干细胞外泌体——肌肤修复与再生的“潜力股”

随着间充质干细胞（MSCs）培养技术的推广，外泌体作为高科技概念产品迅速风靡细胞治疗和药妆行业。那么，如何看待“外泌体在皮肤损伤修复中的作用”呢？

皮肤是一个复杂的器官，具有重要的身体屏障功能，且很容易受到各种各样的伤害。例如，急性创伤是由外伤或手术切口引起、慢性皮肤创伤是糖尿病常见的并发症，急性烧伤、寒冷、高温、干燥以及紫外线等都会使肌肤屏障受损。

近年来的研究表明干细胞在再生医学中具有巨大的治疗潜力，通过分泌抗炎、抗纤维化和促血管生成的活性的因子，如可溶性分子（生长因子、细胞因子）或细胞外囊泡（微粒子、外泌体）等来改善创面愈合过程。除了传统的使用干细胞治疗创伤的方法外，近年越来越多的研究表明外泌体发挥了无可替代的重要作用，其安全性、有效性更胜干细胞，即形成新的趋势——单独使用干细胞外泌体。

一、什么是外泌体？

人们在20世纪60年代后期首次描述了在哺乳动物组织或液体中，有囊泡在细胞周围存在。1983年，Pan和Johnstone从网织红细胞培养液中发现了一种膜性小囊泡，就此打开了外泌体世界的大门，1987年Johnstone将其命名为“外泌体（exosome）”。2011年，人们提出通用术语“胞外囊泡（extracellular vesicle）”来定义所有的由脂质双层包围的胞外结构，外泌体是胞外囊泡中的一种类型。

外泌体是一类直径30-150nm的微小囊泡，可以将脂类、碳水化合物、蛋白质、mRNA、miRNA等生物分子从一个细胞传递到另一个细胞，从而交换遗传信息、重编程宿主细胞，进行细胞间通讯。

干细胞来源的外泌体可通过囊泡，将干细胞的精华部分——mRNA、miRNA、IncRNA及蛋白质等生物活性物质，打包运出干细胞体外。通过“细胞间高速公路”来“快递”到人体各个组织内。

干细胞外泌体可以通过改变细胞外基质，改变受体细胞的转录组和蛋白质组，来调节细胞凋亡、生长、增殖和分化途径。

因此，干细胞外泌体具有减少细胞凋亡、减轻炎症反应、促进血管生成、抑制纤维化、提高组织修复潜力等重要生物学功能，在调控组织再生方面存在良好的临床应用前景。

二、外泌体如何产生？

开始，细胞膜内陷形成早期核内体；接着，细胞将颗粒物质释放到早期核内体中，进一步成熟形成晚期核内体；最后，晚期核内体与细胞膜特定部位融合后形成芽泡，将泡体中的外泌体释放到细胞外。

外泌体可通过配体- 受体相互作用的方式粘附到受体细胞表面，亦可通过受体细胞内吞摄取或囊泡和细胞膜的直接融合使外泌体内容物释放到靶细胞内。

外泌体发挥生物学效应的方式有哪些呢？主要有以下两种：

直接作用：外泌体表面的蛋白分子或脂质配体直接激活靶细胞表面的受体，产生信号复合体并激活胞内信号通路；

递送作用：外泌体可以与靶细胞的质膜融合或内吞直接进入细胞，将自身携带的蛋白质、核酸、脂质等活性分子带到细胞内，进而调控细胞的功能及生物学行为。

三、外泌体的生物学特征

外泌体的电镜是鉴定外泌体形态大小的一个常规手段，电镜下呈典型的杯状形态。粒径大小40～100nm的囊泡样小体。

间充质干细胞外泌体（MSC-exo），表达所有外泌体共同表达的相关标志物：细胞骨架蛋白质（微管蛋白和肌动蛋白），同时也表达MSCs的表面标志物（CD29/CD90/CD73）。MSC-exo中有独特微小核糖核酸，包括:miR-191/miR-222/miR-21/Let-7a（调节细胞增殖）、miR-222/miR-21/Let-7a（促血管生成）、miR-6087（促内皮分化）、miR-494（促肌肉生长）、miR-181c（减少炎症反应）。MSC-exo提取方法包括：超速离心法、基于尺寸大小的技术、免疫吸附的分离技术、沉淀法、基于微流控的分离技术。

