《Biomolecules》：Extracellular Vesicles as Biomarkers for Vascular Disease
Davide Costa,
Michele Andreucci,
Nicola Ielapi,
Teresa Faga,
Antonio Mazza,
Giulio Accarino,
Umberto Marcello Bracale and
Raffaele Serra
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这篇综述系统阐述了细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）在多种血管疾病（Vascular Diseases, VD）中的关键作用，评估了EVs作为新兴生物标志物和疾病介质的潜力，并探讨了其未来的临床转化前景。核心观点认为，EVs的浓度和分子内容物（如microRNA、蛋白质）可反映血管的病理生理状态，为早期诊断和风险分层提供了“液体活检”新策略，但其临床应用仍需解决标准化等挑战。
细胞外囊泡：血管疾病的信使、标志与希望
血管疾病（VD）是导致全球发病和死亡的主要原因，其早期过程隐匿，常直到引发卒中或缺血等严重并发症时才被发现。传统影像学能提供解剖信息，却难以捕捉血管壁内动态的分子过程。这篇综述聚焦于细胞外囊泡（EVs）——包括外泌体、微泡和凋亡小体——阐述其作为新兴生物标志物和治疗媒介在血管疾病领域的巨大潜力。
1. 引言
血管疾病包含一系列动脉和静脉病变，其发病与人口老龄化和糖尿病、高血压等风险因素持续存在相关。许多血管疾病在出现临床症状前已悄然发展多年，使得早期诊断和精准的风险分层成为重大挑战。细胞外囊泡（EVs）作为几乎所有细胞类型释放的膜结合囊泡，携带蛋白质、脂质和核酸（尤其是microRNAs）等多样“货物”，可实现细胞间通讯。由于EVs的分子组成反映了其母细胞的生物学状态，循环中的EVs能够为了解血管炎症、内皮功能障碍和斑块易损性提供宝贵的“液体活检”窗口。
2. 细胞外囊泡的生物学与分类
EVs是异质性的膜结合结构，主要根据大小、生物发生和释放机制分为三类：
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外泌体：最小（30-150 nm），起源于内体途径，由多泡体与质膜融合后释放。
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微泡：较大（100-1000 nm），通过质膜向外出芽和裂变直接产生。
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凋亡小体：最大（500 nm至数微米），在程序性细胞死亡过程中释放。
尽管分类明确，但由于技术限制，许多研究实际分析的是混合的EV群体。EVs的分子货物（包括膜受体、信号蛋白、酶、脂质、microRNAs等）能够影响受体细胞的多种生物学通路。在血管系统中，来自内皮细胞、血小板、白细胞和平滑肌细胞的EVs参与内皮功能障碍、炎症信号传导、凝血激活和血管重塑等关键过程。EVs的分离与表征方法多样，如超速离心、尺寸排阻色谱法等，但缺乏标准化方案是目前该领域临床转化的主要障碍。
3. 细胞外囊泡在动脉瘤中的作用
动脉瘤，特别是腹主动脉瘤（AAA），其特征是动脉壁进行性扩张，伴有慢性炎症、细胞外基质降解和血管平滑肌细胞（VSMC）功能障碍。研究表明，EVs是血管壁内细胞间通讯的重要介质，并可作为动脉瘤疾病的潜在生物标志物。参与动脉瘤发病的多种细胞在炎症刺激下会释放EVs，这些囊泡可通过转移基质金属蛋白酶（MMPs）等物质，直接促进细胞外基质降解，削弱动脉壁。此外，EVs还能影响VSMC的凋亡和表型转换。
