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臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體一直默默無聞，但它或許將會成為再生醫(yī)學(xué)新的熱點。

臍帶早已被證明是間充質(zhì)干細(xì)胞的優(yōu)質(zhì)來源之一，但它的現(xiàn)實身份仍然在“醫(yī)療垃圾”和“生物資源”間搖擺。而外泌體在剛被發(fā)現(xiàn)時，也被普遍認(rèn)為是細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的”排泄物”。

但隨著外泌體研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它是參與細(xì)胞間物質(zhì)與信息傳遞的重要一環(huán)。對外泌體的研究興趣也日益增長，主要集中在疾病診斷和細(xì)胞治療領(lǐng)域。

而由于臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞具備采集方便、增殖能力強和免疫原性低的優(yōu)勢，其分泌的外泌體常被用于再生醫(yī)學(xué)和各種疾病的治療研究。

外泌體，來源：Alxerion Biotech

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs）是一類來源于發(fā)育早期中胚層的多能干細(xì)胞，是目前研究最多、最重要的成體干細(xì)胞之一。

MSCs廣泛存在于全身多種組織中，并可在體外培養(yǎng)擴(kuò)增，可在特定條件下分化為包括神經(jīng)細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、脂肪細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞，連續(xù)傳代培養(yǎng)和冷凍保存后仍具有多向分化潛能。

與其他來源的MSCs相比，來源于臍帶的MSCs具有采集方便、無倫理爭議、免疫原性低、自我更新快、倍增速度穩(wěn)定和增殖能力強等特點。因此，臍帶MSCs適合用于臨床研究和應(yīng)用，是細(xì)胞治療和再生醫(yī)學(xué)的首選。

外泌體，來源：Direct Biologics

外泌體

外泌體（exosome, EXO）是一類直徑40-100nm的微小囊泡，可以將脂類、碳水化合物、蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA和DNA等生物分子從一個細(xì)胞傳遞到另一個細(xì)胞，從而交換遺傳信息、重編程宿主細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞間通訊。

“外泌體”一詞在1981年由Trams等人首次提出。由于其強大的生物活性和細(xì)胞功能，外泌體現(xiàn)在被作為一種無細(xì)胞治療方案受到研究者的廣泛關(guān)注。

外泌體治療的主要優(yōu)勢包括：免疫原性比細(xì)胞更低，內(nèi)容物穩(wěn)定易保存，可通過改變細(xì)胞環(huán)境調(diào)節(jié)外泌體功能，易于量產(chǎn)。

外泌體應(yīng)用的主要難點包括：分離純化方法的選擇和優(yōu)化，如何向靶細(xì)胞遞送藥物等。在制備高質(zhì)量、均勻、大量的外泌體以及優(yōu)化外泌體儲存條件時也存在挑戰(zhàn)。

外泌體，來源：Beckman Coulter

臍帶MSC-EXO的應(yīng)用

在臍帶來源MSC-EXO的研究報道中，MSCs的所有優(yōu)點均保留了下來，包括從臍帶MSCs分泌的低免疫原性治療因子、強大的組織修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)作用。

在具有相同功能的同時，臍帶MSC-EXO還擁有更顯著的安全性。

臍帶MSC-EXO對腎臟和肝臟沒有不良影響。其他如全身過敏反應(yīng)、溶血、熱原、血液學(xué)指標(biāo)、血管和肌肉刺激等證據(jù)均支持它作為一種安全的治療介質(zhì)。還有研究證明，臍帶MSC-EXO可以促進(jìn)細(xì)胞增殖和保護(hù)細(xì)胞免受過氧化氫誘導(dǎo)的凋亡。

