干细胞外泌体与皮肤抗衰老

间充质干细胞、免疫细胞、外泌体源头实验室

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什么是外泌体

首先我们了解下外泌体的发展史:

1983年——外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现

1987年——Rose M. Johnstone教授将其命名为“Exosome”。随后的10年,外泌体并未受到足够的重视。

1996年——G.Raposo发现免疫细胞也会分泌抗原呈递外泌体,从而走入大家的视线。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

2013年——诺贝尔生理或医学奖奖获得者James E. Rothman、Randy W. Schekman,和Thomas C. Südhof发现细胞内部囊泡(外泌体等)运输调控机制,使外泌体的研究达到全新的高度。

 

(值得一提的是,2018,以兰迪•谢克曼教授牵头并命名,联合广州中医药大学附属宝安中医院、广州中医药大学干细胞与中医再生医学创新团队共同成立了中医再生医学领域的首个国际联合专门科研实验室——“兰迪.谢克曼中医再生医学国际联合实验室”。

我们新南方干细胞团队的张进教授,是广州中医药大学干细胞与中医再生医学创新团队带头人,也是广东省自然医学研究会干细胞与中医再生医学专委会主任委员。)

外泌体:英文名 exosome,细胞分泌的一种细胞外囊泡,内含丰富的DNA和RNA、脂质、代谢产物、胞质蛋白等。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

简单来说外泌体是由细胞分泌释放到胞外空间的微小囊泡,起到物质传递、信息沟通的作用。外泌体可被绝大多数细胞分泌或胞吞,且存在于几乎所有体液之中,因此可从多种体液中提取,如人体血液、尿液、精液和唾液,也可从多种细胞培养中提取。

大小仅有于人类头发直径的百万分之一,直径只有30~150nm。身材虽小,但它携带的复杂信息远远超过大家的想象!外泌体可以在相邻和远端细胞之间传递蛋白质和遗传信息。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

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什么是干细胞外泌体

干细胞干细胞是人体具有自我复制和多向分化潜能的细胞,是形成人体各类组织、器官的原始种子细胞。

干细胞外泌体干细胞可以通过旁分泌的作用来分泌外泌体。干细胞旁分泌物中,大小为30-150nm间的微小囊泡,其内容物包括上百种细胞因子、各种蛋白和RNA等。
外泌体可将其所携带的内容物传递给受体细胞(相当于快递员),从而影响局部微环境并调节临近细胞蛋白的表达。

近来的研究已证实,干细胞来源外泌体具有诸多生物学作用,如:归巢、增强细胞活力和抑制细胞凋亡、促进干细胞分化、增强干细胞迁移能力、抗炎、抗纤维化(抑制疤痕产生)、 抗氧化作用(氧自由基的还原)、促进血管形成和成纤维细胞功能和增强基质的完整性等作用。

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外泌体在皮肤抗衰方面的作用

皮肤是人体最大的器官,也是身体重要的保护屏障。外泌体中含有的分泌的生长因子在体内表达量极低,但却有极高的生物活性,在皮肤整形、美容、修复中都起着重要作用。

临床上,干细胞外泌体可以用于治疗烧伤、烫伤,再生健康皮肤。

在护肤方面,干细胞外泌体可以裹挟营养物质渗入细胞,参与细胞更新,调理皮肤、改善肤质。

韩国的研究人员发现,人脐带MSC来源的外泌体可以轻易穿透角质层到达真皮,促进人皮肤组织Ⅰ型胶原和弹力蛋白的生成,改善皮肤质地。同时又有研究表明,衰老成纤维细胞(HDFs)表达的外泌体增加了4倍,而HDFs分泌弹力蛋白、胶原蛋白等物质,在维持皮肤的弹性及水分中发挥重要作用这提示了衰老细胞来源的外泌体在皮肤衰老过程中的作用。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

干细胞外泌体的机理是通过对内源干细胞生长环境进行调控唤醒和激活肌肤基底层处于休眠状态的表皮干细胞,增强表皮细胞活性,修复胶原细胞、增强皮肤弹性,促进自我修复和再生的作用达到延缓衰老的目的。

下文转载了干细胞外泌体对衰老调节的一些研究成果,可以窥探未来外泌体的转化应用在皮肤抗老方面的潜力。

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干细胞外泌体对衰老的调节

有研究用人类多能干细胞外泌体(IPSCS-EXO)分别来处理UVB照射后及体外传代30代以上的HDFs,结果发现IPSCS-EXO在正常条件下可以促进两种HDFs的增殖和迁移,提高两者I型胶原的表达;并显著降低后者衰老相关-半乳糖苷酶(SA-BETA-GAL)和金属蛋白酶(MMP-1/3)的表达水平,而SA-BETA-GAL的高表达一直是自然衰老的标志,MMP也是细胞衰老过程中高表达的重要酶物质。IPSCS-EXO(诱导多能干细胞来源的外泌体)预处理结果则是抑制UVB辐照引起的损伤和MMP-1/3过表达[1]

干细胞外泌体与皮肤抗衰老iPSCExo即使在没有紫外线照射的情况下也能促进HDF的增殖

另一项研究与其结果相似,互相印证:人脂肪源性干细胞EVs不仅增强了UVB辐照后HDFs的迁移能力,还可显著抑制UVB照射诱导的MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9的过表达,增强Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅲ型胶原和Ⅴ型胶原及弹性蛋白的表达。

在其预处理的HDFs中,UVB照射后组织金属蛋白酶抑制剂(TIMP)-1和转化生长因子(TGF)-beta1的表达显著增加,而这两种物质是参与MMP抑制和细胞外基质合成的重要因子[2]以上两项实验体现了干细胞外泌体改善光老化的积极作用。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

