综述：地中海贫血中的细胞外囊泡：机制、意义及治疗潜力

时间：2025年4月22日

来源：Aspects of Molecular Medicine

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本文聚焦地中海贫血（thalassemia）与细胞外囊泡（EVs）。EVs 参与其病理过程，如影响铁稳态、导致内皮功能障碍等，还与多种并发症相关。同时，EVs 有望成为生物标志物和治疗靶点，为地中海贫血诊疗提供新思路。

1. 引言

地中海贫血是一类常见的遗传性血红蛋白疾病，因珠蛋白链合成异常所致。根据受累珠蛋白链的不同，可分为 α、β 等多种类型，其中 β 和 α 地中海贫血最为常见。其主要病理生理问题是珠蛋白链生成减少，引发链比例失衡，导致红细胞膜损伤、无效红细胞生成、红细胞聚集和溶血等，进而引发慢性贫血。

为应对贫血，身体会出现一系列代偿反应，如骨髓活动增强、促红细胞生成素分泌增加等，但这些反应常不足以纠正贫血，还会引发骨骼畸形、器官肿大等问题。此外，铁过载也是地中海贫血的重要并发症，它既源于无效红细胞生成导致的铁吸收增加，也与反复输血有关。铁过载会引发氧化应激，损害心脏、肝脏等重要器官，导致多种疾病。同时，地中海贫血患者血栓形成风险较高，这与慢性溶血、血管内皮损伤以及循环中 EVs 水平升高等因素有关。

EVs 是由不同细胞分泌的小膜泡，根据大小和释放方式可分为外泌体、微囊泡等多种类型。它们在细胞间通讯、信号传递中发挥重要作用，且参与多种生理和病理过程。在健康个体中，血液中 EVs 浓度较低，但在多种疾病状态下会升高。在地中海贫血中，红细胞膜上珠蛋白链的积累会导致 EVs 释放增加，这些 EVs 可能参与或加重疾病的并发症。

2. 细胞外囊泡

EVs 是大小在 30 - 10,000nm 的膜结合结构，由细胞分泌，用于细胞间的通讯。其研究历史悠久，但近年来才成为研究热点。EVs 可分为外泌体（30 - 150nm）、微囊泡（50 - 1000nm）、大囊泡（大于 1000nm）和凋亡小体（1000 - 5000nm），但目前分离这些囊泡的方法并不标准化。

外泌体的生物发生始于细胞膜内陷形成内体，内体成熟后形成多泡体，多泡体与细胞膜融合释放外泌体。微囊泡则通过细胞膜直接出芽和裂解形成，其形成与钙内流和细胞骨架重塑有关。大囊泡起源于活细胞的细胞质延伸，含有完整的细胞骨架结构和细胞器。凋亡小体在细胞程序性死亡时形成，可携带 DNA 等物质。

释放后的 EVs 可通过多种方式被细胞摄取，如膜融合、受体介导的内吞作用和吞噬作用等。其摄取机制具有多样性，且受温度、细胞类型等因素影响。此外，EVs 在造血微环境中的靶向机制尚不完全清楚，四跨膜蛋白等可能参与其中。进入靶细胞后，EVs 会进入内体途径，最终与溶酶体融合降解。

3. 细胞外囊泡的功能

EVs 表面的磷脂可使其结合活化的凝血因子，在凝血过程中发挥重要作用。在健康个体中，EVs 可支持凝血系统，降低出血风险；但在某些疾病状态下，EVs 会促进血管内凝血和血栓形成。例如，在动脉粥样硬化中，血小板来源的 EVs 可增加单核细胞和内皮细胞的炎症细胞因子水平，促进血栓形成。同时，EVs 也具有抗凝作用，其与组织因子途径抑制剂（TFPI）等的平衡对凝血启动至关重要。

EVs 在细胞间通讯中发挥着关键作用，它们可携带蛋白质、信号分子、miRNA 和 mRNA 等物质，通过与靶细胞的相互作用，刺激特定的细胞反应，调节细胞的功能和行为。