循环EVs的浓度和细胞来源在AAA患者中发生改变，例如内皮和血小板来源的EVs水平升高。EV相关的microRNAs（miRNAs）尤其具有前景，特定的EV来源miRNA特征谱与动脉瘤的存在和进展相关，有望成为诊断或预后的生物标志物。研究还揭示了EVs在动脉瘤中复杂甚至看似矛盾的作用。例如，来自M2巨噬细胞的EVs可通过携带miR-221-5p等调节性miRNA，调节巨噬细胞极化，发挥抗炎和保护作用，抑制AAA进展。而T淋巴细胞衍生的EVs则可能通过传递特定代谢物（如丙酮酸激酶M2）来加重疾病，其可重编程巨噬细胞代谢，增强脂质过氧化，从而放大炎症反应。胸主动脉瘤（TAA）小鼠模型的血清外泌体蛋白质组学分析也显示，与炎症、代谢和细胞外基质组织相关的蛋白质丰度发生显著改变。这些发现共同表明，EVs是动脉瘤病理生理学的核心参与者，并具有作为诊断生物标志物和治疗工具的潜力。
4. 细胞外囊泡在外周动脉疾病中的作用
外周动脉疾病（PAD）是系统性动脉粥样硬化的常见表现，与严重的发病率和心血管死亡率相关。EVs作为反映PAD潜在细胞和分子过程的潜在生物标志物而出现。研究表明，PAD患者循环中内皮细胞和血小板来源的EVs水平升高，这与内皮损伤和促血栓状态有关。EVs还可能通过调节血管生成（对晚期PAD的缺血组织修复至关重要）来影响PAD的病理生理。例如，来自内皮祖细胞（EPCs）或间充质干细胞的EVs已被证明能促进缺血组织的血管生成信号和组织修复。
EV相关的microRNAs在调节内皮功能、血管重塑和炎症通路中发挥重要作用，其在PAD患者中的特征谱改变可能反映持续的血管损伤。研究还发现了特定的EV相关分子，如炎症蛋白钙卫蛋白（calprotectin）和GTP酶R-Ras，它们在PAD患者的EVs中水平发生改变，并与疾病严重程度相关，提示了其作为诊断或监测生物标志物的潜力。
5. 细胞外囊泡在颈动脉狭窄中的作用
颈动脉狭窄是缺血性卒中的重要原因。斑块的组成和易损性（而非单纯的狭窄程度）是脑血管事件风险的关键决定因素。EVs已成为颈动脉斑块发展和不稳定性的潜在介质和生物标志物。动脉粥样硬化斑块内的多种细胞在炎症激活时会释放EVs，这些囊泡可向邻近细胞转移生物活性分子，在斑块微环境中促进炎症信号传导、细胞外基质降解和血管重塑，从而可能削弱纤维帽，增加斑块易损性。
循环中内皮细胞和血小板来源的EVs水平在颈动脉疾病患者中升高，这反映了内皮损伤和持续的炎症活动。特定的EV亚型与有症状的颈动脉狭窄相关。此外，EV相关的microRNAs和其他调节性核酸的变化已被观察到，可能有助于区分稳定斑块和不稳定斑块，为基于EV的分子特征谱补充影像学评估、进行卒中风险分层提供了可能性。
6. 细胞外囊泡在慢性静脉疾病中的作用
慢性静脉疾病（CVD）非常普遍，其病理生理主要由持续的静脉高压驱动，导致内皮激活、炎症和静脉壁结构改变。EVs作为静脉病理学的潜在介质和生物标志物出现。在炎症刺激下，内皮细胞、白细胞等会释放EVs。慢性静脉疾病患者体内内皮细胞和血小板来源的EVs浓度增加，反映了内皮功能障碍和促炎微环境。一项关于妊娠合并CVD的研究发现，与EV产生和细胞应激相关的分子机制在胎盘中上调，提示母体静脉病理可能通过EVs影响胎盘功能。尽管证据相对有限，但EV研究为理解静脉疾病的分子机制提供了新见解。
7. 细胞外囊泡在静脉血栓栓塞中的作用
