外泌體參與多種皮膚再生修復機制

外泌體是由多種細胞類型釋放的脂質雙層囊泡。這些具有生物活性的囊泡正逐漸成為參與各種病理生理過程的細胞間通訊的領頭羊。外泌體輸送特定的和具有生物活性的運輸貨物，包括脂質、核酸和蛋白質，它們可以反映其親本細胞，使它們在無細胞療法中具有吸引力。

許多研究結果證實了外泌體在抑制疤痕、灼燒、衰老和傷口恢復方面的關鍵作用。此外，前沿研究中外泌體的生物學研究正在興起，允許制定特定的指南和質量控制方法，這有利于它們在未來的可能應用。

外泌體參與多種皮膚再生修復機制

凝血功能

外泌體可以從唾液、單核巨噬細胞和血小板分泌物中提取。皮膚外傷后凝血功能受阻影響創面修復時間，凝血功能受阻與組織因子(tissue factor, TF)構象改變或TF抑制分子存在有關。

唾液來源的外泌體可以通過結合因子 VII 轉運活性 TF 來縮短傷口凝血時間。同時，這些分泌到細胞內空間的不同來源的外泌體也可以通過傳遞TF來激活凝血，例如單核細胞分泌的外泌體可以與血小板結合并將自身的TF釋放到血小板中以激活下游級聯反應促進凝血酶和纖維蛋白凝塊形成。

皮膚細胞的增殖

皮膚細胞的增殖在皮膚損傷修復中起著至關重要的作用。目前，來自各種組織和細胞的外泌體調節皮膚細胞的增殖，如MSC外泌體、小鼠ESC外泌體、內皮祖細胞衍生的外泌體和成纖維細胞衍生的外泌體。

這些外泌體以兩種方式調節細胞增殖，激活細胞周期相關基因或增加生長因子表達水平。外泌體 RNA 或蛋白質被遞送至靶細胞，例如 Wnt4 運輸以激發表皮細胞中的 β-catenin 信號通路，或將小RNA遞送至下游Akt、Erk、MAPK信號通路等，最終歸因于細胞調控周期相關基因如cyclinA1、cyclinD1、cyclinD3促進細胞增殖。此外，外泌體還可以激活白介素 6 (IL-6)、胰島素樣生長因子 1 (IGF-1)、血管內皮生長因子 (VEGF) 和其他生長因子，從而刺激受損皮膚細胞增殖。外泌體的增殖作用可由影響周圍細胞的旁分泌和從頭影響自身的自分泌引起。

遷移調節作用

細胞的增殖和遷移是傷口愈合的關鍵。隨著凝血期的開始，免疫炎性細胞如巨噬細胞和中性粒細胞首先被募集到受損部位以清除壞死的組織碎片以及吞噬感染的微生物。

隨后，表皮細胞和真皮成纖維細胞開始遷移到受傷部位以填補空缺并促進傷口愈合。在這個過程中，來自各種細胞的外泌體參與了細胞遷移的調節，例如間充質干細胞、角質形成細胞、內皮細胞和成纖維細胞來源的外泌體。角質形成細胞來源的外泌體可以通過以自分泌方式轉運熱休克蛋白 90α (HSP90α) 來促進自身遷移。

此外，角質形成細胞來源的外泌體還可以促進血管內皮細胞的遷移，從而促進血管的再生和修復。角質形成細胞來源的外泌體通過轉運 HSP 90α 增強真皮成纖維細胞的遷移，這在機械上與其與細胞表面受體 LRP-1/CD91 的相互作用相關。MSC外泌體通過激活Erk1/2信號通路調節成纖維細胞遷移，導致靶細胞IL-6、cyclin1、MMP-1、N-cadherin等因子表達上調。

促進血管生成

血管生成為修復組織提供氧氣并提供營養。血管內皮細胞的增殖是其重要組成部分。此外，它還需要與血管生成、內皮細胞和周圍的細胞外基質環境相互作用。

創面對血管內皮細胞具有趨化作用，使內皮細胞穿透血管基底膜，進入細胞外基質，形成管腔樣結構并不斷延伸、分支，最終生成新的血管網。在此過程中，人間充質干細胞和內皮細胞來源的外泌體可增加創面新生血管的密度，這與促進內皮細胞增殖和遷移有關。

此外，內皮祖細胞和富含血小板的血漿來源外泌體可激活靶細胞中促血管生成基因的表達，如IL-8、IL-6、纖維生長因子2、E-選擇素等。這些因子會進一步激活Erk1/2等相關信號通路，激活下游VEGFA、VEGFR-2、c-Myc。

研究發現hucMSC-Ex通過促進血管內皮細胞的Wnt4/β-catenin信號通路來修復傷口。相反，一些研究人員發現外泌體通過與靶細胞表面的 CD36 結合來抑制血管的形成。因此，盡管在調節血管生成方面具有巨大潛力，但在使用外泌體時仍需具體分析其來源、類型和具體病理情況。