由于臍帶MSC-EXO具備采集方便、增殖能力強和免疫原性低的優(yōu)勢，已被廣泛用于再生醫(yī)學(xué)及各種疾病的治療研究。

眼科疾病

特發(fā)性黃斑裂孔（MH）是視力障礙的原因之一。Zhang等研究者在標(biāo)準(zhǔn)的玻璃體切割術(shù)聯(lián)合內(nèi)界膜剝離后，對7名大直徑難治性MH患者進(jìn)行了玻璃體內(nèi)注射臍帶MSC、臍帶MSC-EXO、空氣填充等治療。結(jié)果，6名患者裂孔閉合，其中5人最佳矯正視力得到改善。這項研究表明，常規(guī)玻璃體切割術(shù)聯(lián)合MSC-EXO和MSC可以改善難治性MH手術(shù)的解剖學(xué)和視力表現(xiàn)。Yu等人的研究比較了玻璃體內(nèi)注射臍帶MSC-EXO和MSC，觀察到臍帶MSC-EXO就像MSC一樣能抑制細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。

腎臟疾病

研究者發(fā)現(xiàn)，臍帶MSC-EXO在體外和體內(nèi)，對抗癌化療藥物順鉑誘導(dǎo)的腎毒性都具有治療作用。在一項研究中，檢查了臍帶MSC-EXO預(yù)處理對順鉑誘導(dǎo)的腎毒性預(yù)防的作用。結(jié)果表明自噬在減輕組織損傷中有重要作用，而臍帶MSC-EXO預(yù)處理可引起自噬激活，減少細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。因此，臍帶MSC-EXO可以被視為順鉑副作用的預(yù)防策略。

阿爾茨海默病

阿爾茲海默病是一種神經(jīng)退行性病變，其特征性表現(xiàn)是β-淀粉肽在腦中沉積，腦啡肽酶是腦中最重要的β-淀粉肽降解酶。間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體能夠攜帶高水平的腦啡肽酶，與高表達(dá)β-淀粉肽的成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞共培養(yǎng)時，能夠降低細(xì)胞內(nèi)外的β-淀粉肽，這提示了間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體可能有效治療阿爾茲海默病。一項研究表明，在阿爾茲海默病小鼠模型中注射臍帶MSC-EXO可以提高空間學(xué)習(xí)和記憶力。

炎癥性腸病

炎癥性腸病是一組腸道慢性疾病的統(tǒng)稱，包括克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎等。Mao等人研究了臍帶MSC-EXO對硫酸葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)炎癥性腸病的治療作用。結(jié)果表明，IL-10作為一種抗炎細(xì)胞因子表達(dá)增加，而包括IL-6、TNF-α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、IL-1β和IL-7在內(nèi)的炎性前細(xì)胞因子表達(dá)減少了。

神經(jīng)性疼痛

周圍神經(jīng)損傷可引起神經(jīng)性疼痛。Shiue等人的研究發(fā)現(xiàn)，將臍帶MSC-EXO鞘內(nèi)施用至L5 / 6脊神經(jīng)結(jié)扎中，外泌體可在背根神經(jīng)節(jié)、同側(cè)L5脊背角和周圍軸突中歸巢。臍帶MSC-EXO還可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)，逆轉(zhuǎn)脊神經(jīng)結(jié)扎引起的機(jī)械性異常性疼痛和熱痛覺過敏。臍帶MSC-EXO的歸巢能力、抗炎作用及再生特性使其成為治療神經(jīng)損傷疼痛的候選。

胰腺導(dǎo)管腺癌

除了直接發(fā)揮作用，臍帶MSC-EXO還可作為遞送藥物的載體。作為腫瘤抑制因子的miR-145-5p5p在各種類型的癌癥中均被下調(diào)，包括胰腺導(dǎo)管腺癌、肝細(xì)胞癌、結(jié)腸直腸癌、胃癌和乳腺癌。Ding等人的研究發(fā)現(xiàn)，臍帶MSC-EXO介導(dǎo)的miR-145-5p傳遞給胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞，可抑制PDAC細(xì)胞的增殖和侵襲，增加細(xì)胞周期阻滯、凋亡，降低Smad3在體外的表達(dá)。

脊髓損傷

M1巨噬細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子，破壞宿主細(xì)胞。M2巨噬細(xì)胞通過產(chǎn)生IL-4和IL-10細(xì)胞因子抑制炎癥性免疫反應(yīng)，促進(jìn)血管生成并清除壞死部分。研究表明，臍帶MSC-EXO在脊髓損傷的治療中可誘導(dǎo)M1向M2表型轉(zhuǎn)化并改善性能，這種轉(zhuǎn)化減少了炎性細(xì)胞因子。

