當(dāng)2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給耶魯大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系主任、生物醫(yī)學(xué)教授詹姆斯·羅斯曼時(shí)，沒(méi)人預(yù)測(cè)到他的發(fā)現(xiàn)“細(xì)胞的囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制”會(huì)給未來(lái)10年的醫(yī)學(xué)界帶來(lái)如此多的驚喜。

詹姆斯·羅斯曼說(shuō)：“我們正處在細(xì)胞生物學(xué)的黃金時(shí)代——我們的身體正在變成了藥品的生產(chǎn)工廠，活細(xì)胞和外泌體正在成為治療腫瘤等慢性疾病的主導(dǎo)藥物。”

詹姆斯·羅斯曼獲得了2013年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

外泌體介紹

外泌體（Exosome）是一種直徑為30-200nm的納米級(jí)脂質(zhì)包裹體結(jié)構(gòu)。

大多數(shù)細(xì)胞類型都分泌外泌體，包括免疫細(xì)胞(B細(xì)胞、T細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞)、神經(jīng)元細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)等等。幾乎在健康和疾病狀態(tài)下的所有體液中都檢測(cè)到外泌體，包括諸如尿液、血液、血清、母乳、羊水、腦脊液、惡性腹水、唾液、膽汁和淋巴等等。（圖1、2）

圖1? 典型的外泌體

人體內(nèi)局部和遠(yuǎn)處細(xì)胞之間的強(qiáng)大通訊系統(tǒng)，具有多效性功能

圖2 外泌體和干細(xì)胞的來(lái)源

幾乎在所有體液中都檢測(cè)到了外泌體，包括羊水、尿液、腦脊液、血液、血清、母乳、惡性腹水、唾液、膽汁等

外泌體是在1983年由Pan和Johnstone在研究綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟為紅細(xì)胞的機(jī)制時(shí)首次發(fā)現(xiàn)的。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種囊泡(他們后來(lái)將其命名為：“外泌體”)，最初外泌體被認(rèn)為是細(xì)胞碎片垃圾，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)確定，外泌體由供體細(xì)胞釋放到細(xì)胞外環(huán)境中，以執(zhí)行多種生物學(xué)功能，包括細(xì)胞內(nèi)通訊，母細(xì)胞和周?chē)?xì)胞之間的遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)交換的重要媒介(圖1)。

外泌體的結(jié)構(gòu)和組成取決于幾個(gè)因素，包括供體細(xì)胞、微環(huán)境和生理?xiàng)l件，它通過(guò)細(xì)胞胞吐過(guò)程由內(nèi)體小泡形成(圖3)。

所有外泌體都由供體細(xì)胞的典型特征組成，并且攜帶包括蛋白質(zhì)(四分蛋白、膜聯(lián)蛋白、熱休克蛋白等)、脂質(zhì)(鞘糖脂、鞘磷脂、膽固醇)、遺傳物質(zhì)(DNA、tRNA、mRNA、miRNA、小的和長(zhǎng)的非編碼RNA(分別為sncRNA和lncRNA))和小分子代謝物(氨基酸、ATP、酰胺、糖等)

圖3 外泌體的生物發(fā)生、分泌和攝取

細(xì)胞外環(huán)境由各種成分組成，包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、小分子和許多代謝物，它們通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞

越來(lái)越多的研究現(xiàn)實(shí)，這些神奇的小囊泡在幫助基因傳遞、疾病診斷、細(xì)胞內(nèi)通訊、藥物傳遞和生物標(biāo)志物驅(qū)動(dòng)的治療方面擁有巨大潛力。

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體

比外泌體臨床應(yīng)用更早的間充質(zhì)干細(xì)胞療法在疾病治療中應(yīng)用越來(lái)越普遍。

間充質(zhì)干細(xì)胞除具備分化潛能，還大量分泌外泌體和多種生物分子，包括細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子。

目前研究認(rèn)為間充質(zhì)干細(xì)胞在修復(fù)中的有益作用大部分歸因于旁分泌信號(hào)，也就是外泌體的作用。特別在最新的幾項(xiàng)研究中表明，由間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體可以替代間充質(zhì)干細(xì)胞直接療法，例如MSC衍生的外泌體(間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體)已經(jīng)表現(xiàn)在傷口愈合和心肌梗塞的小鼠模型中可誘導(dǎo)自身修復(fù)，同樣的效果發(fā)生在神經(jīng)、呼吸、軟骨、腎臟、心臟和肝臟疾病、骨修復(fù)和癌癥等等領(lǐng)域(圖4)。

