静脉注射MSC细胞外囊泡治疗心脏病

本文作者Laura A. Scrimgeour等来自美国普罗维登斯布朗大学沃伦阿尔珀特医学院，原标题Intravenous injection of extracellular vesicles to treat chronic myocardial ischemia，此前发表在PLoS One. 

间充质干细胞衍生的细胞外囊泡 (EV) 似乎是治疗心脏病的一种非常令人兴奋的选择。在这里，我们使用慢性心肌缺血的猪模型来评估通过外周静脉途径注射 EV 的微创方法的功效。

方法

16 只约克夏猪在 11 周龄时在左回旋 (LCx) 动脉上放置了 ameroid 缩窄器，以诱导慢性心肌缺血。两周后，他们被分为两组：对照组（CON；n = 8）和静脉注射 EV（EVIV；n = 8）。在 18 周龄时，动物接受最终分析和安乐死。收集慢性缺血心肌（LCx 区域）进行分析。

结果

EVs 的静脉内注射 (IV) 诱导了几种促血管生成标志物，如 MAPK、JNK 但不是 Akt。尽管 EV 的 IV 注射降低了 VEGFR2 的表达并抑制了凋亡信号传导（caspase 3），但它们增加了被认为具有抗血管生成作用的 VEGFR1 的表达。与对照组相比，注射 EV 并未导致血管密度和血流量增加。

结论

尽管 IV 注射 EVs 上调了几种促血管生成信号通路，但它未能诱导慢性缺血心肌血管密度的变化。因此，在所测试的剂量下血管密度没有增加未能在缺血性心肌中引起功能反应。

尽管在心血管疾病的预防、诊断和治疗方面取得了许多进展，但缺血性心脏病的患病率仍在继续增加，并且仍然是全球死亡的主要原因。此外，虽然基于导管的干预能够帮助越来越多的冠状动脉受损患者，但仍有许多患者的疾病负担如此分散，以至于不适合经皮治疗。此外，即使采用外科冠状动脉旁路移植术，许多患者的心脏功能仍不理想或无法进行移植手术。因此，探索缺血性心脏病的替代疗法和辅助疗法至关重要。

干细胞为治疗缺血性心肌病提供了一种潜在的方法。然而，存在与干细胞疗法相关的担忧，包括免疫激活导致需要免疫抑制、细胞死亡、缺乏珩磨能力，以及需要重新植入新细胞以实现对心肌缺血的持久效果 。为了避免免疫抑制，需要对自体干细胞移植进行时间密集和侵入性的术中采集。这些缺点使得干细胞疗法对于需要心脏血运重建的大部分人群来说是一种不太受欢迎的选择。此外，几乎没有数据表明移植的干细胞在体内长期存活到心肌。

最近，被称为细胞外囊泡 (EVs) 的干细胞分泌产物已被鉴定为携带 miRNA、mRNA、细胞因子、生长因子和血管生成蛋白，使其成为缺血性治疗的有希望的靶标。

这些囊泡已被证明可以迁移到损伤部位并重新编程内源性修复系统，同时限制局部炎症。EV由它们的大小和释放机制定义：微泡通过质膜出芽释放，是>200nm的大颗粒；外泌体是从腔内囊泡释放的内体，尺寸较小，范围为 50-200nm 。鉴于复杂的术语，我们使用术语细胞外囊泡来表示我们同时使用微泡和外泌体。使用细胞外囊泡的令人兴奋的优势之一是它们的小尺寸和非细胞治疗允许流过与基于细胞的治疗相关的毛细血管。

EV 已在心肌梗塞的小型和大型动物模型中显示出改善功能的一些希望。然而，这些研究都没有专门针对慢性心肌缺血，这可能比仅针对心肌梗死具有更深远的治疗益处。此外，据我们所知，没有研究评估外周静脉内注射 EV。对于广泛的应用，最大限度地减少转化为人类研究的程序的侵入性将是最佳的。在这里，我们分析了通过静脉注射给药的细胞外囊泡在猪慢性心肌缺血模型中的作用。

| 细胞外囊泡分离，人骨髓来源的间充质干细胞的细胞培养、应激和细胞外囊泡分离的示意图。

该研究旨在评估用于治疗慢性心肌缺血的微创给药模型，同时进一步阐明 EV 在慢性心肌缺血情况下能够增加缺血心肌灌注的作用机制。这是我们所知的第一项研究，以评估一种侵入性较小的 EV 递送方式作为治疗慢性心肌缺血的手段。我们小组先前已经证明通过心肌内注射细胞外囊泡可以改善血管密度和心肌灌注；然而，额外开胸手术的侵入性限制了这项研究在未来人类研究中的转化应用。其他小组通过导管插入评估了冠状动脉内输注，但未在慢性缺血模型中评估。

因此，科学家试图探索一种侵入性较小的静脉输注方法来提供治疗。不幸的是，在使用侵入性较小的静脉方法时，我们没有发现流向缺血区域的血流量显着增加。对此的一个合理解释是，我们使用与之前的心肌内注射研究中使用的相似剂量的 EV 进行 IV 注射。由于 IV 提供了不太直接的治疗应用，我们计划在 IV 组中使用增加剂量的 EV 重复实验。其他解释包括当注入血液时 EV 失活，而其他实验中所做的对心肌有明显益处。有趣的是，EV 实际上降低了缺血心肌中毛细血管的密度，并且有增加小动脉密度的趋势。这表明，与将 EV 直接注入心肌时观察到的相比，静脉注射可能对血管生成信号产生不同的影响。

改善缺血区域的血流仍然是治疗心肌缺血的首要目标。改善血管生成的治疗是实现这一目标的明显目标。VEGF-R2 是一种促血管生成调节剂，而 VEGF-R1 的作用更具动态性。科学家观察到 EVIV 组的 VEGF-R2 减少，这可以解释为什么我们没有看到与对照组相比该组的血流量增加。

此外，科学家没有观察到 EVIV 治疗组缺血心肌组织切片中毛细血管和小动脉密度的增加，这进一步证明了该组织中缺乏血管生成。已显示 VEGF-R1 在不同阶段对血管发育有不同的影响。它最初对发芽有抑制作用，但后来对于分支和与其他血管的连接变得必不可少 。有趣的是，我们看到 VEGF-R1 的增加，但可能水平如此之高，以至于它们对发芽和血管生成反应的启动产生了整体抑制作用。