脂肪源干细胞外泌体及其在皮肤伤口愈合中的应用

图 1 外泌体的临床应用

皮肤创面愈合是临床急需解决的棘手问题。为了解决这一问题，大量的研究集中在脂肪源性干细胞(ADSCs)衍生的外泌体(exosome, EXOs)应用上。本文就ADSCs - EXOs调控伤口愈合的机制及其临床应用作一综述。在伤口中，ADSCs-EXOs调节免疫反应和炎症反应。它们还能促进血管生成，加速皮肤细胞的增殖和再上皮化，调节胶原重塑，抑制疤痕增生。与ADSCs疗法相比，ADSCs-EXOs具有较高的稳定性，易于存储。此外，它们不会被免疫系统排斥，有归巢效应，而且剂量易于控制。ADSCs-EXOs可促进糖尿病患者脂肪移植，促进伤口愈合。它们也可以作为治疗的载体和复合支架，促进皮肤修复不留疤痕。

外泌体的生物学特性

外泌体是旁分泌的组成部分之一，是干细胞有效性的主要贡献者。它们是小的、单一的膜质、富含蛋白质、脂质、核酸和碳水化合物的分泌细胞器。它们也被认为能开展各种各样的活动，如重塑细胞外基质和向其他细胞传递信号和分子。外泌体避免了干细胞的许多缺点，因为它们稳定且容易储存。此外，它们不会被免疫系统排斥，有归巢作用，且剂量易于控制。

 图 2 外泌体的生物形成

外泌体(EXO)是胞外囊泡的一种亚型，来源于胞内体和质膜的内吞、融合和出芽过程。EXOs和其他胞外囊泡的生物形成和释放方式如下(图1)。第一种是吞噬体和质膜产生的原代核内体进一步酸化形成次生核内体。这些细胞随后向内芽形成多泡体(MVBs)。一些进入溶酶体的MVBs被降解，而其余的MVBs在融合到质膜时释放胞外囊泡。在第二种情况下，胞外囊泡直接从质膜上出芽，原子力显微镜实验表明，干细胞的质膜上胞外囊泡出芽的速率与它们的产生速率相等。可能也存在其他的外生方式。最近的研究表明，某些类型的细胞在质膜深层内陷可以延迟释放外泌体。这些胞内质膜连接室(IPMCs)通过颈部与胞外环境形成连续体，囊泡可在颈部以搏动的形式储存和释放。

外泌体的结构与组成

由各种类型的细胞释放到细胞外空间的外泌体是小的(30- 150nm)脂质囊泡。低温电镜显示外膜呈球状形态，但也有一小部分具有多膜或呈细长管状形态。后者可能由生物过程、物理力诱导的破碎和机械再密封而产生。外泌体的密度约为1.1 ~ 1.2 g/mL，其同质性受到蛋白质、脂质比、特定单一外泌体转运蛋白表达或外泌体代谢途径的影响。外泌体膜富含(或富含)胆固醇和鞘磷脂，还有少量卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，因此和细胞膜组成非常接近，生物相容性好。在外用外泌体时，也会有很好的透皮效果。

外泌体内也含有核酸，包括单链、基因组双链、线粒体或逆转录的互补DNA。RNA包括microRNA、核糖体RNA和长链非编码RNA，它们能以功能形式转移到其他细胞和组织中。

图 3 外泌体

免疫反应和炎症的调节

炎症是人体对有害刺激的自我防御机制。伤口愈合可能会因慢性和过度的炎症而延迟，因此良好的炎症调节保证了伤口愈合。激活的T调节细胞可以通过减少干扰素(IFN-α)的产生和M1巨噬细胞的聚集能力来促进伤口愈合。ADSCs-EXOs通过减少IFN-α的分泌而发挥免疫抑制作用，从而抑制T细胞的激活。此外,ADSCs-EXOs含有免疫调节蛋白如TNF-α、巨噬细胞集落刺激因子(MCSF)。ADSCs-EXOs也可上调巨噬细胞炎症蛋白-1α和单核细胞趋化蛋白-1的表达，促进早期炎症。

加速皮肤细胞的增殖和再生

在增殖期，成纤维细胞增殖产生ECM，上皮细胞增殖并向伤口中心迁移以促进伤口愈合。因此，皮肤细胞的增殖和再上皮化对皮肤再生很重要。ADSCs-EXOs被成纤维细胞内化，并以剂量依赖的方式刺激增殖、迁移和胶原合成。正如在体内实验中所示，ADSCs-EXOs通过优化成纤维细胞特性加速皮肤伤口愈合。ADSCs-EXOs上调199个miRNA，下调93个miRNA，促进真皮成纤维细胞增殖和分化，加速皮肤再生。

图 4 加速皮肤细胞的增殖和再生

调节胶原重塑，抑制瘢痕增生

瘢痕增生是创面愈合后皮肤和软组织的形态学和组织病理学改变。严重创伤和大面积烧伤常导致瘢痕增生，影响美观，损害器官功能。ADSCs-EXOs可调节胶原重塑抑制瘢痕增生。在早期，外泌体通过I和III型胶原的合成促进胶原重构，而在晚期则通过抑制胶原形成减少瘢痕。此外，ADSCs-EXOs通过调节成纤维细胞的分化和基因表达，刺激细胞外基质的重建，从而促进伤口愈合，防止疤痕增生。前期研究发现，在体内，ADSCs-EXOs阻止成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，但增加了转化生长因子TGF-β3与TGF-β1的比例。ADSCs-EXOs还增加了皮肤真皮成纤维细胞中基质金属蛋白酶-3 (MMP3)的表达，导致MMP3与基质金属蛋白酶-1组织抑制剂(TIMP1)的比例较高。这有利于细胞外基质(ECM)的重塑，减少瘢痕。

图 5 ADSCs-EXOs促进伤口愈合的机制

致谢：

1. Choi E W , Seo M K , Woo E Y , et al. Exosomes from human adipose derived stem cells promote proliferation and migration of skin fibroblasts[J]. Experimental Dermatology, 2017.

2. An, Y, Lin, S, Tan, X, et al. Exosomes from adipose‐derived stem cells and application to skin wound healing. Cell Prolif. 2021; 00:e12993. https://doi.org/10.1111/cpr.12993