脂肪源干細胞外泌體及其在皮膚傷口愈合中的應用

圖 1?外泌體的臨床應用

皮膚創面愈合是臨床急需解決的棘手問題。為了解決這一問題，大量的研究集中在脂肪源性干細胞(ADSCs)衍生的外泌體(exosome, EXOs)應用上。本文就ADSCs – EXOs調控傷口愈合的機制及其臨床應用作一綜述。在傷口中，ADSCs-EXOs調節免疫反應和炎癥反應。它們還能促進血管生成，加速皮膚細胞的增殖和再上皮化，調節膠原重塑，抑制疤痕增生。與ADSCs療法相比，ADSCs-EXOs具有較高的穩定性，易于存儲。此外，它們不會被免疫系統排斥，有歸巢效應，而且劑量易于控制。ADSCs-EXOs可促進糖尿病患者脂肪移植，促進傷口愈合。它們也可以作為治療的載體和復合支架，促進皮膚修復不留疤痕。

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外泌體的生物學特性

外泌體是旁分泌的組成部分之一，是干細胞有效性的主要貢獻者。它們是小的、單一的膜質、富含蛋白質、脂質、核酸和碳水化合物的分泌細胞器。它們也被認為能開展各種各樣的活動，如重塑細胞外基質和向其他細胞傳遞信號和分子。外泌體避免了干細胞的許多缺點，因為它們穩定且容易儲存。此外，它們不會被免疫系統排斥，有歸巢作用，且劑量易于控制。

?圖 2?外泌體的生物形成

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外泌體(EXO)是胞外囊泡的一種亞型，來源于胞內體和質膜的內吞、融合和出芽過程。EXOs和其他胞外囊泡的生物形成和釋放方式如下(圖1)。第一種是吞噬體和質膜產生的原代核內體進一步酸化形成次生核內體。這些細胞隨后向內芽形成多泡體(MVBs)。一些進入溶酶體的MVBs被降解，而其余的MVBs在融合到質膜時釋放胞外囊泡。在第二種情況下，胞外囊泡直接從質膜上出芽，原子力顯微鏡實驗表明，干細胞的質膜上胞外囊泡出芽的速率與它們的產生速率相等。可能也存在其他的外生方式。最近的研究表明，某些類型的細胞在質膜深層內陷可以延遲釋放外泌體。這些胞內質膜連接室(IPMCs)通過頸部與胞外環境形成連續體，囊泡可在頸部以搏動的形式儲存和釋放。

外泌體的結構與組成

由各種類型的細胞釋放到細胞外空間的外泌體是小的(30- 150nm)脂質囊泡。低溫電鏡顯示外膜呈球狀形態，但也有一小部分具有多膜或呈細長管狀形態。后者可能由生物過程、物理力誘導的破碎和機械再密封而產生。外泌體的密度約為1.1 ~ 1.2 g/mL，其同質性受到蛋白質、脂質比、特定單一外泌體轉運蛋白表達或外泌體代謝途徑的影響。外泌體膜富含(或富含)膽固醇和鞘磷脂，還有少量卵磷脂和磷脂酰乙醇胺，因此和細胞膜組成非常接近，生物相容性好。在外用外泌體時，也會有很好的透皮效果。

外泌體內也含有核酸，包括單鏈、基因組雙鏈、線粒體或逆轉錄的互補DNA。RNA包括microRNA、核糖體RNA和長鏈非編碼RNA，它們能以功能形式轉移到其他細胞和組織中。

圖 3?外泌體

免疫反應和炎癥的調節

炎癥是人體對有害刺激的自我防御機制。傷口愈合可能會因慢性和過度的炎癥而延遲，因此良好的炎癥調節保證了傷口愈合。激活的T調節細胞可以通過減少干擾素(IFN-α)的產生和M1巨噬細胞的聚集能力來促進傷口愈合。ADSCs-EXOs通過減少IFN-α的分泌而發揮免疫抑制作用，從而抑制T細胞的激活。此外,ADSCs-EXOs含有免疫調節蛋白如TNF-α、巨噬細胞集落刺激因子(MCSF)。ADSCs-EXOs也可上調巨噬細胞炎癥蛋白-1α和單核細胞趨化蛋白-1的表達，促進早期炎癥。

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加速皮膚細胞的增殖和再生

在增殖期，成纖維細胞增殖產生ECM，上皮細胞增殖并向傷口中心遷移以促進傷口愈合。因此，皮膚細胞的增殖和再上皮化對皮膚再生很重要。ADSCs-EXOs被成纖維細胞內化，并以劑量依賴的方式刺激增殖、遷移和膠原合成。正如在體內實驗中所示，ADSCs-EXOs通過優化成纖維細胞特性加速皮膚傷口愈合。ADSCs-EXOs上調199個miRNA，下調93個miRNA，促進真皮成纖維細胞增殖和分化，加速皮膚再生。

圖 4?加速皮膚細胞的增殖和再生

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調節膠原重塑，抑制瘢痕增生

瘢痕增生是創面愈合后皮膚和軟組織的形態學和組織病理學改變。嚴重創傷和大面積燒傷常導致瘢痕增生，影響美觀，損害器官功能。ADSCs-EXOs可調節膠原重塑抑制瘢痕增生。在早期，外泌體通過I和III型膠原的合成促進膠原重構，而在晚期則通過抑制膠原形成減少瘢痕。此外，ADSCs-EXOs通過調節成纖維細胞的分化和基因表達，刺激細胞外基質的重建，從而促進傷口愈合，防止疤痕增生。前期研究發現，在體內，ADSCs-EXOs阻止成纖維細胞向肌成纖維細胞分化，但增加了轉化生長因子TGF-β3與TGF-β1的比例。ADSCs-EXOs還增加了皮膚真皮成纖維細胞中基質金屬蛋白酶-3 (MMP3)的表達，導致MMP3與基質金屬蛋白酶-1組織抑制劑(TIMP1)的比例較高。這有利于細胞外基質(ECM)的重塑，減少瘢痕。

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圖 5?ADSCs-EXOs促進傷口愈合的機制

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致謝：

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