肝臟疾病

臍帶MSC-EXO注射劑治療急性和慢性肝損傷和四氯化碳誘導(dǎo)的肝腫瘤，抑制了急性肝損傷、肝纖維化以及肝腫瘤的生長，隨后在體內(nèi)和體外抑制了細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激。臍帶MSC-EXO和不同的抗氧化劑具有保肝作用。而且，臍帶MSC-EXO在抑制四氯化碳誘導(dǎo)的肝損傷和腫瘤發(fā)展中有很強的抗氧化活性。另一方面，在急性肝衰竭模型中，在體外和體內(nèi)使用臍帶MSC-EXO可降低NLRP3炎性體表達(dá)、炎性因子以及ALT和AST水平。

心臟疾病

在一項研究中，江蘇大學(xué)趙媛媛等人研究了臍帶MSC-EXO在急性心肌梗死中的作用。他們將臍帶MSC-EXO靜脈注射到大鼠模型中。超聲心動圖檢查結(jié)果顯示，臍帶MSC-EXO注射4周后心臟功能改善。另外，在Masson三色染色后，還觀察到心臟纖維化的減少。

創(chuàng)傷愈合

Bakhtyar等科學(xué)家在臍帶中檢測到含有大量α-2-巨球蛋白的外泌體，而后者被認(rèn)為是可能促進(jìn)傷口愈合的主要成分。隨后開展的動物實驗表明，與對照組相比，外泌體治療組的傷口愈合明顯增強，傷口部位存在更多數(shù)量的細(xì)胞，且傷口的膠原沉積顯著增加。這表明臍帶MSC-EXO可以成為幫助傷口愈合的替代療法。

2型糖尿病

研究表明，臍帶MSC-EXO增加了2型糖尿病模型大鼠骨骼肌中的葡萄糖攝取，并減少了糖原分解，以維持止血功能。胰島素抵抗是2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制。臍帶MSC-EXO可以通過促炎性細(xì)胞因子，促進(jìn)組織的胰島素敏感性。此外，臍帶MSC-EXO還通過抑制STZ誘導(dǎo)的β細(xì)胞凋亡來提高胰島β細(xì)胞的胰島素水平。

子癇前期

子癇前期與妊娠期高血壓和蛋白尿有關(guān)。Xiong等人研究了低、中和高劑量的臍帶MSC-EXO在小鼠子癇前期模型中的作用。結(jié)果表明，臍帶MSC-EXO的劑量依賴性治療通過抑制細(xì)胞凋亡，改善了胎盤組織形態(tài)并促進(jìn)了胎盤組織中的血管生成。

移植物抗宿主病

L. Wang等人的研究發(fā)現(xiàn)，在造血干細(xì)胞移植大鼠模型中，臍帶MSC分泌的細(xì)胞外囊泡（包括外泌體和微泡）顯著降低了急性GVHD的表現(xiàn)并增加了大鼠存活率。此外，抗炎細(xì)胞因子（IL-10）升高，炎性細(xì)胞因子（IFN-γ，IL-2和TNF-α）降低，表明細(xì)胞外囊泡通過調(diào)節(jié)免疫發(fā)揮了治療作用。

撰文?/??觀Sir? ?校對?/??朱灝?

圖片來源

freepik.com, flaticon.com,?pixabay.com, leafscience.org

參考資料

蔣歡, 劉堯, 陳旭. 間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體應(yīng)用于組織再生的研究進(jìn)展[J]. 中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 2018, 47(1): 73-77

Yaghoubi Y, Movassaghpour A, etc. Human umbilical cord mesenchymal stem cells derived-exosomes in diseases treatment.?Life Sci. 2019 Sep 15;233:116733.

Zhang B, Shen L, Shi H, etc.?Exosomes from Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells: Identification, Purification, and Biological Characteristics. Stem Cells Int. 2016;2016:1929536.?

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