Внеклеточные везикулы.
Когда золотник дорог.
Часть 2: роль
в профилактике старения

Роль ВВ и их содержимого как потенциальных участников онкогенеза, метастазирования и резистентности к химиотерапии активно исследуется в области биологии рака.

Так, при раке яичников происходит взаимодействие между стромальной тканью и раковыми клетками, которые опосредованы ВВ, переносящими микроРНК, что может усиливать устойчивость к химиотерапии. ВВ также могут быть вовлечены в метастазирование, или укрывая молекулы, которые участвуют в эпителиально-мезенхимальном переходе, или подготавливая ткани-мишени для метастазирования.

Кроме того, исследования экзосом, происходящих из рака молочной железы, показывают, что они содержат необходимые для микроРНК-опосредованного глушения генов белки и могут трансформировать не злокачественные клетки.

Кроме того, ВВ и их груз изучены как часть диагностической или прогностической стратегии для различных видов рака: гепатобилиарной системы, молочной железы, легких, желудочно-кишечного тракта, кожи (меланома), предстательной железы и носоглотки. Усилия ученых были сосредоточены на обнаружении биомаркеров во ВВ в нескольких биологических жидкостях, относящихся к каждому раку: белки в циркулирующей крови для колоректального рака, микроРНК мочи для рака простаты, белки для рака мочевого пузыря и профили микроРНК в спинномозговой жидкости для рака мозга (J.E.Freedman, 2018).

В свете этой информации ВВ исследуют как часть нового способа лечения рака. Конкретные усилия включают использование ВВ для опосредования противоопухолевого иммунитета и для использования в качестве векторов для доставки малых молекул (рис.1).

Как известно, количество ВВ увеличивается в ответ на острое и хроническое воспаление, связанное с такими распространенными заболеваниями, как: инсульт, инфаркт миокарда, сепсис, преэклампсия, атеросклероз, сахарный диабет и метаболический синдром. Хотя ВВ продуцируются многими типами клеток в ответ на воспаление, считается, что эндотелиальные клетки сосудов — одни из основных типов клеток, выделяющих ВВ в кровоток. Количество эндотелиальных EV, циркулирующих в кровотоке, коррелирует с тяжестью заболевания.

Действие ВВ при сердечно-сосудистых и метаболических заболеваниях указывает на существование перекрестных связей между различными типами клеток в сердце, которые опосредованы именно ВВ.

Так, ангиотензин II вызывает высвобождение ВВ из фибробластов сердца, которые могут усиливать гипертрофию сердца посредством изменения экспрессии генов в кардиомиоцитах. Кроме этого, микроРНК 155, которая переносится ВВ из макрофагов, снижает пролиферацию фибробластов и увеличивает воспаление.

По мнению исследователей, межклеточное везикулярное взаимодействие разных типов клеток может влиять на структуру сердца. Как показали исследования, циркулирующие ВВ, полученные от пациентов с дилатационной кардиомиопатией, могут переносить патологический молекулярный фенотип в кардиомиоциты в культуре, способствуя развитию патологии (Stauffer B.L., 2017).

Количество циркулирующих ВВ увеличивается при определенных формах сердечно-сосудистых заболеваний, например, при сердечной недостаточности. Также известно, что количество циркулирующих ВВ связано с факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний и с долгосрочным прогнозом сердечной деятельности.

Подобно сердечно-сосудистым заболеваниям, метаболические заболевания (например, ожирение) также характеризуются повышенным количеством циркулирующих ВВ. Исследования на мышиной модели показали, что ВВ из жировой ткани могут модулировать экспрессию печеночных генов способом, который зависит от некодирующих РНК.

Это предполагает потенциальную патогенную роль ВВ, действующих на «больших» расстояниях между органами при метаболических заболеваниях.

Предполагается, что ВВ могут опосредовать важные связи между диабетом, ожирением и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Так, сдвиги в грузе микроРНК во ВВ у пациентов с диабетом (например, уменьшение количества микроРНК 126 и 26a в ВВ из эндотелиальных клеток) могут быть связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями, которые потенциально связывают эти две патологии (Jansen F., 2016).

Активно изучают потенциальную роль ВВ в нейродегенерации, черепно-мозговых травмах и при инсульте. В моделях черепно-мозговой травмы повышенное количество микроРНК 124 во внеклеточных везикулах из микроглии было связано с уменьшением воспаления и улучшенным восстановлением после повреждения. При инсульте микроРНК 133b из ВВ стромальных клеток может способствовать улучшению состояния больного. Перенос фенотипов между больными и здоровыми тканями посредством ВВ, как это происходит у пациентов с раком и сердечно-сосудистыми заболеваниями, также характерен для нейродегенеративных патологий.

Исследования показали немаловажную роль груза, переносимого ВВ, при различных формах нейродегенерации. Так, фосфорилированный тау-белок, который связан с ВВ в спинномозговой жидкости, обнаруживается уже на ранних стадиях болезни Альцгеймера (БА). Секреция таких ВВ, содержащих тау-белок, может быть важна при развитии БА. Ряд характерных белков в ВВ может указывать на высокий риск БА за несколько лет до постановки клинического диагноза (Fiandaca M.S., 2015).