圖4 MSC衍生的外泌體方法學(xué)

MSCs分離，外泌體產(chǎn)生，外泌體分離，外泌體在再生醫(yī)學(xué)中的治療應(yīng)用

與合成納米顆粒、脂質(zhì)體、單分子和細(xì)胞相比，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體具有許多潛在的治療優(yōu)勢(shì)，這源于其個(gè)性化的特征，例如更小的尺寸、更低的復(fù)雜性、沒(méi)有細(xì)胞核(從而防止腫瘤轉(zhuǎn)化)、增加的穩(wěn)定性、更容易生產(chǎn)、更長(zhǎng)的保存時(shí)間以及裝載蛋白質(zhì)、小分子、用于遞送生物分子的RNA的潛力。

研究證實(shí)，在已知產(chǎn)生外泌體的細(xì)胞類型，間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)是最高效多產(chǎn)的外泌體生產(chǎn)者。

下面我們回顧一下間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在再生醫(yī)學(xué)中的進(jìn)展。

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體的再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體的研究近十年來(lái)發(fā)展迅猛，從下圖論文發(fā)表數(shù)量曲線中就可以看出。

目前全球共有多項(xiàng)間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體臨床研究，當(dāng)前研究重心是確定最佳劑量、外泌體給藥的適當(dāng)時(shí)間窗口以及達(dá)到最大療效且無(wú)不良反應(yīng)的給藥途徑。

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體的臨床試驗(yàn)已經(jīng)在阿爾茨海默病、肺部感染、急性呼吸窘迫綜合征、新冠病毒感染、干眼癥等疾病方面開(kāi)始了1/2/3期研究。

以下，我們分別就外泌體在創(chuàng)傷、神經(jīng)損傷和肝臟疾病等多種疾病中的表現(xiàn)進(jìn)行介紹。

創(chuàng)傷愈合

皮膚的創(chuàng)傷愈合是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，分為四個(gè)重疊的階段：(1)止血，(2)發(fā)炎，(3)增生，(4)成熟/重塑(如圖5)。

圖5?傷口愈合的階段

傷口愈合過(guò)程中涉及的主要事件是止血、炎癥、增殖和重塑

盡管間充質(zhì)干細(xì)胞的研究已經(jīng)揭示自體和異體間充質(zhì)干細(xì)胞在創(chuàng)傷愈合上的良好療效，同時(shí)有研究表明當(dāng)應(yīng)用于慢性傷口時(shí)，來(lái)自MSCs培養(yǎng)基的有效性和再生能力類似于或大于MSCs。

因此，最近的研究分析了間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體作為慢性皮膚潰瘍和增生性瘢痕的治療方法的潛力，特別是生長(zhǎng)因子和外泌體的微小RNA含量，以及外泌體在傷口愈合的不同階段的調(diào)節(jié)中的可能作用。

外泌體可以靶向多種途徑，包括磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/AKT、ERK和STAT-3，這些途徑通過(guò)下游靶標(biāo)如肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子促進(jìn)和加速傷口愈合。此外，Shabbir團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究證明了MSC-Exo給藥誘導(dǎo)的VEGF顯著增加，外泌體通過(guò)其對(duì)生長(zhǎng)因子的作用，從而具備細(xì)胞增殖和分化調(diào)節(jié)特性以及高度的免疫調(diào)節(jié)、免疫抑制和血管生成活性。

外泌體被認(rèn)為是炎癥的重要調(diào)節(jié)物。特備是針對(duì)一些慢性炎癥，如在糖尿病患者中發(fā)現(xiàn)的，其中較高水平的葡萄糖阻礙了正常的巨噬細(xì)胞極化(M1 → M2)，使這些患者易于發(fā)生慢性皮膚創(chuàng)傷。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化和減少細(xì)胞因子分泌以解決炎癥階段的問(wèn)題。

外泌體已經(jīng)顯示出對(duì)增殖、膠原合成和血管生成的顯著作用，甚至在慢性創(chuàng)傷和共病如糖尿病的狀態(tài)下也是如此。幾個(gè)微小RNA參與了這一步驟，包括miR-132、miR-126和miR-21。miR-132在增殖中發(fā)揮作用，因?yàn)樗梢栽黾覵TAT-3和ERK途徑的活性，從而促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)。