HASC人脂肪源性干细胞分泌EV外泌体的特性(a治疗UVB引起的皮肤老化(b)

此外,在人类脂肪组织来源的间充质干细胞外泌体(ASC-EXOSOMES)与特应性皮炎(AD)的研究中,外泌体还被发现可以通过皮下注射的形式刺激神经酰胺的合成[3]。神经酰胺是增加皮肤角质层水合度,维持皮肤屏障、抗衰老及美白等方面的重要物质,也是如今抗衰老的热门成分。

皮肤组织存在少量的成体干细胞—具有多向分化潜能,是维持皮肤年轻态的储备力量[4],其衰竭是皮肤衰老的重要原因之一。

因此,来自人类干细胞的外泌体可以缓解干细胞在培养中的老化[5]另一项研究也发现了胚胎干细胞EVs在体外能显著恢复衰老的MSCs活力[6]这些实验结果可以从一定程度上预示干细胞外泌体对衰老皮肤成体干细胞的积极作用。

干细胞外泌体与皮肤抗衰老

人类干细胞衍生的细胞外囊泡 (EV) 可促进衰老间充质干细胞 (MSC) 的生长。来自两种细胞类型(iPSC和MSC)的纯化EV刺激了其他衰老MSC的生长iPSC-EVs在促进细胞生长方面优于MSC-EVs(图A)

 

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外泌体对于年轻化的作用

外泌体年轻化作用的转化应用目前处于实验室研究阶段,并未见明确的临床使用报道,但其巨大的应用潜力值得关注:外泌体作为细胞间的通讯物质,一般能取得比药物更好的效果;与细胞本身应用相比,效果基本相同,且应用具有更大的优势[5]

➤ 避免了非自体细胞应用的免疫排斥问题

➤ 更易保存,不存在长时间保存后的毒性,且不丧失活性;

➤ 在受控的实验室条件下,通过定制的细胞系进行经济的批量生产。

然而到目前为止,外泌体的来源、产量及质量,外泌体衍生产品开发相关的技术,是限制其进一步应用的重要原因。一些新的研究成果为大家能够尽早临床使用外泌体带来希望。

一项研究比较了分别来自三维球体(3D-HDF-XOs)和单层培养的HDFs外泌体:3D-HDF-XOs显著表达了更高水平的TIMP-1,使MMP-1表达下降明显,并使I型前胶原蛋白表达增加。

此外,其真皮胶原沉积水平显示高于骨髓间充质干细胞源性外泌体。这些结果提示3D-HDF-XOs具有良好的预防和治疗皮肤衰老的潜力[7]

干细胞外泌体与皮肤抗衰老临床方法学是影响外泌体应用效果的重要因素。图A是使用注射器进行皮内注射与使用喷射式注射器进行无针注射的比较;图B是针头注射和无针头注射示意图;图3是注射器和喷射注射器性能和应用的比较。针头注射导致组织中有相对大量的溶液聚集,从而导致局部组织损伤,而喷射可实现更好渗透吸收。

人脐血来源的间充质干细胞外泌体在人体皮肤组织上3小时后逐渐接近表皮最外层,18小时后逐渐接近表皮,处理3天后,I型胶原蛋白和弹力蛋白的表达增加。此结果提示了外泌体具有与化妆品或药物相结合的潜力[8]。但皮肤表面局部使用外泌体会由于汗水或泪水而被迅速清除。

综上所述,外泌体显示出在临床应用于皮肤年轻化治疗中的重大潜力[9]目前,将其应用于皮肤年轻化想法已经得到广泛关注。

(来源网络,感谢原作者,如侵权请留言联系,我们及时删除处理。)

 

参考文献

[1]Myeongsik
O,Jinhee L,Yu K,et al.Exosomes derived from human induced pluripotent stem cells ameliorate the aging of skin fbroblasts[J].Int J Mol Sci,2018,19(6):1715.

[2]Choi JS,Cho WL,Choi YJ,et
al.Functional recovery in photodamaged human dermal fbroblasts by human
adipose-derived stem cell
extracellular vesicles[J].J Extracell Vesicles,2019,8(1):1565885.

[3]Shin KO,Ha DH,Kim JO,et
al.Exosomes from human adipose tissuederived mesenchymal stem cells promote
epidermal barrier repair by
inducing de novo synthesis of ceramides in atopic dermatitis[J].Cells,2020,9(3):680.

[4]Koichiro W,Yasuaki I,Yumi K,et
al.Functional similarities ofmicroRNAs across different types of tissue stem
cells in aging[J].Inflamm Regen,2018,38:9.

[5]Senquan Liu,Vasiliki
Mahairaki,Hao Bai,et al.Highly purified human
extracellular vesicles produced by stem cells alleviate aging cellular phenotypes of
senescent human cells[J].Stem Cells,2019,37(6):779-790.

[6]Zhang Y,Xu J,Liuet S,et
al.Embryonic stem cell-derived extracellular vesicles enhance the therapeutic
effect of mesenchymal stem cells[J]. Int J Mol
Sci,2019,9(23):6976-6990

[7]Shiqi
Hu,Zhenhua Li,Jhon Cores,et Al.Needle-free injection of exosomes
derived from human dermal fbroblast spheroids ameliorates skin photoaging[J].ACS
Nano,2019,13(10):11273-11282

[8]Kim
YJ,Yoo SM,Park HH,et al.Exosomes derived from human umbilical cord
blood mesenchymal stem cells stimulates rejuvenation of human skin[J].Biochem Biophys
Res Commun,2017,493(2):1102-1108.

[9]戴雨薇,王培光,杨森.外泌体在皮肤衰老中的作用及转化应用进展[J].中国美容医学,2021,30(01):184-186.

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