《Frontiers in Immunology》:Extracellular vesicles in rheumatoid arthritis: emerging roles in progression, diagnosis, and therapeutic development
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本综述系统阐述了细胞外囊泡(EVs)在类风湿性关节炎(RA)中的多重角色:作为细胞间通讯的关键介质,通过传递RNA、蛋白质等生物活性分子,形成复杂的调控网络,放大炎症反应、加剧组织损伤;作为诊断生物标志物的富集来源,其分子载物、形态和亚型分布在血液和滑液(SF)中与疾病活动度密切相关;同时,EVs自身具有治疗潜力(如MSC-EVs的免疫调节作用),并可被工程化为靶向递送载体(装载小分子、核酸、蛋白质、纳米材料等),为RA的精准诊疗提供了新策略。
细胞外囊泡(EVs),包括外泌体、微囊泡和凋亡小体等,是细胞释放的纳米级膜性小泡。它们作为精密的细胞间信使,通过体液循环,将其携带的蛋白质、核酸(如miRNA、lncRNA、circRNA)等功能性分子传递给受体细胞,从而调控细胞生理和病理过程。在类风湿性关节炎(RA)这一慢性自身免疫性疾病中,EVs扮演了多重关键角色。
EV介导的细胞间通讯在RA进展中的作用
在RA的病理微环境中,关节驻留细胞(如滑膜成纤维细胞FLS)、免疫细胞以及相关体液(滑液、血液)来源的EVs构成了一个复杂的通讯网络。例如,RA患者FLS来源的EVs(RA-FLS-EVs)可将miR-106b、circFTO、lncRNA HOTTIP等分子传递给软骨细胞,抑制其修复功能并促进凋亡,或通过携带CCR5等蛋白激活NF-κB信号通路,加剧细胞外基质降解。同时,这些EVs也能调控免疫细胞,如通过circCBLB降解促进巨噬细胞向促炎的M1表型极化,或通过lncRNA HOTTIP影响Th17/Treg平衡。
免疫细胞来源的EVs同样参与RA进程。滤泡辅助性T细胞(Tfh)来源的EVs表面高表达CD40L,可直接促进B细胞分化和抗体产生。巨噬细胞来源的EVs中miR-100-5p的减少,会解除对mTOR信号的抑制,促进FLS增殖和炎症因子分泌。外周血单核细胞(PBMCs)来源的EVs则可通过递送高表达的lncRNA NEAT1,影响FLS功能,加剧RA病理。
滑液(SF)在RA中转变为病理性微环境,其富含的EVs(SF-EVs)是炎症网络的重要组成部分。RA患者的SF-EVs含有大量差异表达的miRNA,并展示PD-1等分子,可能促进T细胞耗竭。更重要的是,SF-EVs能显著促进破骨细胞(OCs)分化,例如通过其高表达的miR-574-5p激活TLR7/8信号,或借助膜结合及囊内高水平的RANKL诱导单核细胞向OCs分化,直接驱动骨侵蚀。
血液循环中的EVs则系统性调节免疫细胞。例如,RA患者血浆中的中/大EVs(m/lEVs)能直接抑制早期B细胞应答,但在T细胞等存在下又可间接增强B细胞活性。富含IgG、IgM和瓜氨酸化肽(CPs)的血浆EVs被单核细胞内化后,可诱导强烈的促炎反应(IL-1β, IL-6, TNF-α升高)。血清来源的EVs递送lncRNA NEAT1可促进CD4+T细胞增殖和Th17分化。此外,血浆微囊泡(MVs)能将瓜氨酸化和氨甲酰化蛋白传递给树突状细胞(DCs),激活MAPK和NF-κB通路,增强其促炎和T细胞刺激能力。
EV作为RA诊断的生物标志物
EVs因其在液体活检中的独特优势,成为RA诊断标志物的理想来源。
滑液EVs(SF-EVs)的分子载物、数量和形态直接反映关节局部状况。蛋白质组学分析发现RA患者SF-EVs中妊娠带蛋白(PZP)、基质溶解素-1等蛋白特异性高表达,可辅助鉴别诊断和炎症程度分层。形态上,RA条件下SF-EVs从健康状态的多层“凝胶内”囊泡转变为“凝胶外”囊泡,且透明质酸(HA)相关EVs(HA-EVs)的数量和比例降低,与疼痛强度相关。特定EV亚型,如膜联蛋白V+微粒(MPs)及粒细胞来源的MPs,在RA患者滑液中比例显著升高,且与抗环瓜氨酸肽抗体(ACPA)滴度和病程相关。
循环EVs(血液来源)则提供系统性信息。核酸方面,血清外泌体miR-451a、miR-25-3p,血浆EV miR-335-5p、miR-483-5p,以及血浆外泌体miR-144-3p、miR-30b-5p的表达变化与早期诊断或疾病活动度相关。血清外泌体lncRNAs(TCONS_12_00013502, ENST00000363624)联合抗CCP诊断效能优异(AUC=0.966)。血清EV mRNAs(CCL5, MPIG6B, PFKP)也可用于鉴别诊断。蛋白质方面,血清EVs表面CD14、HLA-DR,四跨膜蛋白CD9、CD81的异常表达,血浆MVs中瓜氨酸化蛋白(CitP)水平,以及CD4+T细胞来源EVs中DPYSL3上调、PSME1下调等,均具诊断潜力。此外,循环中Annexin V+MPs、血小板及白细胞来源MPs的水平升高,以及表面携带IgM-RF的EVs亚群,也与疾病活动度相关。
基于EV的RA治疗开发
EVs的治疗应用主要有两方面:一是利用天然EVs固有的生物活性;二是将EVs工程化为药物递送载体。
