外泌體：打破不可逆損傷的修復障礙

2020年12月，發表在《Stem Cells and Development》上的一文指出，間充質干細胞來源外泌體在治療重癥新冠肺炎患者成效顯著，康復率高達71%。外泌體具有安全性、恢復氧合、下調細胞炎癥因子和重建免疫系統功能等優點，是一種很有前途的新冠肺炎治療候選藥物[。

這項臨床研究共涉及到24名新冠肺炎患者，這些患者均符合嚴重新冠肺炎伴中度至重度急性呼吸窘迫綜合征的標準。他們接受單次15ml靜脈注射間充質干細胞外泌體，并在治療后第1天至第14天評估安全性和有效性。結果發現，在給藥后72小時內未觀察到不良事件，所有患者均達到安全終點；觀察到83%的存活率以及高達71%的康復率。總體而言，經過一次治療后，患者的臨床狀態和氧合情況都有所改善，動脈血氧分壓氧壓（PaO2）/吸氧濃度（FiO2)增加了192%，中性粒細胞計數有明顯改善等。

這項研究結果也讓人們對間充質干細胞外泌體治療疾病的前景有了更多的認識。

外泌體：打破不可逆損傷的修復障礙

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外泌體（Exosome）是一種直徑為30-100nm的納米級脂質包裹體結構，內部包裹了蛋白、mRNA和microRNA等物質。來源于不同組織的外泌體不僅具有其特異性蛋白分子，而且還包含其行使功能的關鍵分子。外泌體由細胞分泌釋放出來，在血液等體液內傳播，最后又可被其他細胞吞噬，是細胞間通訊的重要介質。

外泌體生物合成 圖片來自https://doi.org/10.1002/sctm.19-0432

近年來，隨著外泌體研究的不斷深入，它的應用已經涉及腫瘤治療領域、醫學基礎和免疫領域、寄生蟲領域；臨床研究上已涉及心血管系統、內分泌代謝系統等。

實際上先前就有研究者報道，間充質干細胞來源外泌體具有治療多種疾病的潛力。例如，可以用同種異體間充質干細胞分泌的細胞外囊泡來治療營養不良性大皰性表皮松解癥，這是一種罕見的兒科皮膚起泡疾病。這項研究的關鍵是外泌體，外泌體攜帶特定的蛋白質和mRNA，這些物質對營養不良性大皰性表皮松解癥的治療至關重要。

干細胞來源的外泌體在心血管系統、生殖系統、肌肉骨骼系統、肝損傷、腎損傷、皮膚損傷、關節炎癥等方面都展現出強大的修復再生和保護能力，因此外泌體有望成為再生醫學“無細胞”治療的一種新興的修復工具，打破不可逆損傷這一修復障礙，使再生成為可能。

間充質干細胞外泌體在女性生殖系統修復中的應用

間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）是一類來源于多種成體組織的多能干細胞，以其遷移能力強大、分化潛能多元、免疫原性低、組織來源廣泛且便于體外分離擴增等優勢在組織及器官損傷性疾病的治療中得到廣泛關注和應用。外泌體作為MSC旁分泌作用的主要方式之一，在MSC發揮治療效應中扮演著十分重要的角色。外泌體不僅能夠調節細胞間的物質運輸和信息交流，更攜帶有蛋白質、脂質及核酸等多種生物活性成分，并能高效穿透多種生物屏障，進而改變靶細胞內的信號傳導及基因表達，使其發展成一種高效的藥物載體和基因治療制劑。更重要的是，MSC外泌體能夠模擬并發揮母細胞MSC的功能，有效促進組織再生能力，調節損傷局部的免疫反應，從而成為MSC治療的潛在替代方案。目前，對于MSC外泌體在婦產科領域的基礎研究也初露端倪，其在促進子宮內膜修復、治療早發性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）和多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）、輔助壓力性尿失禁（stress urinary incontinence，SUI）手術治療及加速陰道手術創面修復等方面均展現出較大的治療潛能。

干細胞外泌體修復骨軟骨缺損的機制

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既往研究表明間充質干細胞（MSC）外泌體進行修復臨界尺寸骨軟骨缺損有效，以及在軟骨修復過程中外泌體介導的調節機制。

