囊性纤维化（CF）与细胞外囊泡（EVs）的研究背景
CF 是一种常染色体隐性遗传疾病，由位于 7q31.2 染色体上的囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）基因突变引起。CFTR 蛋白作为 ATP 结合盒（ABC）转运体，在离子跨上皮膜运输中起关键作用，调节氯离子（Cl-）、碳酸氢根离子（HCO3-）、钠离子（Na+）和钾离子（K+）等的跨膜流动，维持气道上皮细胞黏液的正常黏度 。目前已发现超 2000 种 CFTR 基因突变，其中 Phe508del 最为常见，该突变导致 CFTR 蛋白结构和功能异常，无法正常转运到细胞表面，引发离子运输障碍，致使气道黏液增厚、黏稠，进而阻塞小气道，易引发细菌感染和炎症，最终可发展为呼吸衰竭。
EVs 是由所有细胞类型释放的小膜结合囊泡，在细胞间通讯中至关重要，可通过多种途径传递信息，运输生物活性分子，影响细胞代谢、炎症反应和免疫应答等过程。近年来研究发现，EVs 参与多种疾病的病理过程，其携带的特定货物与不同病理生理状态相关，在 CF 肺部疾病进展中的作用也备受关注。
CF 肺部疾病的发病机制
CF 肺部疾病的发生发展是一个复杂的过程。CFTR 基因突变后，突变的 CFTR 蛋白无法正常到达细胞表面，导致氯离子分泌减少，同时上皮钠通道（ENaC）介导的钠离子吸收增加，引起气道表面液体减少、脱水 。此外，CFTR 功能缺陷还会破坏碳酸氢根离子的正常传导，使气道管腔 pH 值异常降低，影响抗菌肽的活性，增加细菌感染的易感性。
细菌感染在 CF 肺部疾病中起着重要作用，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是最常见的病原体，它能在 CF 患者气道黏液中定植，形成生物膜，引发持续感染，导致炎症反应加剧，进一步破坏气道上皮细胞，加速肺功能下降。炎症反应在 CF 气道疾病早期就已出现，CFTR 功能障碍本身会导致炎症反应失调，在病原体定植后，上皮细胞和炎症细胞会释放蛋白酶、活性氧 / 氮物质（ROS/RNS）和促炎趋化因子等，引发过度的炎症反应，造成组织损伤 。
EVs 在 CF 肺部疾病发病机制中的作用
EVs 在 CF 肺部疾病发病机制中扮演着关键角色。它可分为外泌体（50 - 150nm）、微泡（MVs，100 - 1000nm）和凋亡小体（1 - 5μm），其生物发生途径各异。外泌体起源于早期内体，经多泡体（MVBs）与质膜融合释放；微泡由质膜向外出芽形成；凋亡小体则在细胞凋亡过程中产生。
研究发现，CF 患者体液中的 EVs 与健康人存在差异。对 CF 患者支气管肺泡灌洗液（BALF）的蛋白质组学研究显示，其中的外泌体富含与中性粒细胞黏附、脱颗粒和抗菌活性相关的蛋白质，如颗粒钙结合蛋白（grancalcin）和组蛋白，同时炎症相关蛋白（如中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白 LCN2 和 S100A12）和抗氧化防御蛋白（如超氧化物歧化酶 SOD2、谷胱甘肽过氧化物酶 GPX3）水平也升高 。体外研究表明，CF 气道细胞系释放的 EVs 数量显著增加，可被健康供体的中性粒细胞摄取，增强中性粒细胞的 CD66 表达和髓过氧化物酶活性 。此外，CF 患者痰液来源的 EVs 可激活上皮细胞中的炎性小体，引发肺部炎症。
细菌 EVs 与 CF 肺部疾病
CF 患者气道内存在多种病原体，其中铜绿假单胞菌感染尤为常见且难以清除。铜绿假单胞菌可分泌 EVs，这些 EVs 能穿过黏液屏障，与气道细胞融合，将毒力因子和其他毒素传递到宿主细胞内，改变宿主的先天免疫反应。例如，铜绿假单胞菌分泌的 EVs 表面含有脂多糖（LPS），可参与疾病的病理生理过程 。此外，研究还发现 EVs 可介导宿主气道上皮细胞向铜绿假单胞菌传递营养物质，促进细菌繁殖 。同时，痰液上清液中某些 miRNA（如 miR - 223 - 3p、miR - 451a 和 miR - 27b - 3p）水平的变化与 CF 患者肺部恶化相关 。