同時(shí)更具創(chuàng)造性的方法正在開(kāi)發(fā)中，例如將外泌體摻入凝膠中，然后應(yīng)用于傷口。由于緩慢、穩(wěn)定的遞送速率，這種治療方法已被證明比單次直接施用外泌體更有益，一些凝膠遞送外泌體長(zhǎng)達(dá)一周。這些支架提供了結(jié)構(gòu)、水合作用，并增加了治療選擇的靈活性，因?yàn)樗z可用于從基本皮膚損傷到深層神經(jīng)損傷的傷口。隨著傷口愈合策略的不斷發(fā)展，外泌體的廣泛適用性和治療優(yōu)勢(shì)將會(huì)大大拓展傷口愈合技術(shù)的前景和效率。

腦損傷

腦損傷，包括創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)或中風(fēng)，可導(dǎo)致長(zhǎng)期殘疾和預(yù)期壽命縮短，使其成為主要的健康和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。這些創(chuàng)傷會(huì)對(duì)神經(jīng)元組織和功能造成快速、急性和長(zhǎng)期的損害。由于快速診斷的需要和通過(guò)血腦屏障(BBB)遞送藥物的困難，腦損傷的成功治療受到限制。

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體不僅能夠通過(guò)靜脈內(nèi)或鼻內(nèi)遞送穿過(guò)血腦屏障，可以將許多遺傳物質(zhì)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和蛋白質(zhì)傳遞到軸突，恢復(fù)微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)軸突再生、促進(jìn)神經(jīng)形成和血管生成，使其成為復(fù)雜腦損傷治療新辦法。(圖6）

圖6 神經(jīng)細(xì)胞通訊中外泌體功能的圖示

TBI會(huì)對(duì)大腦造成即時(shí)創(chuàng)傷，其中神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管會(huì)拉伸或撕裂，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并損害血腦屏障，隨后是炎癥反應(yīng)，將神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞招募到損傷部位，到達(dá)損傷處后，免疫細(xì)胞被激活，吞噬死亡和受損的細(xì)胞，并分泌促炎信號(hào)。在中度至重度損傷中，這種炎癥反應(yīng)不能正常解決，從而導(dǎo)致慢性炎癥，慢性炎癥的并發(fā)癥可在損傷后持續(xù)數(shù)周至數(shù)年。

包括骨髓、臍帶和脂肪組織在內(nèi)的各種來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在調(diào)節(jié)TBI后的炎癥反應(yīng)方面顯示出巨大的潛力。當(dāng)間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在腦損傷24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行給藥，可發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)減少，并通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生和血管生成從而誘導(dǎo)恢復(fù)改善。這種效應(yīng)部分歸因于外泌體中包含的微小RNA，如miR-9、miR-124和miR-125b。

此外，外泌體可以調(diào)節(jié)TLR-4和巨噬細(xì)胞極化，從而促進(jìn)腦損傷后的恢復(fù)。重要的是，腦震蕩后給予間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體不僅可以幫助相關(guān)分子變化，進(jìn)而改善腦損傷后常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知缺陷。

另一種常見(jiàn)的腦損傷是中風(fēng)，中風(fēng)是全球發(fā)病率的主要原因，全世界每年估計(jì)有1500萬(wàn)中風(fēng)。

中風(fēng)有不同的類型，包括缺血性中風(fēng)和出血性中風(fēng)，中風(fēng)會(huì)導(dǎo)致大腦缺氧、細(xì)胞死亡和過(guò)度炎癥。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在中風(fēng)治療中作用同樣潛力巨大。

缺血性卒中的主要治療是輸注組織型纖溶酶原激活劑(tPA)，與單獨(dú)tPA治療相比，tPA治療中加入外泌體顯著改善了中風(fēng)后的功能結(jié)果。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體治療中風(fēng)?？蓭?lái)長(zhǎng)期的神經(jīng)保護(hù)、改善的神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)血管重塑，以及在運(yùn)動(dòng)功能、協(xié)調(diào)、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)和空間學(xué)習(xí)方面增強(qiáng)的行為表現(xiàn)。伊斯法罕醫(yī)科大學(xué)的最新臨床研究（NCT03384433）正在探索攜帶miR-124的間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體對(duì)急性腦卒中的治療作用。

這些研究表明，外泌體對(duì)神經(jīng)損傷修復(fù)幫助巨大。

肝病

肝病包括諸如肝硬化和肝癌等疾病，每年全世界導(dǎo)致大約200萬(wàn)人死亡。

一些研究發(fā)現(xiàn)，用外泌體治療有利于肝衰竭后的肝臟修復(fù)和再生，這種效應(yīng)被認(rèn)為是由于通過(guò)Wnt信號(hào)通路促進(jìn)了血管生成。

