间充质干细胞外泌体应用于慢性创面的研究进展

曹宸 严志新 杨细虎

[摘要]慢性难愈性创面是临床创面修复的一大难题，目前治疗措施包括手术治疗和非手术治疗，但其效果均存在不确定性，愈后极易复发，少数有癌变可能。目前临床上应用的间充质干细胞（MSCs）是一种具有多分化潜能的基质细胞，但其应用前景具有一定局限性。而间充质干细胞外泌体（MSCs-Exo）是一种在特定条件下被细胞释放的小直径细胞外囊泡，是一种具有极大前景的无细胞治疗和组织再生的调控介质。相比间充质干细胞具有更低的免疫源性及低致癌性。研究表明，间充质干细胞外泌体的应用为慢性创面的治疗提供了一种新的思路和方法，本研究对间充质干细胞外泌体应用于慢性创面治疗的研究进展进行综述。

[关键词]间充质干细胞;外泌体;慢性创面;创口愈合

[中图分类号] R641  [文献标识码] A   [文章编号]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

慢性難愈性创面，是创面因组织营养不良、神经损伤、静脉或动脉供血障碍、创面感染、糖尿病等因素，导致创面修复能力受损，愈合缓慢甚至不愈合而形成的疾病[1]，是外科常见病、多发病[2]。此类创面长期不愈，反复破溃后形成顽固性难愈性慢性创面，即使愈合也极易复发，甚至有可能癌变[3]。因此，促进慢性创面愈合是临床治疗的一项世界性难题。慢性创面的愈合和皮肤再生是一个复杂的过程，包括止血、消炎、增殖和重塑四个阶段。临床上常用的扩创术、自体皮移植术、多种敷料和创面覆盖物保护创面以及抗感染等是创面治疗的一般方法，目的是加速创面的自然愈合[4]。但在一些因素的影响下，创面自然愈合过程被破坏，会出现慢性难愈性创面[5]。有研究表明，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）疗法是一种潜在的治疗方法，可提高创面愈合成功率。而 MSCs 分泌的一种微小囊泡结构—外泌体（exosome）被发现具有和 MSCs 相似的部分功能，且免疫源性低，更加安全高效，易于储存[6]。目前为止，外泌体在慢性创面治疗中的疗效得到了临床广泛关注，因此本研究对间充质干细胞外泌体在慢性创面愈合中的应用进展进行综述。

1间充质干细胞外泌体

1.1间充质干细胞外泌体的生物学特性

细胞外分泌的囊泡在最开始被认为是细胞排除的代谢废物，但经研究，一些直径40～150 nm，在电镜下呈现杯状或板状并携带遗传物质的微小细胞外囊泡被称为外泌体[7-8]。外泌体由脂质和蛋白质构成，外周有双磷脂层包围环绕。此外，外泌体常用的分子标志物（CD9、CD63、CD81和 CD82）也被发现聚集在外泌体膜上[9-11]。这些外泌体可分布于大部分的体液中，例如血液、脑脊液、唾液等，其中 MSCs 分泌外泌体的能力较强[12]。研究发现，外泌体内包含的遗传物质（RNA）是调节受体细胞活动的主要物质。这些 RNA 受细胞状态和分化类型的影响，且来源不同的间充质干细胞外泌体具有不同功能，部分外泌体可调节细胞的增殖和分化，进而调节免疫功能，促进创面损伤后的自我修复和再生。

1.2间充质干细胞外泌体在慢性创面治疗中的作用机制

外泌体的临床应用，是新兴科学技术在创面修复和再生领域的突破。间充质干细胞外泌体（mesenchymal stem cells-exosomes， MSCs-Exo）的优秀作用效果在近年来的探索中被逐渐证实。在MSCs-Exo 的应用中，细胞与外泌体之间的相互作用和影响为其提供了重要保障。外泌体被间充质干细胞释放在细胞质中，通过细胞的胞吞、胞吐和受体介导及弥散等一系列方式作用于靶细胞，发挥其重要功能。外泌体通过直接和间接作用完成其生物学功能。其中直接作用是指靶细胞直接识别外泌体膜上的特异性蛋白，实现细胞间的信号传导。间接作用是指外泌体所含的 mRNA 被靶细胞所吸收或靶细胞表面受体识别外泌体释放的生物活性因子，完成细胞间信号传导，实现外泌体的生物学功能。有研究表明，MSCs-Exo 在创面治疗中，通过以上两种途径实现对细胞增殖、凋亡和免疫源性等其他功能的调控[13-14]。

