎn)物已被鑒定為攜帶 miRNA、mRNA、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和血管生成蛋白，使其成為缺血性治療的有希望的靶標(biāo)。

這些囊泡已被證明可以遷移到損傷部位并重新編程內(nèi)源性修復(fù)系統(tǒng)，同時(shí)限制局部炎癥。EV由它們的大小和釋放機(jī)制定義：微泡通過(guò)質(zhì)膜出芽釋放，是>200nm的大顆粒；外泌體是從腔內(nèi)囊泡釋放的內(nèi)體，尺寸較小，范圍為 50-200nm 。鑒于復(fù)雜的術(shù)語(yǔ)，我們使用術(shù)語(yǔ)細(xì)胞外囊泡來(lái)表示我們同時(shí)使用微泡和外泌體。使用細(xì)胞外囊泡的令人興奮的優(yōu)勢(shì)之一是它們的小尺寸和非細(xì)胞治療允許流過(guò)與基于細(xì)胞的治療相關(guān)的毛細(xì)血管。

EV 已在心肌梗塞的小型和大型動(dòng)物模型中顯示出改善功能的一些希望。然而，這些研究都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)慢性心肌缺血，這可能比僅針對(duì)心肌梗死具有更深遠(yuǎn)的治療益處。此外，據(jù)我們所知，沒(méi)有研究評(píng)估外周靜脈內(nèi)注射 EV。對(duì)于廣泛的應(yīng)用，最大限度地減少轉(zhuǎn)化為人類(lèi)研究的程序的侵入性將是最佳的。在這里，我們分析了通過(guò)靜脈注射給藥的細(xì)胞外囊泡在豬慢性心肌缺血模型中的作用。

| 細(xì)胞外囊泡分離，人骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)、應(yīng)激和細(xì)胞外囊泡分離的示意圖。

該研究旨在評(píng)估用于治療慢性心肌缺血的微創(chuàng)給藥模型，同時(shí)進(jìn)一步闡明 EV 在慢性心肌缺血情況下能夠增加缺血心肌灌注的作用機(jī)制。這是我們所知的第一項(xiàng)研究，以評(píng)估一種侵入性較小的 EV 遞送方式作為治療慢性心肌缺血的手段。我們小組先前已經(jīng)證明通過(guò)心肌內(nèi)注射細(xì)胞外囊泡可以改善血管密度和心肌灌注；然而，額外開(kāi)胸手術(shù)的侵入性限制了這項(xiàng)研究在未來(lái)人類(lèi)研究中的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。其他小組通過(guò)導(dǎo)管插入評(píng)估了冠狀動(dòng)脈內(nèi)輸注，但未在慢性缺血模型中評(píng)估。

因此，科學(xué)家試圖探索一種侵入性較小的靜脈輸注方法來(lái)提供治療。不幸的是，在使用侵入性較小的靜脈方法時(shí)，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)流向缺血區(qū)域的血流量顯著增加。對(duì)此的一個(gè)合理解釋是，我們使用與之前的心肌內(nèi)注射研究中使用的相似劑量的 EV 進(jìn)行 IV 注射。由于 IV 提供了不太直接的治療應(yīng)用，我們計(jì)劃在 IV 組中使用增加劑量的 EV 重復(fù)實(shí)驗(yàn)。其他解釋包括當(dāng)注入血液時(shí) EV 失活，而其他實(shí)驗(yàn)中所做的對(duì)心肌有明顯益處。有趣的是，EV 實(shí)際上降低了缺血心肌中毛細(xì)血管的密度，并且有增加小動(dòng)脈密度的趨勢(shì)。這表明，與將 EV 直接注入心肌時(shí)觀察到的相比，靜脈注射可能對(duì)血管生成信號(hào)產(chǎn)生不同的影響。

改善缺血區(qū)域的血流仍然是治療心肌缺血的首要目標(biāo)。改善血管生成的治療是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的明顯目標(biāo)。VEGF-R2 是一種促血管生成調(diào)節(jié)劑，而 VEGF-R1 的作用更具動(dòng)態(tài)性。科學(xué)家觀察到 EVIV 組的 VEGF-R2 減少，這可以解釋為什么我們沒(méi)有看到與對(duì)照組相比該組的血流量增加。

此外，科學(xué)家沒(méi)有觀察到 EVIV 治療組缺血心肌組織切片中毛細(xì)血管和小動(dòng)脈密度的增加，這進(jìn)一步證明了該組織中缺乏血管生成。已顯示 VEGF-R1 在不同階段對(duì)血管發(fā)育有不同的影響。它最初對(duì)發(fā)芽有抑制作用，但后來(lái)對(duì)于分支和與其他血管的連接變得必不可少 。有趣的是，我們看到 VEGF-R1 的增加，但可能水平如此之高，以至于它們對(duì)發(fā)芽和血管生成反應(yīng)的啟動(dòng)產(chǎn)生了整體抑制作用。