外泌體療法的新機(jī)制及在皮膚醫(yī)學(xué)美容領(lǐng)域的應(yīng)用

暴露于外部環(huán)境可能導(dǎo)致皮膚不穩(wěn)定和功能障礙，導(dǎo)致難治性傷口、皮膚老化、色素性皮膚病、脫發(fā)、一些免疫介導(dǎo)的皮膚病和結(jié)締組織病。如今，許多皮膚治療未能在醫(yī)療康復(fù)和美容需求之間取得令人稱道的平衡。

外泌體是細(xì)胞衍生的納米級(jí)囊泡，攜帶各種生物分子，包括蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)，具有與相鄰或遠(yuǎn)處細(xì)胞通信的能力。

皮膚是人體最大的物理、化學(xué)和免疫屏障有機(jī)體，由表皮、真皮和皮下組織組成。外部最外層是 10-20 μm 厚的角質(zhì)層，包含 10-15 層相互交叉的死細(xì)胞。第二層稱為活表皮，厚度為 100-150 μm，主要由處于不同分化階段的角質(zhì)形成細(xì)胞組成。

除了角質(zhì)形成細(xì)胞外，表皮中還發(fā)現(xiàn)了黑素細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞和其他幾種類型的細(xì)胞。

第三層是富含細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 蛋白和生長(zhǎng)因子的真皮，歸因于各種真皮成纖維細(xì)胞譜系的存在。

最后一層皮下組織或皮下層被脂肪細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC) 和結(jié)締組織包圍。

皮膚層內(nèi)的重要細(xì)胞類型，包括角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞，具有在皮膚環(huán)境中相互交流的能力，并且可以在內(nèi)部和外部刺激后觸發(fā)復(fù)雜的反應(yīng)（圖 1A ）。

圖 1。皮膚結(jié)構(gòu)和外泌體分子組成的圖示。(A) 皮膚從外到內(nèi)分為三層：表皮、真皮和皮下組織。表皮由形成復(fù)層角質(zhì)的角質(zhì)形成細(xì)胞組成，黑素細(xì)胞和朗格漢斯細(xì)胞散布在表皮中。表皮的外層是由角質(zhì)化死細(xì)胞組成的皮膚角質(zhì)層，具有耐磨性。真皮層充滿成纖維細(xì)胞，有助于形成豐富的纖維細(xì)胞外基質(zhì)成分，包括彈性蛋白、原纖維蛋白、膠原蛋白以及血管和神經(jīng)末梢。最后的皮下組織由脂肪細(xì)胞和結(jié)締組織組成。(B) 作為具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)的膜衍生納米囊泡，外泌體包裝了多種細(xì)胞成分，包括核酸（DNA、mRNA、miRNA、circRNA、lncRNA）、生物合成相關(guān)蛋白（ALIX、TSG101）、熱休克蛋白（ HSP70、HSP90）、酶（GAPDH、ATPase 、Pgk1）、脂質(zhì)、粘附分子、受體和參與抗原呈遞的各種組織特異性蛋白，如跨膜蛋白（CD9、CD63、CD81、CD82）和 MHC-I 和 MHC- II（主要組織相容性復(fù)合體）。

皮膚病被認(rèn)為是近年來(lái)流行率不斷上升的威脅醫(yī)學(xué)問(wèn)題。基因構(gòu)成、生活方式、營(yíng)養(yǎng)、太陽(yáng)輻射和陽(yáng)光敏感性、接觸重金屬和大氣顆粒物以及其他環(huán)境影響可能導(dǎo)致皮膚細(xì)胞毒性、皮膚屏障受損、基質(zhì)蛋白和炎癥反應(yīng)激活。

皮膚成分、生理功能和正常結(jié)構(gòu)損傷的喪失，可能導(dǎo)致皮膚異常，包括皮膚老化、色素性皮膚病、一些免疫介導(dǎo)的皮膚病、結(jié)締組織病和受傷后皮膚愈合不良。

