撰文／內科部心臟血管科 張勝南醫師
外泌體是細胞釋放的小囊泡，裡面含有許多重要的訊息，像是微小核醣核酸。我們的研究發現，外泌體中特定的微小核醣核酸變化，和冠狀動脈的阻塞有關，有機會藉此早期發現心血管疾病，提供更準確的診斷與個人化的治療。
外泌體（Exosomes）是細胞主動分泌的小型膜狀囊泡，直徑約為30~150奈米，長期以來被視為細胞間訊息傳遞的重要媒介。[1] 外泌體能夠攜帶多種分子，包括訊息RNA（messenger RNA, mRNA）、微小RNA（ microRNA, miRNA）、非編碼RNA（non-coding RNA）、轉錄因子及各類蛋白質，並將這些分子輸送至其他細胞中，進而調控細胞行為。[2] 在真核生物中，細胞會依據所處的環境刺激而釋放外泌體至細胞外空間，進一步參與細胞間的通訊機制。[3]
近年研究發現，慢性發炎與動脈粥狀硬化之間有高度相關性；其中，蛋白質分解、鈣化作用與新生血管生成等發炎反應，可能促進動脈粥狀硬化斑塊的形成，進而導致臨床上的冠狀動脈疾病（Coronary Artery Disease, CAD）。[4] 為了因應發炎反應，心肌細胞可能會調控外泌體的分泌或者使用量，直接影響細胞間訊息的傳遞與功能的改變。[5] 在外泌體眾多的內含物中，miRNA 是備受關注的遺傳分子之一，由於其在外泌體中的穩定性高，即使經過反覆冷凍、解凍也能保持完整，且有外泌體包裹的miRNA 較傳統血漿miRNA 更能抵抗核酸酶分解，具有更高的診斷潛力，因此被視為有望應用於疾病早期診斷與風險評估的新穎生物標誌物。[6]
外泌體萃取與miRNA 分析的技術選擇
鑑於目前對「外泌體miRNA 在心血管疾病中所扮演的角色」認識仍屬有限，我們選定外泌體內含的miRNA 作為主要的研究標的，並聚焦於「發炎反應與心血管疾病」之間的關聯，展開一系列的研究。研究初期，我們比較了不同的外泌體萃取方式，以決定最適用於後續實驗的方法。我們針對「超高速離心法」與「沉澱法」兩種常見的技術進行比較，並以流式細胞儀與西方墨點法進行驗證。結果顯示沉澱法不僅操作簡便、成本較低，且更能有效率萃取較大量的外泌體，於是我們決定在後續的實驗中皆採用沉澱法做為主要的外泌體萃取方式（表1-2、圖1）。
外泌體數量與冠狀動脈疾病嚴重度的關聯性
在探討外泌體與冠狀動脈疾病的關聯性方面，我們分析了一群接受心導管攝影檢查的受試者。結果顯示，與罹患3 條主要冠狀動脈均有重度狹窄的患者相比，冠狀動脈未見異常的受試者其外泌體數量明顯較高。此外，我們也觀察到外泌體數量會隨著年齡上升而下降。為進一步探討重度CAD 與冠狀動脈正常者之間的差異，我們採用次世代定序技術（Next-Generation Sequencing, NGS）， 分析兩者外泌體中miRNA 的表現情形。在所檢測的454 種miRNAs 中， 我們鑑定出8 種與CAD 相關，且具有顯著表現差異的miRNAs。在這8 種與CAD 相關的miRNAs 裡，我們發現miRNA-382-3p、miRNA-432-5p、miRNA-200a-3p、miRNA-3613-3p 在CAD 組中顯著升高，而miRNA-125a-5p、miRNA-185-5p、miRNA-151a-3p、miRNA-328-3p 則顯著下降（表3）。[7] 這個研究亦為目前探討CAD 外泌體的最大實證研究，總共納入了625 位在臺大醫院雲林分院接受心導管檢查的受試者，且所有的血液樣本皆取自最接近病灶處，優於傳統周邊血液的取樣準確度。[7]
結合影像學與外泌體分析，探索心肌灌流異常
在取得初步成果後，我們進一步收集另一批接受心導管檢查的患者，並比較其術前核醫心肌灌流影像（Myocardial Perfusion Imaging, MPI）與其外泌體分析結果，以評估外泌體濃度與心肌灌流異常及CAD 的關聯。在分析115 位受試者後發現，在心肌灌流異常（Summed Stress Score, SSS≥4）者中，外泌體的數量有明顯的下降，其中miRNA-432-5p 與miRNA-382-3p 在嚴重灌流異常（SSS>13）者中有明顯升高的情況，且miRNA-432-5p 在輕度異常（4≤SSS<13） 者中亦有顯著上升的情形（圖2）。[8] 這顯示CAD 的病態生理過程除了可由影像學呈現外，亦可透過外泌體的濃度與miRNA 的表現來反映其動態變化。[8] 這是首次結合影像學與外泌體的跨領域臨床與基礎研究，若能擴大樣本與深入探討其機轉，將有助發展個人化的影像診斷與CAD 的精準醫療。
大規模驗證miRNA 生物標誌物的潛力
另外值得注意的是，雖然初期我們鑑定出8 種與CAD 相關的miRNAs， 但僅有miRNA-432-5p與miRNA-382-3p 與心肌灌流異常有顯著的關聯，其他如miRNA-200a-3p 在此研究中並無顯著差異，顯示初步NGS 的發現仍需進一步驗證。因此，我們著手進行大規模的驗證研究，納入另外875 位接受心導管檢查之患者，並針對診斷明確之CAD 與無 CAD 的受試者進行分析，並且採用定量即時聚合酶連鎖反應（QuantitativePolymerase Chain Reaction, qPCR） 驗證上述8 種與CAD 相關的miRNAs。結果顯示，miRNA-382-3p 在CAD 患者中顯著升高，且在三輪的qPCR 測試中皆呈現穩定的表現，並且透過敏感度分析證實其與疾病嚴重度的相關性（ 表4）。[9] 而miRNA-328-3p 與miRNA-432-5p雖整體檢出率較低，但仍呈現與 CAD 之相關性的表現差異，顯示其潛在的生物標誌角色。[9] 至於miRNA-200a-3p 在本次qPCR 驗證中則未見顯著差異，可能反映 NGS 初步結果中之假陽性信號。