静脉血栓栓塞（VTE）包括深静脉血栓和肺栓塞。EVs作为血栓形成过程的贡献者和静脉血栓的潜在生物标志物受到关注。来自血小板、内皮细胞等的EVs通过暴露带负电荷的磷脂和组织因子（TF）而具有促凝特性，可提供催化表面，增强凝血因子激活和凝血酶生成。VTE患者体内具有促凝活性的循环EVs水平升高，EV相关的组织因子活性已被提议作为血栓形成风险的潜在生物标志物。此外，参与凝血和炎症通路的EV来源microRNAs也正在被研究。一些研究评估了携带TF的EVs与VTE风险的关系，结果不一，有的显示预测价值，有的则有限。这表明EVs在VTE中扮演复杂角色，但将其转化为临床生物标志物仍面临方法学挑战。
8. 细胞外囊泡在慢性血管溃疡中的作用
慢性血管溃疡是动脉和静脉疾病的严重并发症，其特征是伤口愈合受损、持续炎症和微血管功能障碍。EVs作为组织修复的介质和慢性伤口愈合的潜在治疗工具受到关注。来自内皮祖细胞、间充质干细胞等细胞的EVs可通过传递生物活性分子，调节伤口微环境中的细胞通讯，在血管生成、炎症调节和组织再生中发挥关键作用。例如，EVs可促进内皮细胞增殖、迁移和新微血管网络的形成，这对于缺血组织的修复至关重要。
在糖尿病足溃疡（DFUs）中，脂肪来源干细胞（ADSCs）衍生的EVs因其可及性和强大的再生特性而备受关注。它们通过促进角质形成细胞和成纤维细胞的增殖与迁移，以及携带促血管生成因子来刺激新血管形成。研究发现，高糖条件下巨噬细胞来源的EVs中富集的新型miRNA（如miR-ERIA）在调节糖尿病愈合中起关键作用。一项开创性的临床研究显示，自体血清来源的EVs（富含TGFβ1）对常规治疗无效的慢性静脉溃疡具有疗效。这些进展凸显了EVs在开发慢性血管溃疡新型再生疗法方面的前景。
9. 未来展望与临床转化
EVs在血管疾病中的应用前景主要体现在作为循环生物标志物用于疾病检测和风险分层，以及作为治疗剂或药物递送系统。通过分析循环EVs的分子“货物”（如蛋白质、microRNAs），有望实现早期血管功能障碍的检测，即“液体活检”。在治疗方面，干细胞来源的EVs在实验模型中已显示出再生和促血管生成特性。
然而，要实现临床转化，必须克服诸多挑战。主要包括：
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标准化：缺乏EV分离、表征和定量方法的标准化方案，导致研究间差异大。
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特异性：许多EV相关分子并非某种血管疾病特有，在多种心血管疾病中共享，降低了其鉴别诊断能力。未来需开发结合多种EV成分的多标志物组以提高准确性。
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临床验证：现有证据多来自临床前研究，需要在大型前瞻性临床队列中进行严格验证，以确定其诊断性能（敏感性、特异性等）和相对于现有诊断工具的增量价值。
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生物学复杂性：EV群体的异质性为精准应用带来挑战。
尽管存在限制，EVs的研究正在快速扩展，跨学科合作对于将这些发现转化为实际的诊断和治疗应用至关重要。如图1所示，EVs在多种血管疾病中扮演着复杂而核心的角色。
10. 结论
细胞外囊泡已成为细胞间通讯的关键介质和血管疾病病理生理学的重要贡献者。在动脉瘤、外周动脉疾病、颈动脉狭窄、慢性静脉疾病、静脉血栓栓塞和慢性血管溃疡等多种血管疾病中，均已观察到EVs在浓度、细胞来源和分子货物方面的改变，这表明它们有潜力作为疾病检测、风险分层和进展监测的生物标志物。此外，EVs因其递送生物活性分子和调节靶细胞反应的能力，也正被深入研究作为治疗工具。尽管面临方法学和技术挑战，但EV生物学的持续进展有望推动EV策略向临床实践转化，为血管医学带来更精准的诊断工具和创新疗法。