外泌體介導的骨軟骨缺損修復的特點是增加了細胞的增殖和浸潤，增強基質合成和再生的免疫表型。

通過軟骨細胞培養，瓦米提介導的軟骨修復可以促進細胞的快速增殖和浸潤，其原因是外泌體介導胞外體CD73介導腺苷激活Akt和ERK信號轉導。Akt和ERK磷酸化抑制劑可抑制外泌體介導的細胞的增殖和遷移，但不影響基質的合成。? 通過AMPCP衰減Akt和ERK信號通路可證實外泌體CD73的作用。外泌體處理的骨缺損也顯示一個再生的免疫表型，其特征是CD163 +再生M2巨噬細胞浸潤多于CD86+ M1型巨噬細胞，伴隨著促炎癥滑膜細胞因子IL-1和TNF-α的相應減少。? 綜上所述，該研究結果表明，MSC外泌體有效的骨軟骨再生作用是通過協調調動多種類型的細胞和多種細胞過程激活而發揮的。

干細胞來源的外泌體促進心肌“補丁”修復損傷的心臟

由干細胞制成的人體心肌“補丁”有助于修復心臟病引起心臟功能缺損，這一結論已在豬心肌梗死模型中被證實。來自伯明翰阿拉巴馬大學的一個研究團隊在近日的的Circulation 雜志中描述了該實驗的發現。

由阿拉巴馬大學生物醫學工程系主任Jianyi Jay Zhang主導的研究團隊正在尋求更好的心臟病治療方法，旨在靶向心肌組織不會自行再生的心肌組織損傷進行治療。該病發作的原因是供應給的心臟肌肉的冠狀動脈氧氣和營養物質減少或切斷，比如在動脈周圍形成斑塊積聚而引起的心臟病發作。當缺乏氧氣和營養時，心肌會受到損傷或死亡，從而導致生命危險。美國心臟協會表示，在美國每40秒就會有一次心臟病發作。

該論文的作者說，早些時候試圖利用干細胞培養心臟肌肉組織，或者注射到患病區域，或者在薄膜上生長，但是迄今為止，受損肌肉存活或移植的比率非常低。所以，該研究團隊開始著手建立一個三維的“補丁”，為再生新的心臟肌肉所需的細胞類型提供了三維生長環境。這些細胞包括心肌樣細胞或心肌細胞、能夠生成血管的內皮細胞和平滑肌細胞。所有的細胞均來源于人類誘導的多能干細胞，即所謂的成體干細胞，來源取自皮膚和其他組織。

將干細胞接種在由纖維蛋白制成的基質上，這種纖維蛋白是幫助血液凝結并形成血塊以止血的纖維蛋白。為了幫助干細胞轉化為心肌細胞和組織，基質在生長培養過程中連續搖動一周。研究人員認為這種細胞搖擺運動能夠更好的分化成為心臟“補丁”，比以前的嘗試的其他方法更好，在生理上和收縮上更像真實的心臟組織。補丁尺寸為40 x 20毫米，厚度為1.25毫米，大約與一美分硬幣厚度相同。

研究人員在13只心臟病模型的豬中植入了2個干細胞衍生的心肌“補丁”。豬的器官大小和功能與人類相似。作為對照組，其他具有相似心臟損傷的豬被植入沒有干細胞的纖維蛋白基質，進行無意義的手術處理或未經任何處理。研究小組通過核磁共振掃描測量心臟功能，并追蹤移植到受損區域的心率、心臟節律和心肌蛋白的表達，發現外泌體可以從“補丁”中釋放出來。

參考文獻：Gao L, Gregorich ZR, Zhu W, Mattapally S, Oduk Y, Lou X, Kannappan R, Borovjagin AV, Walcott GP, Pollard AE, Fast VG, Hu X, Lloyd SG, Ge Y, Zhang J. (2017) Large Cardiac-Muscle Patches Engineered from Human Induced-Pluripotent Stem-Cell-Derived Cardiac Cells Improve Recovery from Myocardial Infarction in Swine. Circulation [Epub ahead of print]. ?新聞來源：http://www.uab.edu/news/research/item/8797-saving-hearts-after-a-heart-attack-overexpression-of-a-cell-cycle-activator-gene-enhances-repair-of-dead-heart-muscle