细胞外囊泡：围术期医学、危重症医学和疼痛管理中细胞通信的新模式

   由于交感神经张力增加，心肌氧供需不匹配并处于血栓前状态，急性心肌缺血和心肌IR损伤在围术期和危重症患者中常见。近十年来，关于急性心肌缺血和IR损伤的机制和治疗的EV研究取得了令人兴奋的进展（表1）。 

对于急性心肌缺血，MSC EVs展现了无细胞疗法的前景。在心肌IR损伤模型中，再灌注前静脉注射MSC EVs可减少梗死面积。在心肌缺血模型中，与对照组相比，心肌内注射MSC EVs后，其收缩和舒张功能得到改善；还能增强IR后心肌活力，改善左室（LV）几何形状和收缩功能。在给予MSC EVs改善心功能过程中，可能涉及的细胞内过程包括三磷酸腺苷（ATP）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢化物（NADH）水平升高，氧化应激减轻，以及细胞应激反应信号减弱。研究认为，MSC EVs可提供大量的糖酵解酶和CD73，使缺血细胞避免ATP缺乏和凋亡启动，可能激活再灌注损伤救援激酶，增强了生存信号。MSC EVs也作用于凋亡和自噬相关蛋白，促进IR损伤后心肌功能恢复。对MSC EVs装载的miRNA进行分析后发现，以炎症相关基因网络为靶向的miRNA-181a减轻IR损伤后炎症反应、减小梗死面积，并改善心肌功能。

在小鼠IR模型中，心肌缺血时心肌内注射心肌祖细胞（CPCs）来源的EVs（以下简称CPC EVs）可减少53%的心肌细胞凋亡，EVs 的表面分子也可能带来获益。妊娠相关血浆蛋白A是CPC EVs的一种表面活性蛋白酶，能将蛋白裂解后释放胰岛素样生长因子-1，减少心肌凋亡。在体实验时，CPC EVs可减小疤痕，并改善心室功能。尽管非心脏来源，分化的神经干细胞（NSC）EVs降低了IR后梗死面积。但未分化的NSC EVs不影响梗死面积，表明并非所有干细胞都具有治疗特性。

血液中的EVs对心肌IR损伤也有保护作用。血浆EVs表面的热休克蛋白70（HSP70）与toll样受体4结合，激活下游通路，包括磷酸化ERK1和2，最终使HSP27磷酸化。缺血前静脉注射血浆中富集的EVs，梗死面积减小。该通路也参与了血清EVs介导的心肌凋亡减少。运动诱导的循环EVs增加，进一步增强了对IR损伤的保护作用。但2型糖尿病患者和动物的血清EVs不再激活该途径，无法在体外模拟的IR中保护心肌细胞。非糖尿病动物的血清EVs对糖尿病动物有保护作用。糖尿病和非糖尿病EVs的差异机制尚不清楚；高血糖和高脂血症时，HSP70的合成障碍可能是其因素之一。虽然HSP70被认为是心脏保护和IR损伤治疗的靶点，但如何将EVs送达缺血组织仍然是个问题。再灌注前单用内皮细胞来源的EVs可减少IR后心肌损伤和凋亡，所以血液EVs的部分保护作用应归功于内皮细胞EVs。

改良后的EVs治疗效果更好。受损心肌过表达基质细胞衍生因子1 （SDF-1α），可结合CXC趋化因子受体4（CXCR4）来招募祖细胞。从过表达CXCR4的CPC中提取EVs，将其静脉注射后，可见缺血损伤心肌的EV摄取与心功能显著改善。血小板膜修饰的MSC EVs可以更精确地靶向受损内皮；缺氧条件下产生的MSC EVs增加了以炎性小体为靶向的miRNAs量，可更好地抗心肌细胞凋亡。

除了开发新疗法，EV研究还可阐明缺血后组织损伤或修复的机制。一项研究表明，心肌缺血可改变心肌细胞，使之产生促血管生成EVs。心肌缺血患者的冠脉血清EVs可促进内皮细胞的增殖、迁移和血管形成。促血管生成可能是由于缺血EVs中miR-939-5p下调，从而改善诱导型一氧化氮合酶表达和内皮型一氧化氮生成。缺氧后心肌细胞中负责EV生成的蛋白质增加，而成纤维细胞和内皮细胞中不增加，提示EVs可能来源于心肌细胞。但心脏IR后释放的EVs也可能增加氧化应激和炎症因子；用GW4869阻断IR前小EV释放可改善心功能，降低IR后心肌梗死面积和心肌酶水平。刺激多形核白细胞（PMNs）上的钙敏感受体产生EVs，可改善IR后心功能，但抑制该受体产生的EVs没有保护作用。需要进一步的研究来阐明EVs的起源、特征、靶点以及在各种细胞和病理生理状态下的影响。

   EVs与ALI相关。正常情况下，BAL液中分离到的EVs大多来自肺泡巨噬细胞。炎症刺激可增加EVs，并改变上皮细胞来源的EVs比例。EV的载物在炎症刺激（酸处理）后也发生改变，BAL液中EVs的RNA含量增加（包括miRNAs），有助于巨噬细胞激活并招募到肺组织。高氧诱导的肺上皮源性EVs可以激活巨噬细胞，增加巨噬细胞和中性粒细胞对肺组织的浸润。上皮EVs也存在于血清和激活的全身巨噬细胞中。高氧诱导的肺部炎症主要由caspase-3引起，高氧后其水平显著升高，而EVs中caspase-3的缺失减少了中性粒细胞浸润和肺实质炎症。EVs在ALI中具有抗炎作用：可将炎症反应调节因子miR-223从PMNs转移到肺泡上皮细胞，改善呼吸机或感染诱导的损伤。这种转移通过抑制聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1减轻严重的肺部炎症。