在急性肝損傷中，肝細(xì)胞衍生的外泌體在體外刺激肝細(xì)胞增殖并在體內(nèi)促進(jìn)肝再生，潛在的機(jī)制被認(rèn)為是外泌體介導(dǎo)的中性神經(jīng)酰胺酶和鞘氨醇激酶2在再生位點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。

有研究間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在治療四氯化碳誘導(dǎo)肝損傷中的再生潛力，發(fā)現(xiàn)這些外泌體通過(guò)促進(jìn)增殖和再生反應(yīng)有效地減輕了四氯化碳誘導(dǎo)的肝損傷。

有研究來(lái)源于IPS的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞外泌體在肝臟缺血再灌注損傷中的潛在作用，顯示出良好療效，具有抑制的炎癥反應(yīng)、減弱的氧化應(yīng)激反應(yīng)和抑制的細(xì)胞凋亡。

充分表明外泌體是肝臟疾病的可行治療選擇。

心血管疾病

心血管疾病(CVD )例如心力衰竭和冠狀動(dòng)脈疾病，傳統(tǒng)的CVD療法主要包括移植和治療，但治療方法的臨床療效有限。因此，焦點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到基于細(xì)胞的臨床新方法。

最近的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過(guò)基于細(xì)胞的療法的自分泌和旁分泌作用的心肌保護(hù)功能可以通過(guò)外泌體發(fā)揮作用(圖7) 。外泌體在生理和病理心血管過(guò)程中具有重要作用，包括調(diào)節(jié)血管生成、心肌細(xì)胞肥大、心臟纖維化、血壓控制和抗凋亡作用已得到廣泛認(rèn)可。此外，外泌體由于其低免疫原性、栓塞風(fēng)險(xiǎn)小和沒(méi)有基于細(xì)胞治療的一些問(wèn)題，并且可以以多種方式遞送到心臟，包括工程外泌體、內(nèi)源性外泌體、靶向外泌體或包含在貼片中的外泌體，應(yīng)用將更為廣泛。

心臟在心肌梗塞(MI)后經(jīng)歷廣泛的心臟重塑，以恢復(fù)收縮功能。大量研究表明，心臟應(yīng)激后，內(nèi)源性外泌體可以改善心臟功能(圖7) 。這表明外泌體在心血管疾病的治療中具有有效的治療作用。

圖7 用于心臟修復(fù)治療的干細(xì)胞來(lái)源的外泌體

基于外泌體的無(wú)細(xì)胞療法對(duì)心血管疾病的治療潛力適用于多種疾病，包括心肌梗死、動(dòng)脈粥樣硬化和擴(kuò)張型心肌病。

在心肌梗塞中，越來(lái)越多的證據(jù)表明，施用外泌體可以增強(qiáng)心臟修復(fù)。例如，一項(xiàng)研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體通過(guò)下調(diào)CD68的表達(dá)來(lái)改善心臟功能。從miR-146a修飾的脂肪來(lái)源干細(xì)胞(ADSCExos)獲得的外泌體已被證明可通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子(IL-6、IL-1β和TNF-α)的釋放來(lái)抑制局部炎癥反應(yīng)，從而減輕急性心肌梗死誘導(dǎo)的心肌損傷。同一份報(bào)告進(jìn)一步證明，ADSCExos通過(guò)早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1下調(diào)抑制心肌細(xì)胞凋亡來(lái)改善心臟功能。黃等發(fā)現(xiàn)，來(lái)自阿托伐他汀(ATV)預(yù)處理的MSC的外泌體(MSCATV-Exos)通過(guò)降低IL-6和TNF-α水平、促進(jìn)血管生成和防止心肌梗死后細(xì)胞凋亡來(lái)改善心臟功能障礙和減少梗死面積。脂肪來(lái)源的基質(zhì)細(xì)胞(ADSC)來(lái)源的含有miR-93-5p的外泌體也有利于通過(guò)提供對(duì)抗自噬、凋亡和炎癥的保護(hù)來(lái)治療心肌梗死。另外，在心肌梗死的小鼠模型中，缺氧衍生的外體miR125b-5p通過(guò)抑制促凋亡基因的表達(dá)，發(fā)揮心臟保護(hù)功能并增強(qiáng)心臟修復(fù)p53和BAK1，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡。

在動(dòng)脈粥樣硬化的治療中也體現(xiàn)了外泌體的治療前景，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體通過(guò)上調(diào)miR-let7誘導(dǎo)M1→M2巨噬細(xì)胞極化，在阻止動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展中發(fā)揮保護(hù)作用，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體對(duì)擴(kuò)張型心肌病也有效，外泌體可通過(guò)阻礙炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和增強(qiáng)抗炎M2巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生來(lái)減少心室擴(kuò)張.

