به خوبی ثابت شده است که بیماران مبتلا به بیماریهای متابولیکی، به ویژه دیابت مقاوم به انسولین و دیابت ملیتوس نوع 2 (T2DM) بیش تر از دو برابر احتمال ایجاد بیماری قلبی عروقی تسریع یافته (CVD) مانند آترواسکلروز، سکته و بیماری عروق کرونر است (reviewed in Rask-Madsen & King (2013)). بیماری عروق کرونر علت اصلی مرگ در بیماران T2DM است و خطر مرگ و میر در زمان در مقایسه با مردان بسیار بیشتر است (Peters et al. 2014).
بیماری شدید عروق کرونر میتواند نتیجهای از انفارکتوس قلبی و کاهش شدید عملکرد قلب شده و منجر به ایجاد نارسایی قلبی خواهد شد (Hausenloy & Yellon 2013). خوشهای از فاکتورهای خطر اخیرا بوسیلهی انجمن دیابت آمریکا و کالج آمریکایی بنیاد قلب و عروق به عنوان شاخصهای قابل اعتماد خطر ابتلا به T2DM و CVD تحت عنوان خطر متابولیسمی قلبی عروقی تعریف شدهاند (CMR; Brunzell et al. 2008). این خطرات عبارتند از چاقی، قند خون بالا، فشارخون بالا، مقاومت به انسولین و دیسپیدمی. حضور CVD ثانویه در بیماران مبتلا به ایسکمی-پرفیوژن مجدد (IR) یا T2DM میتواند با عنوان بیماریهای متابولیسمی– قلبی عروقی (CMD) مورد بررسی قرار گیرد. با توجه به شیوع روزافزون و عواقب شدید CMD، رویکردهای جدیدی برای تشخیص و درمان CMD لازم هستند. وزیکولهای خارج سلولی (EVs) وزیکولهایی کوچک (50 نانومتر تا 2 میلیمتر) هستند که از سطح انواع مختلفی از سلولها به مایعات بدنی مانند پلاسما، شیر، بزاق، عرق، اشک، منی و ادرار ترشح میشوند. کلاسهای مختلفی از وزیکولهای خارج سلولی وجود دارند که عبارتند از اگزوزومها، میکرووزیکولهای (MVs) و اجسام آپوپتوزی که توسط مکانیسمهای مختلفی ساخته میشوند. اگزوزومها احتمالا بیشترین توجهات را به خود جلب کردهاند، اینها جمعیتی همگن از وزیکولهای خارج سلولی هستند که در زمان اتصال اجسام چند وزیکولی (MVB؛ گاهی با نام اندوزومهای چند وزیکولی یا MVE نیز نامیده میشوند) به غشاء پلاسمایی در فرایندهای شدیدا حفاظت شده منتشر شده و محتویاتشان را رها میکنند. سلولها میتوانند جمعیت ناهمگنتری از وزیکولهای خارج سلولی با قطر بیش از 2 میلیمتر و با نام میکرووزیکولها را تولید کنند که با جوانهزنی و بیرون ریزی غشاء پلاسمایی تشکیل میشوند، این فرایند شامل مسیرهای پیامرسانی وابسته به کلسیم و فعالیت آنزیمی است. سلولهایی که متحمل آپوپتوز میشوند نیز معمولا وزیکولهای خارج سلولی با قطر 5-1 میلیمتر رها میکنند که به آنها اجسام آپوپتوزی میگویند (Dignat-George & Boulanger 2011, van der Pol et al. 2012, Colombo et al. 2014) (تصویر 1).
در برخی مقالات، میکرووزیکولهای جدا شده بوسیلهی سانتریفوژ با عنوان میکرو ذرات شناخته میشوند، مخصوصا آنهایی که از پلاکتها یا سلولهای اندوتلیال منتشر شدهاند. در این مقاله برای وضوح بیشتر وزیکولهای خارج سلولی را بر اساس مکانیسم تولید سلولی و محدودهی سایزشان در دستههای میکرووزیکولها و اگزوزومها قرار میدهیم (Thery et al. 2009)، این رویکرد توسط محققین دیگر نیز مورد استفاده قرار گرفته است، البته این نکته را در نظر بگیرید که روشهای جداسازی قادر به جداسازی یک جمعیت خالص از وزیکولها نیستند. لازم به ذکر است که محدودهی اندازهی وزیکولهای خارج سلولی میتواند همپوشانی داشته باشد و به صورت ویژه، سایز میکرووزیکولها میتواند همپوشانی بالایی با اگزوزومها داشته باشد. در جایی که ترکیبی از اگزوزومها و میکرووزیکولها وجود داشته باشد (مانند زمانی که وزیکولهای پلاسما با سرعت g 100000 سانتریفوژ میشوند)، ما آنها را وزیکول خارج سلولی خواهیم نامید. این وزیکولهای خارج سلولی گاهی اوقات با عنوان وزیکولهای شبه اگزوزومی نیز شناخته میشوند.