РНК-секвенирование и анализ полимеразной цепной реакции ВВ из сыворотки позволили обнаружить 16 микроРНК, регуляция которых изменяется при БА. Кроме того, специфическое содержание микроРНК в ВВ из спинномозговой жидкости может отличаться при различных нейрокогнитивных заболеваниях (например, при болезни Паркинсона и Альцгеймера), что может пригодится в диагностике.

Вирусы могут использовать клеточные механизмы ВВ для различных целей, включая повышение инфекционности и уход от иммунной системы. Так, ВВ, полученные из инфицированных гепатитом С in vitro клеток гепатомы, содержат генетическую информацию и белки, которые способствуют инфекции при отсутствии активного взаимодействия между вирусами и клетками-мишенями. Также, внеклеточная ВВ-опосредованная инфекция может ускорить опосредованный антителами иммунный клиренс.

Инфекционный потенциал ВВ распространяется на прионную болезнь. При этом ВВ, несущие прионный белок, который был превращен в его патогенный нерастворимый конформер (PrPSc), способствуют распространению заболевания (Fevrier B., 2004).

Также ВВ и их действие связаны с вирусом иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1): при антиретровирусной терапии у больных с ВИЧ-1 наблюдается снижение количества микроРНК 155 (провоспалительной некодирующей РНК) и микроРНК 223 во ВВ.

Для терапевтического воздействия могут использоваться:

Немодифицированные «природные» ВВ — используются как активное соединение.

Такие ВВ являются подчас более безопасной альтернативой клеточной терапии. Терапевтические эффекты стволовых клеток много в чем обусловлены именно их паракринными воздействиями.Используя немодифицированные ВВ, мы преобразуем природные биологические сигналы в терапевтические. Основное применение — регенеративная медицина и модуляция иммунного ответа.

Модифицированные ВВ — используются как агент доставки. Мы загружаем в ВВ груз, терапевтический агент, для нее нехарактерный, часто синтетический.

Таргетная доставка терапевтических агентов, искусственно помещенных в везикулы, может существенно повысить эффективность лечения и снизить побочные эффекты.

«Засовывают» лекарство в везикулы различными способами: инкубация с лекарством, соникация, электропорация, экструзия, химическая конъюгация. Для получения ВВ могут быть использованы различные типы клеток.

Пока наиболее изучены с целью терапевтического воздействия ВВ, полученные от МСК, дендритных клеток, макрофагов, ретикулоцитов, эритроцитов.

Было выдвинуто предположение, что гипоталамус контролирует процессы старения частично за счет ВВ, выделяемых его стволовыми клетками. В опыте на линии прогерийных мышей были попытки колоть ВВ из стволовых клеток гипоталамуса в третий желудочек гипоталамуса, что приостанавливало развитие признаков старения (Zhang, 2017).

ВВ, выделенные из плазмы молодых мышей и вводимые старым мышам, продлевали медианную продолжительность жизни последних на 10-15%.

Более того, авторы отмечают, что мыши, получавшие терапию, были более здоровы и активны. Авторы связывали этот положительный эффект с высокой концентрацией никотинамидфосфорибозилтрансферазы (eNAMPT), т.е., по сути, с метаболизмом NAD+ (Yoshida M., 2019).

Другие исследователи связывают влияние «молодых» ВВ с уровнем воспаления и омоложением Т-клеточного иммунитета. Они изучали ВВ плазмы молодых мышей на естественным образом состаренных мышах и обнаружили, что у них замедляется инволюция тимуса (Wang, 2018).

При старении кожи происходит не только ее истончение и формирование морщин, но также снижаются ее барьерные функции, уровень гидратации, нарастают воспалительные процессы, снижается способность к заживлению ран.

Было показано, что различные популяции ВВ, полученных от стволовых клеток, могут контролировать воспаление, стимулировать миграцию и пролиферацию клеток,

способствовать заживлению ран, усиливать ангиогенез и даже влиять на внешние признаки старения кожи (Fonseca Ferreira, 2018).

Так, воздействие на «старые» фибробласты везикулами, полученными от iPSC или МСК пуповинной крови приводило к усилению в них экспрессии коллагена и эластина с одновременным снижением экспрессии матриксных металлопротеиназ (ММР).

Мы много обсуждаем ВВ, полученные из тех или иных клеток нашего организма различными хитрыми и сложными способами. А ведь мы каждый день едим везикулы. С молоком и овощами в организм поступает значительное их количество. Они тоже привлекают внимание ученых для терапевтического применения, потому что:
1) нетоксичны,
2) их можно получать в достаточно крупных масштабах.

Везикулы были выделены из винограда, грейпфрута, имбиря, брокколи. Многие из них сами по себе обладали выраженным противовоспалительным действием на ЖКТ. Возможность загрузить в такие «съедобные» везикулы вещества природного или синтетического происхождения кажется достаточно заманчивой.

По крайней мере метатрексат в ВВ из грейпфрута оказывал более сильный терапевтический эффект на мышей с острым колитом, чем сам по себе (Zhang H.G., 2014). Загружали в ВВ грейпфрута и более сложные вещи, в частности, предшественник микроРНК miR-17 для редукции роста опухоли мозга у мышей (Zhang H.G., 2016).