外泌體與再生醫學：無細胞療法臨床應用的未來

再生醫學是指使功能無法自行恢復的病變組織、器官通過臨床治療措施得到結構和功能的重建，其研究的主要內容是干細胞如何發育成組織并應用干細胞潛能進行組織替代療法，旨在改善受損、功能障礙和缺失的組織及器官的再生。

許多臨床研究證實了干細胞的治療潛力，不同干細胞也表現出各自的優、缺點。間充質干細胞是目前臨床試驗中廣泛使用的細胞類型，它是一類具有自我更新、高度增殖、免疫調控、造血支持及多向分化潛能的干細胞，可在多種組織中發現，如骨髓、 脂肪、臍帶沃頓膠等。

多數間充質干細胞可以作為中胚層組織如骨骼、脂肪和軟骨發育的前體細胞，同時還可以跨越胚層橫向分化為各種組織細胞，如神經細胞和內皮細胞等。研究表明，間充質干細胞在再生醫學中發揮作用在很大程度上是由其旁分泌主導而實現的，而不是其在損傷部位的增殖和分化。

隨著研究者們的深入研究，逐漸發現旁分泌機制的重要調控作用，而外泌體作為旁分泌機制中的重要活性物質被越來越多的實驗證明在間充質干細胞修復損傷組織和組織再生方面起到關鍵作用。

一、外泌體與再生醫學?

研究表明，間充質干細胞來源外泌體與間充質干細胞有著相似的功能，包括修復與再生組織、抑制炎癥反應及調節機體免疫，但外泌體相 對于間充質干細胞又有許多優勢。首先，間充質干細胞來源外泌體更穩定，更好保存，易于管理和控制，可以人為改變其內容物的種類和數量，可根據需要調節用量；其次，它們沒有活細胞，不會像間充質干細胞那樣可能會過多增殖而放大療效或者癌變導致疾病加重；另外，它有可能避免某些針對間充質干細胞的調控問 題，間充質干細胞來源外泌體有代替間充質干細胞的趨勢，從依賴間充質干細胞的細胞替代療法向依賴間充質干細胞來源外泌體的生物療法轉變。外泌體作為間充質干細胞旁分泌活動的重要方式，在組織再生中發揮重要作用。

1.皮膚損傷修復?

皮膚傷口通常需要精細組織修復，愈合不良會產生瘢痕，若發生壞死，不僅會破壞皮膚的屏障功能，而且對疼痛、溫度和觸感的感知也會發 生變化。因此，尋找一種替代方法來加速傷口愈合至關重要。研究發現，臍帶間充質干細胞來源外泌體(uMSC-Exos)的miR-21、miR-23a、miR-125b和 miR-145抑制TGF-β2、TGF-bR2和SMAD2，從而抑制靶基因α-SMA的表達和減少膠原蛋白Ⅰ沉積。這些臍帶間充質干細胞來源外泌體衍生的 miRNAs 可能是 TGF-β/SMAD信號的重要調節因子，可抑制皮膚傷口愈合過程中肌成纖維細胞的分化從而減少瘢痕形成促進皮膚傷口的愈合。

研究結果表明，脂肪間充質干細胞來源外泌體可以通過優化成纖維細胞的特性(如促進成纖維細胞的遷移、增殖和膠原合成)從而促進軟組織的傷口愈合。研究發現脂肪間充質干細胞來源外泌體被成纖維細胞攝取，其細胞增殖和遷移的劑量依賴性也顯著增加；更重要的是，成纖維細胞中Ⅰ型膠原、Ⅲ 型膠原、基質金屬蛋白酶1、堿性成纖維細胞生長因子、 轉化生長因子β1的mRNA和蛋白水平均增加；此外，脂肪間充質干細胞來源外泌體顯著加速體內傷口愈合并 在體外增加PI3K/Akt水平。后期實驗也證實脂肪間充質干細胞來源外泌體可通過PI3K/Akt信號傳導途徑促進 成纖維細胞增殖和遷移并優化膠原沉積，以進一步加速 傷口愈合。

2.骨損傷修復?