循环EVs发挥重要作用。将脓毒症诱导的ALI模型中提取的血清EVs送达小鼠肺实质，增加了肺泡巨噬细胞的激活数量和总量，这可能由miR-155传递至巨噬细胞造成。静脉注射或气管内注射脓毒症模型的血浆EVs可诱导内皮损伤、细胞因子产生和肺部炎症，其表现为中性粒细胞浸润和透明膜形成。

EVs也参与输血相关ALI（TRALI）的炎症和内皮损伤。单采血小板浓缩物中血小板EVs促进肺内皮损伤，其数量和启动中性粒细胞呼吸爆发的能力随着储存时间的延长而增加。浓缩红细胞（pRBCs）的作用相似；一个出血和复苏模型显示，长时间存储增加EVs，诱导人中性粒细胞激活和超氧化物释放。这类EVs也可诱导出血小鼠肺中性粒细胞的聚集。TRALI的机制中描述了一种二次打击现象：危重症导致中性粒细胞聚集到肺内皮，而中性粒细胞被EVs激活导致内皮细胞破坏、毛细血管渗漏和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。目前需要研究来比较破坏性EVs和血液制品中其他因素的相对贡献。100nm滤膜过滤血液制品显著降低肺泡和内皮通透性，但PMN启动仅降低20%，对肺水肿无影响。目前尚不清楚这种差异是由血液制品中其他因素造成，还是由未被过滤的<100nm的EVs造成。仍需进一步研究来阐明从血液制品中去除EVs以降低患者TRALI风险，及其获益可能。

通过调节炎症反应，EVs也可以治疗肺损伤。人MSC EVs可改善肺泡间隔减少、肺动脉高压和纤维化，并在低氧诱导肺损伤模型中显示出改善肺功能的长期获益。EVs包被的mRNAs可引导肺巨噬细胞生成更为抗炎的M2样表型。MSC EVs中调节炎症、治疗ALI的载物还包括线粒体和miRNAs，可减轻氧化应激损伤或减少细胞凋亡。此外，EPC EVs通过转移miR-126改善内皮细胞功能，从而减轻ALI。

与其他冠状病毒的影响类似，由SARS-CoV-2引起的COVID-19可表现为免疫反应失调和细胞因子风暴，导致肺损伤，可能发展为严重急性呼吸窘迫综合征和多器官功能衰竭。MSCs治疗已被证明可以改善免疫失调，鉴于MSC EVs的免疫调节作用，MSC EVs在COVID-19中的治疗潜力相关研究正在进行中。已有一项研究将检验吸入雾化MSC EVs治疗COVID-19重症病例的效果。

   围术期疼痛管理由于麻醉方式的选择、患者的疼痛病史和亚急性或慢性疼痛的发展而变得复杂。个体通常表现出复杂的疼痛特征，无法简单归类。因此，对病理生理学的理解、开发新的生物标志物和新的治疗方式方面仍有很大的发展空间。EVs由于普遍存在且具有功能性，在疼痛管理方面具有巨大潜力，该领域研究正在不断增长（表4）。 

将EVs作为疼痛诊断或治疗分层的生物标志物的早期研究具有一定前景。复杂区域疼痛综合征（CRPS）患者的循环EV miRNA发生改变。血浆置换可以与其他方法相结合来治疗CRPS中病因复杂且难以控制的疼痛。血浆置换前后，有反应者和无反应者血浆EVs中的9个miRNA有显著差异。未来研究将通过更大的队列和下一代测序来研究更多数量的miRNA，或能识别出一种能够准确预测治疗反应的EV miRNA反应板。为了预测创伤后CRPS的发展，Dietz等发现有骨折史且无CRPS的患者血浆EV miR-223-5p水平高于有骨折史且有1型CRPS的患者。MiR-223-5p在CRPS中具有潜在意义，它参与免疫屏障破坏和紧密连接蛋白表达减少，而免疫屏障破坏是与血-神经或血-脊髓屏障漏相关的神经病变标志。但细胞屏障破坏的具体机制仍待探索。其他关于EV载物的研究表明，慢性疼痛综合征的病理生理学中存在未知的机制。Moen等研究表明，EVs中miRNA的释放在髓核细胞中上调，而在椎间盘突出后的急性期，参与免疫调节的细胞外miR-223较高，与较低的慢性腰椎神经根性疼痛风险相关。

EVs对疼痛疾病状态有治疗作用。研究人员最近开始探索EV载物在疼痛治疗中的抗炎作用。在颞下颌关节炎动物模型关节内注射MSC EVs，可减轻疼痛和炎症，促进关节再生和修复。静脉给予MSC EVs也能改善腰背痛，减轻软骨退变，并在腰椎小关节炎模型中实现软骨下骨重塑。炎症疼痛模型中，在炎症部位注射巨噬细胞源性EVs能够减弱热痛觉超敏，但不能减弱机械性痛觉超敏。但细胞内注射巨噬细胞（LPS刺激）源性EVs的情况正好相反。LPS刺激的EVs具有更高水平的miRNA，抑制促炎细胞因子的转录和翻译。预防性给予巨噬细胞EVs可减少温度和机械性痛觉过敏，或可期待针对慢性疼痛的类似疫苗的疗法。给药途径和时间的改变以及原始细胞的状态对EVs效果有重要影响。因此需要进一步研究EVs来了解并利用其治疗潜力。