間充質干細胞外泌體應用于慢性創面的研究進展

曹宸 嚴志新 楊細虎

[摘要]慢性難愈性創面是臨床創面修復的一大難題，目前治療措施包括手術治療和非手術治療，但其效果均存在不確定性，愈后極易復發，少數有癌變可能。目前臨床上應用的間充質干細胞（MSCs）是一種具有多分化潛能的基質細胞，但其應用前景具有一定局限性。而間充質干細胞外泌體（MSCs-Exo）是一種在特定條件下被細胞釋放的小直徑細胞外囊泡，是一種具有極大前景的無細胞治療和組織再生的調控介質。相比間充質干細胞具有更低的免疫源性及低致癌性。研究表明，間充質干細胞外泌體的應用為慢性創面的治療提供了一種新的思路和方法，本研究對間充質干細胞外泌體應用于慢性創面治療的研究進展進行綜述。

[關鍵詞]間充質干細胞;外泌體;慢性創面;創口愈合

[中圖分類號] R641? [文獻標識碼] A?? [文章編號]2095-0616（2021）23-0044-04

Research progress of the application of mesenchymal stem cells- exosomes on chronic wounds

CAO? Chen????? YAN? Zhixin??? YANG? Xihu

1. Jiangsu University， Jiangsu， Zhenjiang 212013， China;2. Affiliated Hospital of Jiangsu University， Jiangsu， Zhenjiang 212013， China

[Abstract] Chronic refractory wound is a difficult problem in clinical wound repair. At present， the treatment measures include surgical treatment and non-surgical treatment， but there are all certain uncertainties in its efficacy. Meanwhile， it is very easy to relapse after healing， and a few may possibly become cancerous. At present， mesenchymal stem cells （MSCs） in clinical application are a kind of stromal cells with multi differentiation potential， but their application prospect has some restrictions. However， mesenchymal stem cells-exosomes （MSCs-Exo） are small-diameter extracellular vesicles released by cells under specific conditions. It is a regulatory medium for cell- free therapy and tissue regeneration with great prospects. Compared with mesenchymal stem cells， MSCs-Exo have features such as lower immunogenicity and low carcinogenicity. Research shows that the application of MSCs-Exo provides a new idea and method for the treatment of chronic wounds. The research progress of MSCs-Exo in the treatment of chronic wounds is reviewed in this paper.

[Key words] Mesenchymal stem cell; Exosomes; Chronic wound; Wound healing

慢性難愈性創面，是創面因組織營養不良、神經損傷、靜脈或動脈供血障礙、創面感染、糖尿病等因素，導致創面修復能力受損，愈合緩慢甚至不愈合而形成的疾病[1]，是外科常見病、多發病[2]。此類創面長期不愈，反復破潰后形成頑固性難愈性慢性創面，即使愈合也極易復發，甚至有可能癌變[3]。因此，促進慢性創面愈合是臨床治療的一項世界性難題。慢性創面的愈合和皮膚再生是一個復雜的過程，包括止血、消炎、增殖和重塑四個階段。臨床上常用的擴創術、自體皮移植術、多種敷料和創面覆蓋物保護創面以及抗感染等是創面治療的一般方法，目的是加速創面的自然愈合[4]。但在一些因素的影響下，創面自然愈合過程被破壞，會出現慢性難愈性創面[5]。有研究表明，間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）療法是一種潛在的治療方法，可提高創面愈合成功率。而 MSCs 分泌的一種微小囊泡結構—外泌體（exosome）被發現具有和 MSCs 相似的部分功能，且免疫源性低，更加安全高效，易于儲存[6]。目前為止，外泌體在慢性創面治療中的療效得到了臨床廣泛關注，因此本研究對間充質干細胞外泌體在慢性創面愈合中的應用進展進行綜述。

1間充質干細胞外泌體

1.1間充質干細胞外泌體的生物學特性

細胞外分泌的囊泡在最開始被認為是細胞排除的代謝廢物，但經研究，一些直徑40～150 nm，在電鏡下呈現杯狀或板狀并攜帶遺傳物質的微小細胞外囊泡被稱為外泌體[7-8]。外泌體由脂質和蛋白質構成，外周有雙磷脂層包圍環繞。此外，外泌體常用的分子標志物（CD9、CD63、CD81和 CD82）也被發現聚集在外泌體膜上[9-11]。這些外泌體可分布于大部分的體液中，例如血液、腦脊液、唾液等，其中 MSCs 分泌外泌體的能力較強[12]。研究發現，外泌體內包含的遺傳物質（RNA）是調節受體細胞活動的主要物質。這些 RNA 受細胞狀態和分化類型的影響，且來源不同的間充質干細胞外泌體具有不同功能，部分外泌體可調節細胞的增殖和分化，進而調節免疫功能，促進創面損傷后的自我修復和再生。

1.2間充質干細胞外泌體在慢性創面治療中的作用機制

外泌體的臨床應用，是新興科學技術在創面修復和再生領域的突破。間充質干細胞外泌體（mesenchymal stem cells-exosomes， MSCs-Exo）的優秀作用效果在近年來的探索中被逐漸證實。在MSCs-Exo 的應用中，細胞與外泌體之間的相互作用和影響為其提供了重要保障。外泌體被間充質干細胞釋放在細胞質中，通過細胞的胞吞、胞吐和受體介導及彌散等一系列方式作用于靶細胞，發揮其重要功能。外泌體通過直接和間接作用完成其生物學功能。其中直接作用是指靶細胞直接識別外泌體膜上的特異性蛋白，實現細胞間的信號傳導。間接作用是指外泌體所含的 mRNA 被靶細胞所吸收或靶細胞表面受體識別外泌體釋放的生物活性因子，完成細胞間信號傳導，實現外泌體的生物學功能。有研究表明，MSCs-Exo 在創面治療中，通過以上兩種途徑實現對細胞增殖、凋亡和免疫源性等其他功能的調控[13-14]。