4. 细胞外囊泡在地中海贫血中的作用

4.1 细胞和分子机制

在地中海贫血中，无效红细胞生成和铁代谢失调驱动了 EVs 的产生。无效红细胞生成导致红细胞前体中多余的未结合珠蛋白链积累，引发氧化损伤，激活凋亡途径，促使细胞释放 EVs。这些 EVs 携带多种物质，如血红素、游离铁、活性氧和膜蛋白等，其表面富含磷脂酰丝氨酸，可促进凝血。

EVs 还参与了地中海贫血中铁稳态的调节。外泌体可携带转铁蛋白受体、铁蛋白等铁调节分子，铁过载时，铁蛋白负载的 EVs 释放到血液中，加剧全身铁过量，导致氧化损伤。同时，巨噬细胞可通过受体介导的内吞作用摄取富含铁的 EVs，引发细胞损伤和炎症。此外，EVs 还可调节铁调素的表达，影响铁的吸收和分布。

EVs 与内皮细胞的相互作用也是地中海贫血并发症的重要机制。红细胞和血小板来源的 EVs 可激活内皮细胞，导致促炎细胞因子释放，促进白细胞粘附和迁移，引发血管炎症。同时，EVs 携带的氧化应激指标会破坏一氧化氮信号，导致血管收缩和内皮功能障碍，增加血栓形成风险。

细胞应激会激活与 EV 生物发生相关的分子途径，如 JNK 和 p38 MAPK 途径，这些途径可增强 EV 的产生，并改变其携带的货物。地中海贫血患者的 EVs 中含有特定的非编码 RNA，如 miR - 144 - 3p，可影响基因表达，加剧氧化应激。此外，磷脂酰丝氨酸表达的 EVs 在凝血激活中发挥重要作用，与静脉血栓栓塞风险增加相关。

4.2 炎症和内皮功能障碍

内皮细胞对维持血管完整性和正常循环至关重要，其功能障碍与多种疾病相关，包括地中海贫血。地中海贫血患者常表现出内皮细胞激活和炎症标记物升高，如肿瘤坏死因子 α（TNF - α）、E - 选择素、白细胞介素 6（IL - 6）等。铁过载会抑制内皮型一氧化氮合酶（eNOS），减少一氧化氮生成，导致内皮功能障碍。

EVs 可通过多种途径导致内皮细胞功能障碍，如促进炎症细胞因子释放、增加粘附分子表达、破坏一氧化氮信号等。研究表明，地中海贫血患者的 EVs 可促进心脏细胞增殖，且铁过载患者的红细胞来源微囊泡数量增加，外泌体中载铁蛋白含量更高，这些都与心血管并发症相关。此外，EVs 还可促进单核细胞与内皮细胞的粘附，增加促炎细胞因子合成，导致慢性炎症和血管功能障碍，增加血栓形成风险。

内皮功能障碍在地中海贫血中与多种临床和分子异常相关，铁过载、炎症反应和氧化应激是导致其发生的主要因素。这些因素相互作用，促进了疾病的进展。

4.3 铁稳态

铁平衡对维持身体生理平衡至关重要，EVs 可能参与铁代谢的调节。铁蛋白是细胞内的铁储存蛋白，可存在于 EVs 中，且铁水平可能影响 EV 的释放。在地中海贫血患者中，铁蛋白和 EVs 水平升高，铁蛋白负载的外泌体可能加重心脏疾病。

转铁蛋白可运输铁离子，其受体 TFR1 存在于 EVs 中。研究表明，EVs 可作为纳米载体递送载铁蛋白，且外泌体可运输乳铁蛋白和转铁蛋白，可能加剧地中海贫血患者的铁过载。

铁调素是铁代谢的关键调节因子，在 β 地中海贫血中，无效红细胞生成会抑制铁调素，导致铁过载。骨髓来源的外泌体可能通过调节铁调素的表达影响铁代谢，但具体机制尚不清楚。