改善皮膚狀況和治療皮膚病的方法有很多，如護(hù)膚、激光、藥物、手術(shù)和細(xì)胞療法等。盡管如此，這些方法均未達(dá)到理想的皮膚修復(fù)和再生效果，并存在各自的不足。因此，明確發(fā)病機(jī)制，建立有效途徑，對(duì)加速皮膚再生，恢復(fù)受損皮膚功能具有重要意義。

外泌體是細(xì)胞衍生的納米級(jí)囊泡，直徑為 30–150 nm。外泌體是具有雙層膜的結(jié)構(gòu)，攜帶重要的基因信息，例如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)和核酸。

富含外泌體的蛋白質(zhì)包括膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GTP 酶和膜聯(lián)蛋白）、四跨膜蛋白（CD63、CD81、CD82 和 CD9）、生物發(fā)生相關(guān)蛋白（ESCRT 復(fù)合物、ALIX 和 TSG101）和熱休克蛋白（HSP60、70 和90), 它們通常被認(rèn)為是外泌體的特征性生物標(biāo)志物。

外泌體具有作為細(xì)胞間遞質(zhì)影響鄰近細(xì)胞的能力，同時(shí)保留其母細(xì)胞的一些生物學(xué)特性。

外泌體可以調(diào)節(jié)基本的細(xì)胞過(guò)程，例如增殖、分化、遷移和細(xì)胞死亡，這取決于外泌體的來(lái)源、生理和病理狀態(tài)，甚至精確的細(xì)胞釋放位點(diǎn)。

新出現(xiàn)的證據(jù)證實(shí)外泌體參與各種疾病進(jìn)展，顯示外泌體和外泌體貨物作為診斷和治療生物標(biāo)志物的潛力（圖 1 B）。

在皮膚中，外泌體介導(dǎo)的信息傳遞和細(xì)胞間通訊是維持細(xì)胞功能和組織穩(wěn)態(tài)所必需的。

研究表明，穿梭于多種皮膚細(xì)胞的內(nèi)源性外泌體，參與了慢性炎癥性皮膚病的復(fù)雜分子機(jī)制。

因此，外泌體內(nèi)容物可以成為診斷和治療皮膚功能障礙和疾病的潛在生物標(biāo)志物。

更重要的是，來(lái)自干細(xì)胞和其他細(xì)胞類型的外泌體可以成為再生醫(yī)學(xué)和美學(xué)的治療選擇，特別是在疤痕預(yù)防和減少、色素沉著調(diào)節(jié)和毛發(fā)生長(zhǎng)方面。

例如，黑色素細(xì)胞分泌的外泌體可以調(diào)節(jié)皮膚色素沉著，而來(lái)自皮膚中其他細(xì)胞類型的外泌體也可以影響黑色素細(xì)胞中黑色素的產(chǎn)生。

源自間充質(zhì)干細(xì)胞（ MSC） 的外泌體在皮膚致敏試驗(yàn)中也被歸類為潛在的非致敏劑，可安全用作局部治療，無(wú)不良反應(yīng)。這些證明了外泌體作為治療劑、醫(yī)療美容成分或其他生物學(xué)用途的優(yōu)良潛力。

皮膚醫(yī)學(xué)美學(xué)中的外泌體

隨著社會(huì)的發(fā)展和人類審美的改變，疤痕、面部老化、色斑、脫發(fā)等皮膚問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

醫(yī)學(xué)美容干預(yù)有利于改變個(gè)人印象，改善情緒和自尊。外泌體為促進(jìn)皮膚美容中的皮膚再生和修復(fù)提供了多方面的策略（圖 2）。