CF 肺部疾病中的炎症反应
炎症反应是机体抵御病原体和组织修复的复杂过程。在 CF 肺部疾病中，炎症反应早期就已发生，CFTR 功能障碍会导致炎症反应失调，使气道处于促炎状态，为后续感染和组织损伤奠定基础。病原体定植后，炎症细胞被激活，释放多种炎症介质，引发过度的炎症反应，导致组织损伤 。
近年来研究发现，循环中失调的 miRNA 在 CF 相关炎症中起关键调节作用。多种失调的 miRNA 可调节关键促炎介质（如 IL - 6 和 IL - 8）的表达。例如，高水平的 miR - 146a 和 miR - 199a - 5p 可促进促炎细胞因子的产生，加剧炎症；而 miR - 17 和 miR - 93 水平降低则与 IL - 8 产生增加有关，IL - 8 是 CF 气道中中性粒细胞募集的关键驱动因子 。
EVs 货物介导的 CF 肺部疾病炎症反应
EVs 携带的货物在 CF 肺部疾病炎症反应中发挥重要作用。其中，miRNA 可激活炎症通路，改变受体细胞的免疫反应。研究发现，CF 儿童患者血清和痰液中分离出的 EV 来源的 miRNA 与肺部恶化、炎症和组织重塑相关 。
EVs 的蛋白质货物同样在 CF 肺部疾病发病机制中具有重要意义。CF 肺上皮细胞来源的外泌体与健康细胞释放的外泌体蛋白质组成不同，其富含与急性炎症应激和感染相关的蛋白质 。例如，VCAM1 等蛋白质可促进中性粒细胞迁移到炎症部位；CF 患者 BALF 中分离出的 EVs 蛋白质货物经通路分析显示激活了细胞因子信号通路；痰液中分离出的 EVs 中，钙粒蛋白（如 S100A、S100A9 和 S100A12）水平升高，这些蛋白可通过 TLR4 激活支气管上皮细胞，引发一系列炎症反应 。
EVs 介导的 CF 气道氧化应激
氧化应激是指体内活性物质（ROS 和 RNS）增加与抗氧化机制减弱之间的失衡状态，可导致氧化损伤，与多种疾病相关。在 CF 患者中，氧化应激在肺损伤进展中起重要作用。CF 患者存在抗氧化分子缺乏，导致氧化应激增加，持续的氧化还原失衡引发慢性炎症，阻碍气道正常重塑 。
研究发现 CF 患者的 EVs 货物发生改变，EV 相关 miRNA 与非 CF 个体不同 。虽然目前尚无研究证实，但推测这些改变的 miRNA 可能影响 CF 中的氧化还原通路，加剧氧化损伤和炎症。有研究发现 CF 患者呼吸道收集的 EVs 富含 SOD2 和 GPX3 等抗氧化防御蛋白，然而 SOD2 在 CF 上皮细胞中高表达，会导致过氧化氢（H2O2）生成过多，激活 NF - κB 通路，不过 GPX3 的过氧化物酶活性可在一定程度上平衡这种有害影响 。
EVs 的治疗潜力
除了在疾病发病机制中的作用，EVs 因其能够传递生物活性分子和跨越生物屏障的特性，在治疗多种疾病方面展现出巨大潜力，包括 CF。多项研究探索了 EVs 在 CF 治疗中的应用。例如，有研究利用外泌体成功将功能性人 CFTR 糖蛋白和 CFTR mRNA 递送至中国仓鼠卵巢细胞 ；还有研究使用 MVs 和外泌体作为载体，将外源性 CFTR 糖蛋白及其编码 mRNA 递送至人 CF 细胞，以恢复 CFTR 氯离子通道功能 。此外，研究人员还尝试用 EVs 递送 CFTR 调节剂，如锌指蛋白激活剂，来增强基因表达 。同时，间充质干细胞（MSCs）来源的 EVs 可调节 CF 细胞的炎症反应，降低促炎细胞因子（如 IL - 1β、IL - 8 和 IL - 6）的表达，上调具有抗炎和抗氧化作用的 PPARγ mRNA 表达 。
结论
综上所述，EVs 在 CF 等多种疾病进展中起着关键作用。它携带多种生物活性分子，通过多种机制影响受体细胞行为，加剧 CF 肺部炎症，诱导氧化应激，激活相关信号通路，促进疾病发展。尽管目前对 EVs 在 CF 中的作用有了一定了解，但仍存在许多未知，如不同细胞类型间的相互作用机制以及 EVs 特定货物在疾病进展中的具体作用等。未来深入研究这些问题，有助于揭示新的治疗靶点，减轻 CF 患者的炎症负担，改善患者护理和治疗效果。
生物通微信公众号