یکی از شاخصهای تمام وزیکولهای خارج سلولی حضور فسفاتیدیل سرین (PS) بر روی سطح بیرونی بدلیل فقدان عدم تقارن غشاء در طول ترکیدن (اجسام آپوپتوزی) یا جوانه زنی (میکرووزیکولها) و پیچش به سمت داخل غشاء در طول تشکیل وزیکول در MVBها (اگزوزومها) است. این نکته را میتوان با اتصال انکسین V نشاندار دریافت، معرفی که غالبا برای آنالیز فلوسیتومتری سلولهای آپوپتوزی مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، اخیرا گروههای متعددی توانستهاند میکرووزیکولهای فاقد PS بر روی سطح بیرونی غشاء را شناسایی کنند، این یافته نشان میدهد که فسفاتیدیل سرین برای تشکیل میکرووزیکولها ضروری نیست (Larson et al. 2012, Hou et al. 2014).
اگزوزومها و میکرووزیکولها هر دو حاوی محمولههایی هستند که آنها را به سلولهای دورتر منتقل خواهند کرد. این محموله میتواند شامل مواد ژنتیکی مانند mRNA، میکرو RNA (miRNA)، یا حتی مقادیر کمی DNA و پروتئینهایی مانند فاکتورهای رونویسی، سیتوکینها و فاکتورهای رشد باشد. به طرز مهمی میکرووزیکولها گیرندههای سلولی و پروتئینهای داخل غشائی را بر روی سطحشان حمل میکنند که مشابه با سلولی است که از آن منشاء گرفتهاند. این ویژگی به شناسایی آنها کمک میکند، اما همچنین بدان معنی است که میتوانند با سلولهای هدف خاصی برهمکنش کرده و آبشار پیامرسانی را از طریق برهمکنش با گیرنده فعال کنند (تداخل پیام رسانی مشابه با برهمکنشهای سلول به سلول) و همچنین اختصاصیت تحویل محموله را افزایش خواهند داد. از سوی دیگر، اگزوزومها با شاخصهایی مانند Alix، HSP70 و تترااسپانین CD9 و CD63 آراسته شدهاند که میتوانند با اتصال به اینتگرین بتا-2 و ارتباط داخل سلولی مرتبط باشند. هرچند این مولکولها معمولا به عنوان شاخصهای اگزوزومی مورد استفاده قرار میگیرند، اما مختص اگزوزومها نیستند و مشخص شده که در وزیکولهای خارج سلولی دیگر نیز وجود دارند. علاوه بر این، تمام وزیکولهای خارج سلولی CD63 را بیان نمیکنند و زیر جمعیتهایی از اگزوزومها میتوانند شاخصهای متفاوتی را بیان کنند (Thery et al. 2009). لازم به ذکر است که اگزوزومها لزوما پروتئینهای شاخص مشابه با سلولهای والدینی را بیان نمیکنند. به عنوان مثال، ما دریافتهایم که شاخص اندوتلیال معمول CD144 بر روی اگزوزومهای منتشر شده از سلولهای اندوتلیال سیاهرگ ناف انسان (HUVECs) وجود ندارند (تصویر 2). تحقیقات اخیر توانستهاند بیان شاخص سطحی اگزوزومها و وزیکولهای خارج سلولی پلاسما را با استفاده از پروفایلگیری گستردهی آنتیبادی تعریف کنند و این نتایج نشان دادهاند که اگزوزومها میتوانند شاخصهای غشائی سطحی مانند CD146، CD4، CD3 و CD45 را بیان کنند (Jorgensen et al. 2015). شواهدی وجود دارد که نشان میدهند محتویات پروتئینی و RNA اگزوزومها به سلول منشاء بستگی دارند (de Jong et al. 2012).
مکانیسم مسئول تشکیل اگزوزومها و بستهبندی انتخابی پروتئینها، لیپیدها و RNA کاملا شناخته نشده، اما به تدریج در حال مشخص شدن است. به نظر نمیرسد که مسیر کمپلکس مرتبساز اندوزومی مورد نیاز برای انتقال برای تولید زیستی اگزوزومها مورد نیاز باشد، اما برخی از اجزاء این مسیر بویژه Alix در تشکیل آنها نقش دارند (Trajkovic et al. 2008, Baietti et al. 2012, Raposo & Stoorvogel 2013). مولکولهای دیگر مانند تتراسپانینها و سرامید که در اگزوزومها به میزان زیاد یافت میشوند نیز در تولید اگزوزومها نقش دارند. بعنوان مثال، مهارکنندههای اسفنگومیلیناز خنثی (یک آنزیم درگیر در تولید سرامید) سبب مهار تشکیل اگزوزومها خواهند شد (Trajkovic et al. 2008). مکانیسم انتشار اگزوزومها نیز به خوبی شناخته نشده است. اعضای خاص خانوادهی Rab GTPase برای انتشار مناسب اگزوزومها لازم هستند، هر چند که اعضای درگیر به نوع سلول و طرح آزمایش بستگی دارند و ممکن است زیرگونههای مختلف اگزوزومهای مرتبط با مرحلهی تشکیل اندوزوم/MVB (اولیه یا ثانویه) را منعکس کنند (Colombo et al. 2014).