呼吸系统疾病主要包括慢性阻塞性肺病（COPD）、哮喘、呼吸道感染、肺结核、间质性肺病、肺癌等，其中肺癌在全球的发病率和死亡率均居首位，而至今仍然在全球爆发蔓延的COVID-19导致了重大的人员死亡和经济负担。所以，深入研究呼吸系统疾病的发病机制将为疾病的有效防治提供策略。呼吸系统疾病的发生和发展通常取决于环境压力（吸入的污染物、病原菌感染）、免疫系统（多种免疫细胞和细胞因子）、遗传驱动因素之间的相互协调、相互作用以及多种类型的肺细胞之间的交流，同时外泌体在肺部微环境中发挥重要作用，并可以作为多种肺部疾病的标志物¹。那么外泌体在呼吸系统疾病中主要参与哪些方面呢？怎么样系统性研究外泌体在呼吸系统相关疾病发生机制中的功能呢？今天华盈视角通过3篇外泌体与呼吸系统疾病机制研究的案例，为粉丝们解读外泌体在呼吸系统疾病诊疗中的研究进展和研究思路。

| 案例一  气道上皮细胞外泌体促进树突状细胞介导的T细胞反应引发过敏性哮喘

本研究于2021年发表在J Allergy Clin Immunol杂志 (IF=10.793)²。研究者首先发现房尘螨（HDM）刺激后的小鼠气道上皮细胞（AEC，airway epithelial cell）分泌的外泌体（HDM-AECs-EXO）可以诱导肺部树突状细胞（DC，dendritic cell）积累导致正常小鼠过敏性哮喘，并且过继EXO诱导产生的DC就可以造成正常小鼠过敏性哮喘的发生（图1A、B）。

随后，通过蛋白质组学发现相较于对照组（PBS处理的小鼠AEC-EXO），实验组HDM-AECs-EXO（HDM诱导的哮喘小鼠的AEC-EXO）中含有更多的CNTN-1（contactin-1，一种细胞黏附分子）蛋白，并通过WB和免疫荧光验证了CNTN-1蛋白的高表达（图1C）。接着，通过对小鼠尾静脉注射NC-siRNA和CNTN-1-siRNA发现CNTN-1-siRNA可抑制DC成熟和DC亚群在肺中的积累，增加小鼠血清IgE和肺组织裂解液中细胞因子IL-4, IL-5, IL-13, IL-17A 水平，证明了CNTN1发挥过敏性气道的促炎作用（图1D）。

此外，有研究已经表明CNTN1可以作为Notch的功能性配体，作者通过免疫共沉淀发现了CNTN1可以与 Notch2结合（图1E），抑制Notch信号通路后，CNTN1在气道过敏中的作用减弱。最后，研究者通过ELISA发现CNTN1水平与气道炎症反应密切相关，无论是含有EXO的血清和不含EXO的血清中的CNTN1水平在哮喘患者中显著升高，且与气道炎症反应水平正相关（图1F）。

综上，本研究发现了哮喘发生的新机制：外界刺激可以促进气道上皮细胞分泌含有CNTN1的外泌体，外泌体CNTN1蛋白通过与DC细胞上Notch2受体结合，激活Notch信号通路从而活化DC细胞，加强DC细胞的抗原呈递能力，加剧肺部炎症（图1G）。 

 | 案例二  干扰素α/β增加外泌体的hACE2表达，阻断新冠病毒复制和感染 

本研究在2021年发表于Signal Transduct Target Ther杂志（IF:18.187）³。研究人员首先分析了人类不同细胞系中血管紧张素转化酶2（hACE2）的表达情况，发现hACE2不仅可以在细胞表面表达，还表达在细胞分泌的外泌体中（图2A）。

I型干扰素（IFN）对多种细胞类型的病毒具有广谱抗病毒活性，并充当适应性免疫应答的介质，研究人员发现IFNα/β处理增加外泌体中hACE2的表达，而敲低Hrs（ESCRT的亚基之一，控制着外泌体分泌）后，IFNα/β诱导的外泌体hACE2的表达上调受到抑制（图2B）。HEK293T细胞与病毒共培养过程加入ACE2-exo（转染hACE2质粒的HEK293T分泌的外泌体）后，病毒颗粒进入细胞的过程被阻断（图2C），与ACE2-exo共培养后SARS-CoV-2的复制也受到了抑制（图2D），且IFNα/β处理的外泌体相较于未经过IFNα/β处理的外泌体能显著抑制SARS-CoV-2的复制（图2E）。

ACE2-exo处理病毒感染的小鼠模型，ELISA检测发现小鼠血清中炎症因子（CCL2、CXCL1、IL-1β、IL-6、TNF-α）的分泌下调（图2F），且组织病理HE染色发现肺炎有所缓解（图2G）。这些发现揭示了干扰素α/β增加了外泌体hACE2的表达， 体外过表达hACE2的细胞分泌的外泌体或IFNα/β处理的细胞分泌的外泌体能竞争性阻断了病毒的进入，说明外泌体hACE2可作为潜在的抗病毒药物或靶点。

案例三  活化的多形核白细胞的外泌体导致慢性阻塞性肺病

该研究揭示活化的PMN细胞分泌的外泌体表明覆盖有酶活性的NE蛋白，这种外泌体表面的NE具有抵抗α1-抗胰蛋白酶的作用，活化的PMN细胞分泌的外泌体可以降解胶原蛋白，破坏细胞外基质，引起肺气肿（图3G）。

|  结论与总结

从这几个精彩的案例总结中我们可以看出，外泌体在呼吸系统疾病的发生发展上毫无疑问发挥重要的作用。外泌体在肺部微环境的作用，可以是上皮细胞来源的外泌体影响免疫细胞功能，影响外界病原菌的作用，也可以是免疫细胞来源的外泌体对上皮细胞的作用。那么怎样才能把外泌体的价值体现出来呢，把自己的研究发到高分期刊上呢？上述的研究案例给出了一定的启示。

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| 相关文献

[1] Nana-Sinkam S P, Acunzo M, Croce C M, et al. Extracellular Vesicle Biology in the Pathogenesis of Lung Disease. [J]. American Journal of Respiratory & Critical Care Medicine, 2017: rccm. 201612-2457PP.

[2] Md M Z, Yu Q, Md W T, et al. Epithelial exosomal contactin-1 promotes monocyte-derived dendritic cells-dominant T cell responses in asthma. [J]. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 2021, May 3: S0091-6749(21)00720-X.

[3] Junsong Zhang, Feng Huang, et al. The interferon-stimulated exosomal hACE2 potently inhibits SARS-CoV-2 replication through competitively blockingthe virus entry. [J]. Signal Transduct Target Ther. 2021 May 12;6(1):189.

[4] Genschmer K R, Russell D W, Lal C, et al. Activated PMN Exosomes: Pathogenic Entities Causing Matrix Destruction and Disease in the Lung. [J]. Cell, 2019, 176(1-2):113-126.e15.