骨損傷的愈合是一個涉及一系列生理活動的復雜過程，骨折部位的各種干細胞增殖和分化在愈合中起著至關重要的作用。隨著干細胞技術的興起，越來越多的研究將干細胞用于治療多種疾病。近年來，研究人員將干細胞衍生的外泌體應用于骨損傷修復。研究發現將間充質干細胞來源外泌體與軟骨細胞共培養后，間充質干細胞來源外泌體中CD73介導的 AKT和ERK信號傳導的腺苷活化促進軟骨修復過程中細胞遷移、增殖和基質合成；將其植入動物缺損模型后， 可顯著增加軟骨細胞的數量，使軟骨缺損得以愈合。

研究表明人脂肪間充質干細胞來源外泌體在體外具有促進人骨髓間充質干細胞遷移、增殖和成骨分化的能力。將人脂肪間充質干細胞來源外泌體與聚乳酸-乙醇酸共聚物/聚多巴胺支架結合植入小鼠顱骨缺損部位可增強其缺損部位的骨再生，從而證實人脂肪間充質干細胞來源外泌體可為骨組織工程提供一種新的治療方法。

3.心血管損傷修復?

盡管目前醫療水平已有了飛速發展，但心血管疾病的發病率和死亡率仍然很高，且預后不佳。干細胞治療策略的出現可能代表心血管疾病的治療前景，尤其是間充質干細胞來源外泌體。研究發現間充質干細胞來源外泌體能通過促進血管形成保護心臟組織，推斷間充質干細胞來源外泌體的促血管生成活性在保護缺血性心臟損傷中發揮至關重要的作用。間充質干細胞來源外泌體可通過協調多種細胞過程(如遷移、增殖、基質合成、細胞浸潤和細胞因子的產生等)從而實現最佳的組織缺損再生修復。

將脂肪間充質干細胞來源外泌體注入裸鼠皮下，觀察到血管數量顯著高于對照組。由此可見，脂肪間充質干細胞來源外泌體可促進人臍靜脈血管內皮細胞增殖、遷移及管樣結構形成，并可在體內促 進血管新生，可用于組織工程血管的構建。

4.肌肉損傷修復?

肌組織的再生受到一系列因素的精細調控，包括細胞內在轉錄因子、信號通路和外界的微環境。隨著細胞治療技術的發展，應用干細胞衍生物治療肌肉損傷是今后的發展趨勢。研研人員通過建立巨大肩袖撕裂大鼠模型，并立即向模型大鼠的棘上肌局部注射脂肪間充質干細胞來源外泌體，術后觀察發現脂肪間充質干細胞來源外泌體對肩袖撕裂可表現出抗炎、抗凋亡和促增殖作用，因此脂肪間充質干細胞來源外泌體可以防止肌肉萎縮并提供一種新的無細胞治療方法來防止與肩袖撕裂相關的肌肉變性。

外泌體的主要應用領域

二、外泌體與口腔醫學?

近年來，口腔組織缺損的再生修復也越來越得到人們的重視，其中牙周組織缺損再生修復尤為重要。牙周組織是由牙周膜、牙槽骨、牙骨質和牙齦組成的復雜結構，如果管理不善或得不到治療，該病通常會導致牙周支持組織缺損并最終發生牙齒脫落。而目前的臨床治療雖能在一定程度上控制及恢復牙周組織缺損，但仍不能達到理想效果。

研究發現經人骨髓間充質干細胞來源外泌體處理后的人牙周膜干細胞增殖速率、克隆形成能力、堿性磷酸酶染色及茜素紅染色定量表達顯著高于對照組，同樣其成骨基因 Runx2、OCN、ALP、BSP和Col-Ⅰ的表達也顯著高于對照組，說明人骨髓間充質干細胞來源外泌體可促進牙 周膜干細胞的體外增殖和成骨分化，從而促進牙周組織 缺損的再生修復。

研究表明來自人間充質干 細胞的外泌體通過激活AKT和ERK信號通路，促進牙周膜細胞的活性作用(如遷移和增殖)，從而提高牙周缺損 模型大鼠牙周組織的再生能力。通過研究脂肪間充質干細胞來源外泌體在非手術牙周治療中的作用，對大鼠下切牙進行結扎制造實驗性牙周炎14天后對其進行齦下刮治和根面平整處理，再將脂肪間充質干細胞來源外泌體注入牙周袋內，經過一段時間后 發現脂肪間充質干細胞來源外泌體組炎癥浸潤最少，并且牙周組織的新生也最明顯。因此脂肪間充質干細胞來源外泌體可作為齦下刮治和根面平整的輔助治療，從而提高非手術性牙周治療的效果。

參考文獻；Mesenchymal stem cell-derived exosomes and regenerative medicine: outlook for? future cell-free therapy in clinical practice