皮膚干細胞動員和參與

干細胞是解釋皮膚超強自我修復能力的重要原因。表皮干/祖細胞一般位于表皮基底層，以滿足日常角蛋白更新代謝或皮膚損傷后補充新細胞的需要。皮膚干細胞的增殖和分化受多種因素的影響，最終達到增殖和分化的平衡。

在大鼠深二度燙傷修復模型中，我們證實hucMSC-Ex可在修復早期激活CK19和α6整合素陽性的表皮干細胞，并使修復后的表皮干細胞恢復到靜止狀態完成了。其機制可能與Wnt/β-catenin信號通路與Hippo/YAP信號通路之間的動態調控有關。

此外，表皮干細胞在創傷后早期參與表皮再生，但在晚期和正常表皮更新中不發揮作用。來自自體干細胞的外泌體還可有效促進受損皮膚細胞的增殖、血管生成和傷口愈合。

免疫調節

皮膚外傷和感染后，大量免疫細胞被募集到病變區域，外泌體運輸病理核酸、蛋白質和脂質，參與抗原促進、免疫反應相關受體激活和防御誘導，因此引起人們的興趣，將外泌體視為良好的基于免疫的療法和候選疫苗。

皮膚和免疫細胞通過分泌外泌體介導相應的免疫效應。角質形成細胞通過分泌外泌體加速樹突狀細胞的刺激和成熟，增強CD40的表達，并產生大量細胞因子如IL-6、IL-10、IL-12。

來自單核細胞等循環免疫細胞的外泌體還可以通過轉運 14-3-3 蛋白促進真皮成纖維細胞中 MMP-1 的表達，從而促進細胞向傷口區域遷移。

此外，MSC外泌體通過調節抑制性免疫細胞Treg參與自體皮膚移植，汗液中的外泌體也可以調節皮膚免疫，這是供體外泌體在移植后觸發同種異體反應性 T 細胞反應 。

M2 巨噬細胞衍生的外泌體 (M2-Exo)在體外誘導 M1-M2 轉化，通過促進新血管形成、膠原沉積和再上皮化來促進傷口愈合。

近年來，免疫細胞如樹突狀細胞來源的外泌體被用于刺激T細胞激活宿主抗腫瘤免疫，并已進入I期和II期臨床試驗。

相反，一些研究發現，在皮膚移植后，一些供體來源的外泌體意外地觸發了免疫反應，并通過激活自體T細胞免疫來攻擊受體組織細胞，這提醒我們皮膚的免疫系統是一個相當復雜的網絡，每一種類型內部細胞可能與附近或遠處的其他細胞類型進行通信，一些“串擾”機制被解鎖，而另一些則沒有，外泌體在免疫調節中的功能和應用仍有待更充分的研究。

圖：外泌體在皮膚病中的免疫調節作用。皮膚依靠免疫系統來實現基本功能，例如溫度調節和感染控制。傷口愈合過程是一個復雜的過程，至少有三個階段，而免疫細胞參與了所有階段。炎癥階段一開始，中性粒細胞和巨噬細胞就會滲入傷口愈合中。創面是一個復雜的微環境，其內部的表皮細胞、成纖維細胞、基質細胞等細胞可以通過釋放特定的生物分子與T細胞、Tregs、樹突狀細胞和巨噬細胞等免疫細胞相互作用，共同影響疾病的命運。

細胞外基質重塑

外泌體參與皮膚損傷修復以及組織重塑的出血、炎癥和增殖階段。來自各種細胞的外泌體已顯示出對細胞外基質的有效調節功能。

彈性蛋白是細胞外基質維持結構的重要組成部分，外泌體可以在組織重塑過程中促進彈性蛋白的表達。主要由成纖維細胞分泌的膠原蛋白也參與組織重塑。

脂肪來源的MSC外泌體可有效促進真皮成纖維細胞的增殖和分泌能力。外泌體還能夠通過其膜表面 LOXL2 蛋白促進細胞外基質中膠原蛋白的形成。

其他相同的研究表明，外泌體可以在纖維網絡中分離，證明它們參與細胞外基質的形成和功能調節。此外，外泌體可以通過與膜聯蛋白 A1 和甲酰肽受體相互作用來加速修復過程并限制結痂大小，從而完成組織重塑。

定制外泌體作為皮膚病的新療法

外泌體在皮膚傷口中的積極作用不斷得到認可。目前，研究領域掀起了外泌體工程改造熱潮，通過對原始細胞進行基因操作，通過物理孵育、凍融循環、電穿孔、超聲處理等方式加載藥物或治療性分子，最大限度地發揮外泌體的優勢。精心設計的外泌體可以消除天然外泌體的局限性，提高靶向能力、循環半衰期以及貨物濃度。

總之，外泌體可顯著修復皮膚損傷，為多種疾病的治療提供新的治療策略，為基于外泌體修飾的生物制藥奠定重要基礎。大量研究已經證明了外泌體，尤其是MSC-外泌體在組織再生、免疫調節中的作用。