2間充質干細胞外泌體在慢性創面治療中的應用

2.1促進血管生成和組織再生

部分慢性創面是由組織供血不足和周圍血運障礙引起的，如靜脈性潰瘍等。有研究表明，一定劑量的人臍帶間充質干細胞外泌體（human umbilical cord mesenchymal stem cells-exosomes，hucMSCs- Exo）可通過刺激血管內皮細胞的增殖和遷移促進新生血管的形成。在大鼠燒傷模型中，β-catenin 可被一定濃度的hucMSCs-Exo 刺激，導致其在細胞核中的凝聚力提升。其中 Wnt4/β-Caten通路在 MSCs-Exo 促進創面愈合及血管再生中發揮重要作用[15]。而在滑膜間充質干細胞（SMSc）中， Wnt5a 和 Wnt5b 信號呈高表達并聚集在滑膜間充質干細胞外泌體（SMSc-Exo）中。SMSc-Exo 通過此信號通路提高 YAP 信號，促進血管生成[16]。此外，還有研究表明干細胞來源外泌體在 Akt 作用下可激活PDGF-D 通路，促進組織血管生成[17]。因此，在慢性創面的治療中，外泌體與有機生物材料的聯合應用是一種新的方法。

2.2促進膠原的生成

成纖維細胞和膠原可以在間充質干細胞外泌體的影響下發生膠原合成。在小鼠皮膚創面模型中，臍靜脈內皮細胞和成纖維母細胞在創傷區的 MSCs-Exo 影響下發生遷移和增殖， MSCs-Exo 可在創面愈合早期提高骨膠原Ⅰ、Ⅲ的分泌，在創面愈合晚期通過抑制膠原的表達來抑制瘢痕的形成，從而促進創面愈合[18]。

2.3調節組織和纖維化的形成

研究者發現，間充質干細胞外泌體可以通過TGFβ/smad信號通路促進皮膚愈合，TGFβ被認為是皮膚創面在自然愈合中必不可少的生長因子之一[19]。在此過程中，TGFβ可激活 smad2/smad3，使成纖維細胞分化成α-SMA 的肌成纖維細胞，而 smad7會被磷酸化的 smad2/smad3激活，由于smad7表達被上調，又形成負反饋抑制了 TFGβ1的表達[20]。有研究表明，TGFβ/smad通路通過調節慢性創面中真皮成纖維細胞、角質形成細胞（HACAT）和其他細胞的增殖和遷移來參與愈合過程[21]。此外，TGFβ/smad也可以在人骨髓間充質干細胞的調控下參與組織纖維化和瘢痕的形成[22]。

2.4參與創面的抗氧化損傷

慢性創面愈合過程中，氧化損傷仍然是需要克服的難題之一。在創面愈合模型中，活性氧和活性氮被生成且不能及時排出損傷部位會導致活性氧和活性氮與創面細胞中的大分子結合，從而使細胞被破壞。有研究表明 MSCs-Exo 具有抗氧化能力[23]，hucMSCs-Exo 可以降低氧化應激產物8-OHDG 水平，減少氧化反應產生的損傷。還有研究表明 MSCs-Exo 可通過調節 STAT3信號通路[24]及激活抗氧化通路 NRF2/ARE[25]使P38MAPK通路被抑制，從而緩解氧化損傷。

2.5調控細胞的凋亡

新生細胞因慢性創面長期不愈而凋亡，會導致創面愈合周期變長。有研究表明hucMSCs-Exo 可通過半胱天冬酶（caspase-3）介導的死亡受體通路來發揮抗凋亡機制，從而解決這一難題[26]。有學者發現在創面周圍直接給予hucMSCs-Exo 可促進人角質形成細胞（HaCAT）增殖和遷移。在作用過程中hucMSCs-Exo 還可抑制凋亡誘導因子（AIF）的核易位，上調聚 ADP 核糖聚合酶1（PARP-1）以及聚 ADP-核糖（PAR），從而減輕創面損傷。

2.6調節免疫通路發揮抗炎癥作用

MSCs-Exo 是一種多功能生物試劑，可以調節淋巴細胞和白細胞在創面中的穩態。在大鼠燒傷創面愈合的實驗中[27]，臍帶來源的 MSCs-Exo 內含的 miR-181通過激活 TLR4信號通路來促進巨噬細胞由 M1向 M2表型極化，使 M2巨噬細胞浸潤創面區，導致體內炎癥因子如 TNF-α、IL-1β、IL-6、 IFN-γ等水平下降。最終降低創面及全身的炎癥反應，促進慢性創面的恢復[28]。

3間充質干細胞外泌體在慢性創面愈合中的展望

現階段面對慢性創面治療的探索更趨向于創傷小、精確度高、效果好。MSCs-Exo 不僅擁有多種細胞間傳遞的信息，而且能激活多種信號通路從而促進創面的愈合。在慢性創面的恢復治療中 MSCs-Exo 可以避免因使用干細胞產生的免疫排斥反應，且外泌體更易儲存，能定量和集中修復受損創面，有更高的再生潛能。更有研究表明，外泌體的穩定性可被殼聚糖水凝膠顯著提高[29]。但外泌體制備不易，其提取難度大也是一項難題。外泌體的半衰期和不同細胞狀態下分泌的外泌體的作用效果也需要進一步探索。同時，干細胞源性的外泌體在慢性創面愈合中與有機材料的聯合應用也需要更深入的研究。隨著人們對 MSCs-Exo 的探索越來越多，其在慢性創面治療中的前景也更加廣闊，為慢性創面的治療帶來新方法。

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（收稿日期：2021-06-29）