揭秘抗衰新突破：北京协和医学院赵春华团队发现干细胞外囊泡如何逆转光老化

【导读】UVB辐射会诱发氧化应激、DNA损伤和炎症，导致皮肤皱纹、屏障功能受损和致癌风险增加。最近的研究表明，间充质干细胞（MSCs）对各种皮肤病具有显著的治疗潜力。鉴于细胞外囊泡（EV）可以将不同的货物递送到受体细胞并引发类似的治疗效果，团队研究了脂肪来源的MSC衍生的EV（AMSC-EV）和脐带衍生的MSC衍生的EV（HUMSC-EV）在光老化中的作用和潜在机制。

2024年10月30日，中国医学科学院/北京协和医学院赵春华团队在期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了题为“Human adipose and umbilical cord mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles mitigate photoaging via TIMP1/Notch1”的研究论文。研究结果表明，在体内，用AMSC-EV和HUMSC-EV治疗，可改善皱纹和皮肤水合作用；同时，还减轻了表皮和真皮的皮肤炎症和厚度变化。此外，使用人角质形成细胞（HaCaTs）、人真皮成纤维细胞（HDF）和T肤模型的体外研究表明，AMSC-EV和HUMSC-EV减轻了衰老，降低了活性氧（ROS）和DNA损伤的水平，并减轻了UVB诱导的炎症。

https://www.nature.com/articles/s41392-024-01993-z

关于光老化

01

人体皮肤是人体最大的器官，是抵御环境因素，尤其是太阳紫外线（UV）辐射的主要屏障。UVB暴露会增加导致晒黑的各种皮肤病的风险，以及短期内出现发红和水泡等炎症反应的风险。从长远来看，它会导致光老化，包括皱纹、屏障能力和弹性下降，以及增加致癌风险，例如，角质形成细胞癌、基底细胞癌、皮肤鳞状细胞癌和黑色素瘤。据悉，近80%的70岁及以上成年人患有一种或多种需要进一步治疗或随访的皮肤病，包括紫外线引起的皮肤病，如老年性雀斑样痣（69.5%）、光化性角化病（22.3%）、基底细胞癌（5.07%）、黑色素瘤（0.54%）和鳞状细胞癌（0.36%）。目前，有几种传统的光老化治疗方法，包括使用类维生素A、抗氧化产品或光学疗法；然而，有些策略并不总是有效或可能引起副作用，例如，过敏或刺激。

团队旨在研究MSC-EV对体外角质形成细胞和成纤维细胞、重建的光老化全层皮肤模型，以及体内光老化裸鼠的影响。此外，团队还通过EV蛋白质组学和RNA-seq，研究了潜在的分子机制。研究结果表明，Notch信号通路在皮肤光老化过程中表现出显著变化，EV治疗会影响这些变化。MSC-EV可以作为纳米治疗剂，通过TIMP1/Notch1通路，拯救UVB诱导的皮肤光老化。

AMSC-EV和HUMSC-EV修复通过调节TIMP1/Notch通（与 BioRender.com创建）对体外和体内光老化的示意图。

AMSC-EV和HUMSC-EV在裸鼠光老化模型中的治疗效果

02

建立UVB照射模型后，团队捕获图像并研究小鼠在第0、2、3和4周背部皮肤的皱纹形成。在第0周，对照组几乎没有皱纹。相比之下，UVB处理组表现出更深而宽的皱纹，表明光老化模型的成功建立。从第2周开始，EV治疗组的皱纹明显减少和变薄。团队研究了经表皮失水（TEWL），以表征皮肤屏障功能。UVB照射后，多余的水分从皮肤上蒸发，EV处理组的水分损失显著减少。

与对照组相比，UVB照射导致表皮变厚和真皮变薄，EV治疗显著恢复了厚度变化。SA-β-gal阳性细胞的数量在UVB照射后显著增加，而在EV处理后显著减少。衰老标志物P16和LMNB1在EV刺激后，也得到恢复。以上结果表明，EV可以有效减轻UVB辐射对皮肤结构和衰老的不利影响。

与对照组相比，AMSC-EV和HUMSC-EV组有丰富而致密的胶原纤维。同样，picrosirius红色染色证实了这些发现，显示EV处理后，胶原蛋白恢复增强。此外，团队进行了Verhoeff的Van Gieson染色，以评估弹性蛋白的变化，发现EV治疗恢复了弹性蛋白水平。

UVB照射后，COL1和COL3的蛋白表达水平显著降低，MMP1和MMP3水平显著升高，TIMP1水平显著降低。这些更改在添加EV后恢复。UVB暴露增加了炎症因子的表达，而治疗可有效恢复这些因子水平。治疗后，具有代表性的Western blot结果，证实了炎症因子（包括IL-1β、IL-6、TNF-α和GM-CSF）的减少趋势。

这些发现表明，UVB暴露会诱导皮肤外观、功能和组织学的变化，并伴有体内炎症反应，而MSC-EV逆转了这些变化。

此外，观察到的HUMSC-EV治疗效果，似乎优于AMSC-EV，值得进一步研究。

UVB照射和EV处理后，裸鼠背侧皮肤的组织学分析和炎症抗体阵列。

总结

03

1. MSC-EV的作用机制：MSC-EV通过转移货物成分到目标细胞中发挥作用，研究发现TIMP1（MMP的天然抑制剂）是MSC-EV中的关键参与者，有助于缓解细胞衰老、DNA损伤、氧化应激和ECM水解，并下调Notch表达。

2. Notch信号通路：TIMP1可以抑制Notch信号通路的关键底物ADAM10，影响表皮稳态。

3. ECM重塑能力：MSC-EV展示出强大的ECM重塑能力，增加了光老化皮肤中的真皮胶原蛋白和弹性蛋白水平。

4. 降低ROS和DNA损伤：MSC-EV和TIMP1可能通过调节信号级联反应，来降低ROS水平和DNA损伤。

5. 未来研究方向：需要进一步研究，来优化MSC-EV以增强TIMP1或其他有用分子的表达，以及结合微针或无针注射系统等技术，来增强其抗光老化效果。

参考资料：

1.Harris-Tryon, T. A. & Grice, E. A. Microbiota and maintenance of skin barrier function. Science 376, 940–945 (2022).

2.Austin, E. et al. Visible light. Part I: properties and cutaneous effects of visible light. J. Am. Acad. Dermatol. 84, 1219–1231 (2021).

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