4.4 无效红细胞生成

无效红细胞生成是 β 地中海贫血的关键病理特征，其机制尚未完全明确。热休克蛋白 70（HSP70）在正常红细胞生成中起重要作用，但在地中海贫血中，HSP70 与游离 α - 珠蛋白链结合，无法保护转录因子 GATA1，导致 GATA1 降解，红细胞成熟停滞和细胞死亡增加。

研究发现，β 地中海贫血患者血液中 HSP70 的 EVs 水平显著升高，且与无效红细胞生成的标记物相关。因此，检测 EVs - HSP70 浓度可能有助于预测无效红细胞生成的严重程度，并作为潜在的治疗靶点。

4.5 血栓形成

血栓形成是 β 地中海贫血的严重并发症，尤其是在脾切除术后的患者中。微囊泡通过展示组织因子和磷脂酰丝氨酸促进血液凝固，其浓度升高是血栓形成的重要危险因素。在地中海贫血患者中，红细胞和血小板来源的微囊泡水平升高，促进血小板聚集和血栓形成。

脾切除会加重地中海贫血患者的微囊泡水平、血小板激活和血栓形成风险。此外，内皮蛋白 C 受体（EPCR）标记的 EVs 减少会破坏止血平衡，导致高凝状态。研究还发现，HSP70 水平与无效红细胞生成和疾病严重程度相关，且血小板 - 单核细胞聚集可能是血小板激活的敏感标记，增加了血栓形成的风险。

5. 细胞外囊泡作为地中海贫血的生物标志物

对 β 地中海贫血患者血浆囊泡的蛋白质组分析发现，与氧化损伤相关的蛋白质如 HSP90 和过氧化物酶 6 等水平升高，同时特定蛋白质浓度的改变也表明其可作为炎症和溶血的生物标志物。研究还发现，地中海贫血患者红细胞 EVs 中的半色素可激活相关激酶，导致红细胞膜不稳定和 EVs 释放。

循环中高水平的 EVs 与 β 地中海贫血患者的严重临床并发症相关，如与缺氧诱导因子 α 水平相关，且某些内皮 EVs 和因子与心血管并发症有关。此外，EVs 在区分 β 地中海贫血亚型方面具有潜力，通过蛋白质组分析可识别出用于诊断和亚型分类的蛋白质标记物，但仍需进一步验证。

6. 细胞外囊泡在骨髓移植中的作用

异基因造血干细胞移植（HSCT）是治疗输血依赖型重型 β 地中海贫血的有效方法，但受供体可用性和患者健康状况限制。研究发现，HSCT 后地中海贫血患者循环中的 EVs 会发生变化，如某些微囊泡浓度下降，而另一些微囊泡浓度升高。这些变化与移植后的临床结局相关，表明 EVs 在骨髓移植中具有重要意义。

7. 局限性和展望

目前，对 EVs 在地中海贫血中作用机制的了解仍不完整，这限制了基于 EVs 的治疗方法和生物标志物的开发。同时，EVs 的分离和表征缺乏标准化协议，导致研究结果不一致，阻碍了其临床应用。

尽管 EVs 作为地中海贫血生物标志物的潜力巨大，但目前临床应用仍处于起步阶段，需要更多临床试验来验证其诊断价值。地中海贫血的异质性以及感染、氧化应激和脾切除等混杂因素也增加了研究的难度，需要进行纵向研究来明确 EVs 的作用。

未来，EVs 研究在地中海贫血领域具有广阔前景。EVs 可作为靶向药物递送的载体，用于治疗铁过载、炎症和内皮功能障碍等并发症。同时，EVs 有望成为非侵入性生物标志物，用于监测疾病进展和预测并发症。此外，研究输血对 EVs 释放和功能的影响，以及将 EVs 应用于基因治疗，可能为地中海贫血的治疗带来新突破。