圖 2 | 外泌體在皮膚醫(yī)學(xué)美學(xué)中的作用機(jī)制。(A) 來(lái)自臍帶來(lái)源的 MSCs 的外泌體富含 miR-21、miR-23a、miR-125b 和 miR-145，靶向 TGF-β2/SMAD2 通路以抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化，從而減少過(guò)度纖維化和疤痕形成。(B) 外泌體可以改善角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的功能，增強(qiáng)膠原蛋白和彈性蛋白合成，增加真皮脂肪，從而促進(jìn)皮膚抗衰老的再生修復(fù)能力。(C) 暴露于 UVB 后，角質(zhì)形成細(xì)胞衍生的外泌體通過(guò) miR-3196 和 MITF 依賴性信號(hào)通路或 miR-203 和 MITF 獨(dú)立信號(hào)通路調(diào)節(jié)其 miRNA 含量以增加黑素細(xì)胞色素沉著。在角質(zhì)形成細(xì)胞衍生的外泌體中過(guò)表達(dá) miR-330-5p 會(huì)降低黑色素細(xì)胞中黑色素的產(chǎn)生和TYR 的表達(dá)。來(lái)自角質(zhì)形成細(xì)胞外泌體的 miR-675 通過(guò)抑制 MITF 表達(dá)參與 H19 lncRNA 下調(diào)刺激黑素生成。(D) 真皮乳頭細(xì)胞來(lái)源的外泌體促進(jìn) DPC、ORSC 和 HFSC 的活力，增加 IGF-1、 KGF、HGF、β-catenin 和Shh的表達(dá), 并且還加速了 HF 毛發(fā)生長(zhǎng)初期的發(fā)生, 推遲了毛發(fā)生長(zhǎng)中期, 小鼠皮膚中的毛干更長(zhǎng)了。毛囊干細(xì)胞，HFSCs；真皮乳頭細(xì)胞，DPC；毛囊，HF；外根鞘細(xì)胞，ORSCs；轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β，TGF-β；角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)因子，KGF；胰島素樣生長(zhǎng)因子，IGF；肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子，HGF；音速刺猬，噓；紫外線B，UVB；黑素細(xì)胞誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子，MITF；酪氨酸酶，TYR。

外泌體在疤痕修復(fù)中的作用

有幾種補(bǔ)充療法，例如手術(shù)、激光療法和細(xì)胞療法，可以最大限度地減少和改善疤痕外觀。

外泌體可以加速傷口后疤痕的修復(fù)過(guò)程。非常有趣的是，研究表明在小鼠傷口愈合的早期全身施用外泌體可增加膠原蛋白 I 和 III 的產(chǎn)生?。外泌體在后期抑制膠原蛋白表達(dá)以減少疤痕形成。

此外，在全層皮膚傷口的小鼠模型中。外泌體可通過(guò)激活PI3 激酶Akt (PI3K/Akt) 信號(hào)通路促進(jìn)膠原蛋白合成并優(yōu)化膠原蛋白沉積，從而縮短小鼠模型的愈合時(shí)間并減少疤痕形成。

外泌體與由 F127-PEI 和 APu 組成的多功能 FEP 支架敷料結(jié)合使用，可以通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞增殖、肉芽組織形成、膠原蛋白沉積來(lái)加速愈合，減少疤痕組織形成和皮膚附件再生，重塑和再上皮化。

這些研究表明，將具有生物活性的。外泌體結(jié)合到多功能敷料中，在抑制疤痕形成和在愈合組織中產(chǎn)生皮膚附件方面具有巨大潛力。

外泌體在嫩膚和抗衰老中作用

由于內(nèi)在和外在的老化過(guò)程，皮膚會(huì)經(jīng)歷生理變化并不可避免地失去其結(jié)構(gòu)和功能特征。空氣污染、生活方式選擇，尤其是紫外線 (UV) 輻射等外部不利因素會(huì)導(dǎo)致皮膚老化。

由紫外線照射引起的光老化的特征是曬傷、不規(guī)則色素沉著、干燥、灰黃、粗糙、細(xì)小和粗大的皺紋，這主要是由于ECM材料的變化。真皮成纖維細(xì)胞是主要合成前膠原和彈性纖維等結(jié)構(gòu)成分的細(xì)胞類型。

