PNAS：血清外泌体递送精氨酸酶1造成糖尿病中的内皮功能障碍

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内皮细胞对血清外泌体（SExos）的反应以及糖尿病相关血管病变过程中能够外泌体的作用此前从未被研究过。在这项发表于PNAS杂志的研究中，来自首都医科大学附属北京安贞医院张慧娜课题组和香港中文大学黄聿课题组的研究人员发现，来自糖尿病小鼠的血清外泌体会被主动脉内皮细胞摄取，严重损害非糖尿病小鼠的内皮功能。

外泌体是通过胞吐作用释放到细胞外环境中的由胞内体衍生的纳米级囊泡。外泌体由许多细胞类型分泌，包括B淋巴细胞、T淋巴细胞、上皮细胞、肿瘤细胞和肝细胞等。最近研究外泌体成为了热潮，因为外泌体通过血流将其包裹的内容物如蛋白质、mRNA和miRNA转运到受体细胞，是细胞之间的新通信途径之一。通过这些功能分子，外泌体参与广谱的生理和病理过程，包括免疫反应、肿瘤转移、神经变性、传染病和心血管疾病等。越来越多的证据表明糖尿病和肥胖症中外泌体内容物（主要是miRNA）的改变相关，这表明外泌体的这种改变具有致病作用。

糖尿病中心血管并发症的发生通常由内皮功能障碍引发，尽管其潜在机制仍未完全了解。大多数研究主要强调细胞因子和趋化因子的病理参与，如血管紧张素II、氧化低密度脂蛋白和晚期糖基化终产物。然而，从未研究过在人和啮齿类动物血液中存在的大约1010个外泌体/ mL的组织来源的外泌体是否携带尚未定义的物质参与糖尿病相关的内皮功能障碍。内皮细胞是外源外泌体的已知受体细胞。在内皮细胞系A431摄取人癌细胞衍生的外泌体后，可以刺激内皮细胞表达内皮生长因子。内皮细胞与自身血清外泌体（serum exosomes，SExos）直接并持续接触，提高了内皮细胞摄取SExos以及引起功能反应的可能性。因此，本研究中提出设想，SExos将外泌体分子递送到内皮细胞，并且SExos参与糖尿病和肥胖中的内皮功能障碍的发展。

本研究表明自体SExos能够进入内皮细胞。研究人员从糖尿病db/db模型小鼠的血清中纯化和表征外泌体，并观察到这些SExos能够进入非糖尿病db/m+模型小鼠主动脉的内皮细胞中，并且严重损害的主动脉造成内皮依赖性松弛。外泌体精氨酸酶1（Arg1，一种降解L-精氨酸的酶，它是内皮中eNOS介导NO产生的底物）最有可能成为介质，因为将db/db的血管中Arg1沉默后，SExos明显减少。本研究揭示了糖尿病小鼠SExos通过递送外泌体Arg1以降低肥胖和糖尿病小鼠内皮细胞中NO生物利用度来诱导内皮功能障碍的细胞机制。

图：外泌体蛋白质参与了db/db小鼠血清外泌体诱导内皮功能障碍。（A）在db / db小鼠SExos中去除蛋白质或RNA的实验流程。 （B）电镜图像显示在五次冻融循环（-170℃~37℃）之前和后的db / db SExos。（C）银染色显示db / db小鼠SExos在A中描述的不同处理程序的蛋白谱。（D）qPCR分析显示不同处理后db / db SExos中的miRNA水平。 （E）db / db SExos中的蛋白质而非RNA部分在db / m +小鼠主动脉中引起内皮功能障碍。

参考文献：

Zhang H, Liu J, Qu D, Wang L, Wong CM, Lau CW, Huang Y, Wang YF,Huang H, Xia Y, Xiang L, Cai Z, Liu P, Wei Y, Yao X, Ma RCW, Huang Y. Serumexosomes mediate delivery of arginase 1 as a novel mechanism for endothelialdysfunction in diabetes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Jul 2.