其中超速离心法是分离外泌体的标准方法。在4℃条件下依次以300G，2000G，10000G的转速离心，依次去除细胞和细胞碎片等，再以100000G超速离心得到外泌体。可根据外泌体密度使用连续梯度蔗糖密度离心法。

四、外泌体修复皮肤损伤机制

1、MSCs-exo促进成纤维细胞增殖

在皮肤损伤后第3 天后，成纤维细胞开始增殖产生细胞外基质（包括纤连蛋白，I 型和III 型胶原蛋白等）。同时，上皮细胞开始增殖并向受伤区域边缘迁移，加速伤口闭合，减少皮肤感染。因此，细胞增殖和皮肤再上皮化对皮肤再生至关重要。

研究表明，来自不同来源间充质干细胞的外泌体都可以促进皮肤细胞增殖，并加速上皮再生。脐带间充质干细胞外泌体（UCMSC-exo）可以通过上调N-cadherin，cyclin-1，PCNA，I 型胶原和 III 型胶原的基因表达，促进成纤维细胞增殖和胶原合成。体内实验也证明，脂肪间充质干细胞（ADSC-exo）可以归巢到皮肤切口部位并显着促进皮肤伤口愈合。

2、MSCs-exo促进血管新生

血管再生是MSC-exo促进皮肤损伤修复的主要机制之一。血管再生（包括动脉、静脉以及毛细血管的再生），主要是通过促进平滑肌细胞和血管内皮细胞的增殖和迁移来修复损伤的血管完成的。

MSC-exo富含多种与血管生成相关的蛋白和RNA（包括 mRNA和miRNA），MSC-exo可诱导许多营养因子的表达。Deregibus等人报道，内皮祖细胞衍生的微囊泡，通过与PI3K/AKT 和eNOS信号通路相关的mRNA 的水平转移来促进血管生成。

3、MSCs-exo抑制瘢痕形成

严重的创伤和大面积烧伤通常会导致瘢痕形成。瘢痕形成不仅影响美观而且也妨碍皮肤功能。研究表明，MSC-exo能抑制瘢痕形成。UCMSC-exo在伤口愈合早期阶段能促进I型和III型胶原的产生，加速伤口愈合。然而，在后期阶段，则可抑制胶原蛋白的表达，减少瘢痕的形成。

4、MSCs-exo对受损皮肤的免疫调节机制

炎症是机体对有害刺激作出的自我防御反应，从而恢复机体的稳态。在皮肤损伤24-36小时后，嗜中性粒细胞最初被募集到损伤部位。随后，嗜中性粒细胞通过吞噬作用消除外来颗粒，病原体或受损组织和细胞。在皮肤损伤48-72小时后，巨噬细胞被吸引到伤口部位，并继续发挥吞噬作用。因此，炎症反应是皮肤再生过程的重要步骤。MSC-exo能促进受体巨噬细胞向抗炎M2表型的转换。伤口组织中的B 细胞和T细胞在伤口愈合中起关键作用。活化的Treg细胞可通过减少IFN-γ的产生，促炎性M1表型巨噬细胞的积聚，从而促进伤口愈合。MSC-exo可以促进B细胞的活化，分化和增殖，抑制T细胞增殖；MSC-exo可将活化的T细胞转化为Treg细胞，从而发挥免疫抑制作用。

总体而言，MSC-exo可抑制炎症反应，但具体分子机制尚不清楚。炎症因子的调节在组织再生中起重要作用；而细胞因子的过量产生可能导致组织损伤。

随着不断的临床摸索，拥有各种生物学功效的干细胞衍生品的应用价值，从被认识逐渐再到被认可。目前干细胞衍生品在烧伤烫伤，难愈合性溃疡及术后创伤修复领域的潜在应用价值比较大。通过了解MSC-exo在皮肤损伤修复机制，可以预见：MSC-Exo在皮肤损伤修复方面（包括烧伤烫伤、糖尿病足、系统性硬皮症）有着很大的前景。