衰老改變了 HDFs 的數(shù)量和增殖，減少了膠原蛋白的合成和修復(fù)，并加速了 MMPs 對(duì)現(xiàn)有皮膚基質(zhì)的降解。

各種細(xì)胞，特別是干細(xì)胞條件培養(yǎng)基和外泌體分泌的旁分泌物質(zhì)的有益作用，可以因此維持皮膚的穩(wěn)態(tài)和青春。

由于外泌體可以介導(dǎo)細(xì)胞間通訊并調(diào)節(jié)HDFs的特性，因此外泌體最近在抗衰老嫩膚方面受到了極大的關(guān)注。

源自 HDF 球體三維培養(yǎng)物的外泌體 (3D-HDF-exos) 通過(guò)下調(diào) TNF-α 和上調(diào) TGF-β引起 I 型前膠原增加和 MMP-1 表達(dá)降低。

在體外和裸鼠中，3D-HDF-exos 導(dǎo)致比 BMSC 衍生的外泌體更高水平的真皮膠原蛋白沉積光老化模型。

因此，3D-HDF-exos 可能調(diào)節(jié)真皮成纖維細(xì)胞以誘導(dǎo)有效的膠原蛋白生物合成并改善炎癥，具有抗皮膚老化特性。

在 UVB 誘導(dǎo)的光老化和自然衰老模型中，研究證明了人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的外泌體 (iPSC-exos) 改善了光老化 HDF 的基因型和表型變化。

iPSC-Exo 的有益作用是通過(guò)降低衰老相關(guān) β-半乳糖苷酶 (SA-β-gal) 和 MMP1/3 的表達(dá)水平并恢復(fù)I 型膠原蛋白在衰老的 HDF 中的表達(dá)。

隨著時(shí)間的推移，衰老細(xì)胞在各種組織中積累，并導(dǎo)致組織功能障礙和與衰老相關(guān)的表型。

外泌體的色素沉著調(diào)節(jié)和美白功效

在最薄的皮膚外層，太陽(yáng)輻射激活各種調(diào)節(jié)劑和途徑，導(dǎo)致黑色素細(xì)胞中黑色素合成增加。

黑色素細(xì)胞將黑色素輸送到表皮細(xì)胞，并與表皮細(xì)胞結(jié)合形成功能性表皮黑色素單位，在調(diào)節(jié)表皮色素沉著和穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。皮膚光保護(hù)防御的第一道防線之一是黑色素的合成。

然而，在暴露于有害物質(zhì)后，皮膚細(xì)胞中黑色素的過(guò)度生成和不規(guī)則積累也會(huì)導(dǎo)致皮膚灼傷、曬黑和色素沉著，包括日光性雀斑、雀斑、老年斑和黃褐斑。

皮膚色素沉著取決于表皮中角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞之間的相互作用。

外泌體將多種膜蛋白和胞質(zhì)成分?jǐn)y帶至黑素細(xì)胞，并通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)和酶活性調(diào)節(jié)健康和患病狀態(tài)下的色素沉著。

總之，外泌體逐漸成為當(dāng)代醫(yī)學(xué)，尤其是皮膚病學(xué)和皮膚醫(yī)學(xué)美容領(lǐng)域的前沿。許多皮膚損傷，包括毛發(fā)疾病，在治療方面都需要醫(yī)學(xué)和美學(xué)的嚴(yán)格結(jié)合。外泌體含有重要的旁分泌介質(zhì)，參與皮膚的多種生理和病理過(guò)程。作為細(xì)胞間信使，外泌體在各種皮膚細(xì)胞之間穿梭，如角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和免疫細(xì)胞，通過(guò)對(duì)組織再生和修復(fù)產(chǎn)生反常影響。

本文原文發(fā)表在Pharmacological Research，The novel mechanisms and applications of exosomes in dermatology and cutaneous medical aesthetics