在慢性心力衰竭中，一項(xiàng)研究表明，外泌體可顯著提高胞外miR-146水平從而抑制炎癥反應(yīng)，進(jìn)而改善心衰癥狀。

以上研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體有望在各類心血管疾病的治療中發(fā)揮作用。

骨修復(fù)

骨健康是一個(gè)日益上升的問(wèn)題和公共健康問(wèn)題。

在骨重建和骨折愈合過(guò)程中，破骨細(xì)胞重吸收舊的或受損的骨，而新骨由成骨細(xì)胞合成，愈合級(jí)聯(lián)開(kāi)始，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞的募集、新血管的形成和骨折部位血腫的形成，這些骨折的治療包括自體和異體移植，然而，這些手術(shù)需要較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間，因此增加了并發(fā)癥的可能性。

近年來(lái)，基于組織工程的生物材料和細(xì)胞療法已成為骨折治療的主要新方式。研究已經(jīng)確定，基于細(xì)胞的治療的生物效應(yīng)主要是通過(guò)外泌體實(shí)現(xiàn)的，因此，骨修復(fù)的外泌體調(diào)節(jié)已經(jīng)成為一種可行的治療策略。

許多研究證實(shí)了外泌體在骨重建和骨折愈合中的潛在調(diào)節(jié)作用。

各種來(lái)源的外泌體已被證明對(duì)骨修復(fù)有益。其中最主要的是間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體，它在通過(guò)微小RNA調(diào)節(jié)誘導(dǎo)骨分化活性中發(fā)揮有希望的作用，從脂肪組織MSCs獲得的外泌體，經(jīng)TNF-α預(yù)處理，通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt途徑促進(jìn)原代成骨細(xì)胞分化。

來(lái)源于礦化成骨細(xì)胞的外泌體通過(guò)直接調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞增殖和經(jīng)由介導(dǎo)miRNA譜刺激成骨細(xì)胞前體分化為成熟成骨細(xì)胞來(lái)促進(jìn)新骨生長(zhǎng)，這連續(xù)激活骨形成和基質(zhì)礦化的下游信號(hào)通路。從人類IPS衍生的MSCs中分離的外泌體通過(guò)激活PI3K/AKT途徑有效地增強(qiáng)了β-TCP的骨誘導(dǎo)性,間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體通過(guò)增強(qiáng)早期細(xì)胞浸潤(rùn)和增殖，誘導(dǎo)滑膜巨噬細(xì)胞極化，并表現(xiàn)出抗凋亡活性來(lái)促進(jìn)軟骨再生。

在大鼠骨軟骨缺損模型中，人胚胎來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體的關(guān)節(jié)內(nèi)給藥改善了組織學(xué)評(píng)分和外觀；經(jīng)過(guò)12周的治療，軟骨和軟骨下骨完全恢復(fù)。間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體通過(guò)有效抑制促炎因子IL-1β和TNF-α的水平來(lái)減少炎癥性骨折愈合的延遲，而增加抗炎因子TGF-β的水平。

血管形成是骨形成中的重要事件，因?yàn)樗纳屏藢?duì)新骨形成至關(guān)重要的氧和營(yíng)養(yǎng)成分的擴(kuò)散。各種報(bào)道表明，外泌體參與血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)的活動(dòng)，包括遷移、增殖和成管。來(lái)源于內(nèi)皮祖細(xì)胞的外泌體通過(guò)激活人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和人哺乳動(dòng)物內(nèi)皮細(xì)胞中的eNOS和PI3K/AKT途徑，在體外和體內(nèi)均能誘導(dǎo)血管樣結(jié)構(gòu)的形成。

骨病修復(fù)的主要作用機(jī)制是通過(guò)微小RNA的活性和調(diào)節(jié)，其中許多已在外泌體中被證明存在。例如，研究人員已經(jīng)確定miR-199b參與了Runx 2的調(diào)節(jié)，Runx 2是成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞分化的主要轉(zhuǎn)錄因子，同時(shí)富含miR-21的外泌體具有抗凋亡特性，并可通過(guò)調(diào)節(jié)小母細(xì)胞對(duì)抗decapentaplec 7(Smad 7)和調(diào)節(jié)PI3K/β-連環(huán)蛋白通路來(lái)促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成。