天然EVs用于RA治疗
多种来源的天然EVs通过其携带的核酸、蛋白质和脂质,发挥免疫调节和基质细胞调控作用。
在免疫调节方面,间充质干细胞来源EVs(MSC-EVs),如脐带MSC-EVs(UCMSC-EVs)、牙龈MSC-EVs(GMSC-EVs,富含miR-148a-3p)、骨髓MSC-EVs(BMSC-EVs,携带Lnc TUG1)等,能抑制T细胞增殖、调节Th17/Treg平衡、促进Treg分化。调节性T细胞(Treg)来源EVs(Treg-EVs,富含miR-449a-5p)和耐受性树突状细胞(tolDCs)来源的微囊泡模拟物(MVM,富含miR-155-3p)也具治疗潜力。对于巨噬细胞,MSC-EVs(如ESC-MSC-EVs, BMSC-EVs递送miR-223)、M2巨噬细胞来源EVs(M2-EVs)、TNF-α刺激的中性粒细胞来源MVs(NDMVs)以及工程化的植物来源EVs(如叶酸修饰的生姜来源EVs FA-GDEVs、人参来源EVs GEVs递送pgi-miR6135j)能促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化,或抑制其促炎活化。棕色脂肪细胞来源EVs携带的二十二碳六烯酸(C22:6)可直接结合TLR4,发挥保护作用。对于B细胞,BMSC来源MVs(BMSC-MVs)和粒细胞来源的髓源性抑制细胞(G-MDSCs)来源EVs(G-EVs)能抑制浆母细胞分化或促进IL-10+调节性B细胞产生。针对中性粒细胞,载药(地塞米松)的BMSC凋亡小体(BMSC-ApoBDs)系统可靶向抑制其招募并诱导凋亡。
在基质细胞调控方面,MSC-EVs能有效调控RA-FLS。例如,BMSC-EVs递送miR-320a、miR-34a、circFBXW7,UCMSC-EVs递送miR-451a、miR-140-3p,以及软骨诱导的BMSC-EVs富集miR-205-5p,均可抑制FLS的增殖、迁移、侵袭和炎症因子分泌。滑膜MSC来源EVs(SMSC-EVs)递送circEDIL3可抑制STAT3/VEGF通路,抗血管生成。对于软骨细胞,BMSC-EVs富含的细胞外基质(ECM)和粘附相关蛋白能促进其增殖迁移;中性粒细胞来源EVs(NDEVs)则通过miR-455-3p保护软骨。针对破骨细胞(OCs),巨噬细胞来源凋亡小体(Mφ-ApoBDs)和丙酸杆菌Freudenreichii MJ2的外膜囊泡(OMVs)能抑制其成熟分化。
工程化EVs作为RA治疗的药物递送载体
EVs可作为优良载体,递送小分子、核酸、蛋白质和纳米材料。
EVs作为小分子递送载体
甲氨蝶呤(MTX)负载于具有骨靶向性的骨肉瘤细胞EVs或表面修饰CD80抗体的UCMSC-EVs后,能提高靶向性,减轻副作用,增强疗效。雷公藤甲素利用RA-FLS-EVs或树突状细胞(DCs)来源EVs的靶向性,实现关节内滞留和特异性递送,提高安全性。雷帕霉素与M2-EVs等结合,可诱导免疫耐受。糖皮质激素(如地塞米松)通过叶酸修饰的巨噬细胞来源EVs(Mφ-EVs)或M2-EVs递送,能靶向蓄积于炎症关节,协同抗炎。天然产物(如姜黄素、表没食子儿茶素没食子酸酯EGCG、淫羊藿苷、紫薯花青素、苯丙素)负载于EVs(如ADSC-EVs, Mφ-EVs, RA-FLS-EVs)后,溶解性、稳定性和靶向性得以改善,抗炎抗氧化作用增强。
EVs作为核酸递送载体
MSC-EVs可递送多种治疗性miRNA(如miR-146a, miR-155, miR-10a, miR-150-5p, miR-124a, miR-433-3p),协同发挥免疫调节作用。牛奶来源EVs(mEVs)负载TNF-α siRNA并通过冻干微针贴片给药,能有效沉默基因。M2-EVs可共同递送编码IL-10的质粒DNA(pDNA)和糖皮质激素药物。
EVs作为蛋白质递送载体
MSC-EVs递送JNK通路相关磷酸酶(JKAP)、血纤蛋白样蛋白1(FGL1)、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4免疫球蛋白(CTLA4Ig)等蛋白,可调节T细胞、诱导FLS凋亡、改善免疫平衡。巨噬细胞来源EVs(Mφ-EVs)在超声辅助下递送IL-10,能靶向关节并促进M2极化。工程化的293T细胞来源EVs可递送乳黏附素融合的IL-4或超抑制因子IκB(srIκB),有效调节巨噬细胞或抑制炎症通路。
EVs作为纳米材料递送载体
超小普鲁士蓝纳米颗粒(uPB)共价连接于中性粒细胞来源EVs(NDEVs),或钌簇锚定羟基氧化铁(Ru-HFO)由BMSC-EVs递送并结合超声,能清除活性氧(ROS)、缓解缺氧、调节免疫。黑磷(BP)纳米片被M2-EVs与M1巨噬细胞膜融合形成的仿生囊泡包裹,可实现光热协同治疗。M2-EVs共递送硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)可触发铜死亡并诱导免疫耐受。甲氨蝶呤(MTX)负载的介孔二氧化硅纳米颗粒被ADSC-EVs包裹,形成核壳结构,实现缓释和靶向治疗。
结论
EVs在RA的发病机制、诊断和治疗方法开发中均展现出巨大潜力。未来研究需着力于将EV相关发现转化为临床应用,推动RA精准诊疗新策略的发展。