這個研究進一步突顯NGS與qPCR技術的互補性：NGS 適用於初步篩選，qPCR 則更適合精確驗證。綜合這一系列的研究結果顯示，miRNA-382-3p 最具有潛力做為CAD 的診斷指標與治療標的物。[9] 我們將持續深入探討這些 miRNAs 在調控發炎反應、血管功能、細胞凋亡與脂質代謝等生物機制中所扮演的角色，以進一步釐清其參與動脈粥狀硬化形成的病理機轉。透過這一系列的研究，我們期盼為未來冠狀動脈疾病的診斷、風險預測、RNA 疫苗開發與個人化治療奠定嶄新的基礎，並促使外泌體成為推動冠狀動脈疾病精準醫療的重要關鍵工具。
- 參考資料：
- 1. Chen GH, Xu J and Yang YJ. Exosomes: promising sacks for treating ischemic heart disease? Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2017;313:H508-H523.
- 2. Terrasini N and Lionetti V. Exosomes in Critical Illness. Crit Care Med. 2017;45:1054-1060.
- 3. Perrotta I and Aquila S. Exosomes in human atherosclerosis: An ultrastructural analysis study. Ultrastruct Pathol. 2016;40:101-6.
- 4. Barderas MG, Vivanco F and Alvarez-Llamas G. Vascular proteomics. Methods Mol Biol. 2013;1000:1-20.
- 5. Ohayon L, Zhang X and Dutta P. The role of extracellular vesicles in regulating local and systemic inflammation in cardiovascular disease. Pharmacol Res. 2021;170:105692.
- 6. Glinge C, Clauss S, Boddum K, Jabbari R, Jabbari J, Risgaard B, Tomsits P, Hildebrand B, Kääb S, Wakili R, Jespersen T and Tfelt-Hansen J. Stability of Circulating Blood-Based MicroRNAs – Pre-Analytic Methodological Considerations. PLoS One. 2017;12:e0167969.
- 7. Chang SN, Chen JJ, Wu JH, Chung YT, Chen JW, Chiu CH, Liu CJ, Liu MT, Chang YC, Li C, Lin JW, Hwang JJ and Lien WP. Association between Exosomal miRNAs and Coronary Artery Disease by Next-Generation Sequencing. Cells. 2021;11.
- 8. Liu CJ, Chen JJ, Wu JH, Chung YT, Chen JW, Liu MT, Chiu CH, Chang YC, Chang SN, Lin JW and Hwang JJ. Association of exosomes in patients with compromised myocardial perfusion on functional imaging. J Formos Med Assoc. 2024;123:968-974.
- 9. Chang SN, Chen JJ, Liu MT, Chung YT, Lin SH, Liu CJ, Li C and Lin JW. Validation of novel exosomal miRNAs identified by next-generation sequencing in coronary artery disease. J Formos Med Assoc. 2025.
張勝男醫師
- 現職︱
- 臺大醫院雲林分院內科部主治醫師
- 臺灣大學醫學院內科臨床副教授
- 學歷︱
- 國立臺灣大學臨床醫學研究所博士
- 國立臺灣大學臨床醫學研究所碩士
- 國立成功大學醫學系學士
- 經歷︱
- 臺大醫院心臟內科研究員
- 臺大醫院內科部總醫師
- 臺大醫院內科部住院醫師
- 專長︱心臟衰竭、心臟醫學與心血管疾病、重症加護醫學、內科醫學、高血壓、高血脂、糖尿病、老人醫學、戒菸服務