因此，富含特定因子(如miRNA、細(xì)胞因子或生長(zhǎng)因子)的外泌體在骨修復(fù)中可以發(fā)揮重要作用，上述的積極結(jié)果為基于外泌體的骨折愈合療法提供了新的證據(jù)。

新冠肺炎

2019年底，新冠肺炎爆發(fā)并形成全球疫情。

在新冠肺炎，SARS CoV-2病毒感染肺部后，與其他免疫細(xì)胞一起引發(fā)細(xì)胞因子分泌的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致稱為細(xì)胞因子風(fēng)暴的高度炎癥狀態(tài)。大量研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞可以與免疫細(xì)胞如B細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和中性粒細(xì)胞相互作用并調(diào)節(jié)其功能。在新冠肺炎，新型冠狀病毒通過(guò)與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (ACE2)結(jié)合進(jìn)入體內(nèi)，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2是一種位于許多細(xì)胞類型(包括肺部細(xì)胞)細(xì)胞膜上的酶。間充質(zhì)干細(xì)胞不含任何ACE2受體，使它們對(duì)新型冠狀病毒免疫。

有趣的是，一些研究已經(jīng)證明來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體抑制細(xì)胞因子的釋放并降低炎癥水平。除此之外，Dinh等人研究表明外泌體可以幫助肺纖維化條件下的肺再生。

因此，外泌體有可能與其他療法結(jié)合用于治療重癥新冠肺炎患者(圖8)。

中國(guó)瑞金醫(yī)院等機(jī)構(gòu)（見(jiàn)下表)）均注冊(cè)了外泌體臨床研究，旨在探索外泌體治療重癥新冠肺炎。發(fā)表在《Stem Cells and Development》上的一文指出，間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體在治療重癥新冠肺炎患者成效顯著，康復(fù)率高達(dá)71%。外泌體具有安全性、恢復(fù)氧合、下調(diào)細(xì)胞炎癥因子和重建免疫系統(tǒng)功能等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前途的新冠肺炎治療候選藥物。

圖8??細(xì)胞因子風(fēng)暴在新型冠狀病毒感染中的作用

以及間充質(zhì)干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體的可能治療作用的示意圖

外泌體治療新冠肺炎治療臨床試驗(yàn)列表

結(jié)論與展望

除了上述領(lǐng)域外，間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體還在腫瘤、GVHD、1型糖尿病、腎損傷、抗衰美容方面具備廣闊的應(yīng)用前景。

以下我們簡(jiǎn)要的總結(jié)下間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體臨床應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)：

（1）間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源外泌體具備組織損傷修復(fù)和免疫調(diào)控功能；

（2）外泌體相較于間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)凍融損傷適應(yīng)性更強(qiáng)，在體內(nèi)穩(wěn)定性高；

（3）外泌體不會(huì)自我復(fù)制，無(wú)胚胎干細(xì)胞潛在的成瘤風(fēng)險(xiǎn)；

（4）外泌體相比于間充質(zhì)干細(xì)胞體積更小且膜表面組織抗原低/無(wú)表達(dá)，不易引起免疫應(yīng)答；

（5）外泌體可穿透血腦屏障（BBB）。

現(xiàn)在的研究認(rèn)為外泌體應(yīng)用有可能成為基于干細(xì)胞的再生療法的替代方式，成為再生醫(yī)學(xué)的一支主力軍。

但挑戰(zhàn)依然存在，譬如盡管許多蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)和代謝酶已在外泌體中被鑒定，但對(duì)它們的功能和分類機(jī)制我們目前知之甚少，外泌體在體內(nèi)和病理狀態(tài)下的確切分子機(jī)制和作用仍然需要進(jìn)一步研究，外泌體的產(chǎn)生、細(xì)胞攝取和運(yùn)輸領(lǐng)域的研究需要加強(qiáng)。另外涉及在臨床中使用外泌體還有一些瓶頸，包括分離、純化、優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制等等。

總的來(lái)說(shuō)，在再生醫(yī)學(xué)和組織工程中干細(xì)胞外泌體的潛力是非常有前途的。

參考資料：

Hade, M.D.; Suire, C.N.; Suo, Z. Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes: Applications in Regenerative Medicine.?Cells?2021,?10, 1959.

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