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皮肤的修复“神器”:干细胞外泌体

皮肤是一个复杂的器官,具有重要的身体屏障功能,且很容易受到各种各样的伤害。例如,急性创伤是由外伤或手术切口引起、慢性皮肤创伤是糖尿病常见的并发症,急性烧伤、 寒冷、高温、干燥以及紫外线等都会使肌肤屏障受损。


干细胞外泌体能够减少皮肤细胞所受的辐射损害,维护皮肤屏障,且极有可能帮助恢复皮肤干细胞活力,而衰老细胞外泌体则损坏皮肤屏障结构,传递衰老信号诱导周围细胞衰老。

 

皮肤是一个复杂的器官,具有重要的身体屏障功能,且很容易受到各种各样的伤害。例如,急性创伤是由外伤或手术切口引起、慢性皮肤创伤是糖尿病常见的并发症,急性烧伤、 寒冷、高温、干燥以及紫外线等都会使肌肤屏障受损。


近年来的研究表明干细胞在再生医学中具有巨大的治疗潜力,通过分泌抗炎、抗纤维化和促血管生成活性的因子,如可溶性分子(生长因子、细胞因子)或细胞外囊泡(微粒子、外泌体)等来改善创面愈合过程。除了传统的使用干细胞治疗创伤的方法外,近年来还出现了新的趋势——单独使用干细胞外泌体。

 

01

 干细胞外泌体的特点


细胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs)是细胞分泌的双层脂质结构小泡,在各种细胞及组织之间起着物质传递、信息沟通的作用,其各亚群主要以直径大小区分。外泌体(约20~200nm)是EVs中的一个亚群,包含了 蛋白质、脂质、多糖及RNA等物质。


不同的外泌体在成分上有细微的差别,体现了细胞对外泌体形成控制的精密。外泌体可被绝大多数细胞分泌或胞吞,且存在于几乎所有体液之中,包括血液、尿液、唾液、乳汁、脑脊 液、羊水、腹水、汗液以及月经血。


干细胞可以通过旁分泌的作用来分泌外泌体。间充质干细胞是干细胞家族中的重要成员,具有自我更新、多向分化、免疫调节和分泌多种活性物质的功能,是组织再生的重要干细胞群,也被称为“种子细胞”。越来越多的研究表明,间充质干细胞外泌体在组织损伤修复中可能发挥关键作用。


目前,大家对外泌体的认识主要是干细胞来源的外泌体在对心血管、肝脏以及神经等多器官、系统的再生修复方面,这显示了干细胞来源外泌体在抗衰老方面的潜力。同时,又有研究表明,衰老成纤维细胞(HDFs)表达的外泌体增加了4倍,而HDFs分泌弹力蛋白、胶原蛋白等物质,在维持皮肤的弹性及水分中发挥重要作用—这提示了衰老细胞来源的外泌体在皮肤衰老过程中可能的作用。


干细胞外泌体与干细胞具有相似的生物学性能,但干细胞外泌体更加安全稳定高效,具有更强而复杂的信号分子转运和调控能力,为无细胞移植治疗的情况下实现组织再生、组织修复提供了新策略、新方法。

 

02

干细胞外泌体与皮肤修复


近年来,研究人员将外泌体与皮肤疾病联系起来,发现外泌体不仅参与皮肤生理、病理过程,如调节皮肤微环境中促炎细胞因子分泌,促进皮肤缺损处血管新生及胶原沉积,以及调节皮肤成纤维细胞增殖分化,同时还在皮肤微环境发生病变时发挥特异性信息传递作用。


研究表明,间充质干细胞真正到达损伤部位并增殖分化为特定组织类型细胞仅是其修复损伤组织的冰山一角。间充质干细胞进行损伤修复的主要机制是旁分泌作用,即通过干细胞分泌外泌体进行损伤修复。间充质干细胞外泌体具有促进血管新生、抑制瘢痕形成的功能。这其中的调控机理又是什么呢?


第一,间充质干细胞的外泌体能够显著促进创面的愈合。2015年发表的研究发现,间充质干细胞外泌体中含有有丰富的Wnt蛋白,它能活化β-catenin信号通路,同时通过激活Erk1/2信号通路正调控VEGFA、Cox-2、FGF2等(成血管基因)的表达,进而促进了二度烧伤大鼠模型深部创伤后血管的重生、胶原蛋白合成和皮肤损伤修复。


第二,间充质干细胞外泌体能够抑制缺损皮肤中肌成纤维细胞的过度聚集和瘢痕形成。肌成纤维细胞是在皮肤损伤修复中起组织收缩作用的细胞,但是,肌成纤维细胞持续存在会引起创伤面过度收缩,导致増生性瘢痕。2016年,科学研究发现外泌体中富含 microRNAs(microRNA-23a,microRNA-21等),其通过阻断TGF-β/SMAD2信号通路,抑制小鼠模型肌成纤维细胞的形成。

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2016年,Fang等人发现间充质干细胞的外泌体抑制瘢痕形成。

 

干细胞外泌体不仅在临床上用于烧伤、皮肤溃疡、创伤等受损皮肤的修复治疗,并且在改善肤质、修复衰老中毒皮肤等也有功效。此外,在心血管系统、外伤性脑损伤、肌肉骨骼系统、肝损伤、肾损伤等方面都展现出强大的修复再生和保护能力。


干细胞外泌体能够激活多种信号通路,通过调节基因的表达,促进靶器官相关细胞活化、增殖,进而修复损伤,有望成为再生医学的一种新兴的修复工具,打破不可逆损伤这一修复障碍,使再生成为可能。


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