2间充质干细胞外泌体在慢性创面治疗中的应用

2.1促进血管生成和组织再生

部分慢性创面是由组织供血不足和周围血运障碍引起的，如静脉性溃疡等。有研究表明，一定剂量的人脐带间充质干细胞外泌体（human umbilical cord mesenchymal stem cells-exosomes，hucMSCs- Exo）可通过刺激血管内皮细胞的增殖和迁移促进新生血管的形成。在大鼠烧伤模型中，β-catenin 可被一定浓度的hucMSCs-Exo 刺激，导致其在细胞核中的凝聚力提升。其中 Wnt4/β-Caten通路在 MSCs-Exo 促进创面愈合及血管再生中发挥重要作用[15]。而在滑膜间充质干细胞（SMSc）中， Wnt5a 和 Wnt5b 信号呈高表达并聚集在滑膜间充质干细胞外泌体（SMSc-Exo）中。SMSc-Exo 通过此信号通路提高 YAP 信号，促进血管生成[16]。此外，还有研究表明干细胞来源外泌体在 Akt 作用下可激活PDGF-D 通路，促进组织血管生成[17]。因此，在慢性创面的治疗中，外泌体与有机生物材料的联合应用是一种新的方法。

2.2促进胶原的生成

成纤维细胞和胶原可以在间充质干细胞外泌体的影响下发生胶原合成。在小鼠皮肤创面模型中，脐静脉内皮细胞和成纤维母细胞在创伤区的 MSCs-Exo 影响下发生迁移和增殖， MSCs-Exo 可在创面愈合早期提高骨胶原Ⅰ、Ⅲ的分泌，在创面愈合晚期通过抑制胶原的表达来抑制瘢痕的形成，从而促进创面愈合[18]。

2.3调节组织和纤维化的形成

研究者发现，间充质干细胞外泌体可以通过TGFβ/smad信号通路促进皮肤愈合，TGFβ被认为是皮肤创面在自然愈合中必不可少的生长因子之一[19]。在此过程中，TGFβ可激活 smad2/smad3，使成纤维细胞分化成α-SMA 的肌成纤维细胞，而 smad7会被磷酸化的 smad2/smad3激活，由于smad7表达被上调，又形成负反馈抑制了 TFGβ1的表达[20]。有研究表明，TGFβ/smad通路通過调节慢性创面中真皮成纤维细胞、角质形成细胞（HACAT）和其他细胞的增殖和迁移来参与愈合过程[21]。此外，TGFβ/smad也可以在人骨髓间充质干细胞的调控下参与组织纤维化和瘢痕的形成[22]。

2.4参与创面的抗氧化损伤

慢性创面愈合过程中，氧化损伤仍然是需要克服的难题之一。在创面愈合模型中，活性氧和活性氮被生成且不能及时排出损伤部位会导致活性氧和活性氮与创面细胞中的大分子结合，从而使细胞被破坏。有研究表明 MSCs-Exo 具有抗氧化能力[23]，hucMSCs-Exo 可以降低氧化应激产物8-OHDG 水平，减少氧化反应产生的损伤。还有研究表明 MSCs-Exo 可通过调节 STAT3信号通路[24]及激活抗氧化通路 NRF2/ARE[25]使P38MAPK通路被抑制，从而缓解氧化损伤。

2.5调控细胞的凋亡

新生细胞因慢性创面长期不愈而凋亡，会导致创面愈合周期变长。有研究表明hucMSCs-Exo 可通过半胱天冬酶（caspase-3）介导的死亡受体通路来发挥抗凋亡机制，从而解决这一难题[26]。有学者发现在创面周围直接给予hucMSCs-Exo 可促进人角质形成细胞（HaCAT）增殖和迁移。在作用过程中hucMSCs-Exo 还可抑制凋亡诱导因子（AIF）的核易位，上调聚 ADP 核糖聚合酶1（PARP-1）以及聚 ADP-核糖（PAR），从而减轻创面损伤。

2.6调节免疫通路发挥抗炎症作用

MSCs-Exo 是一种多功能生物试剂，可以调节淋巴细胞和白细胞在创面中的稳态。在大鼠烧伤创面愈合的实验中[27]，脐带来源的 MSCs-Exo 内含的 miR-181通过激活 TLR4信号通路来促进巨噬细胞由 M1向 M2表型极化，使 M2巨噬细胞浸润创面区，导致体内炎症因子如 TNF-α、IL-1β、IL-6、 IFN-γ等水平下降。最终降低创面及全身的炎症反应，促进慢性创面的恢复[28]。

3间充质干细胞外泌体在慢性创面愈合中的展望

现阶段面对慢性创面治疗的探索更趋向于创伤小、精确度高、效果好。MSCs-Exo 不仅拥有多种细胞间传递的信息，而且能激活多种信号通路从而促进创面的愈合。在慢性创面的恢复治疗中 MSCs-Exo 可以避免因使用干细胞产生的免疫排斥反应，且外泌体更易储存，能定量和集中修复受损创面，有更高的再生潜能。更有研究表明，外泌体的稳定性可被壳聚糖水凝胶显著提高[29]。但外泌体制备不易，其提取难度大也是一项难题。外泌体的半衰期和不同细胞状态下分泌的外泌体的作用效果也需要进一步探索。同时，干细胞源性的外泌体在慢性创面愈合中与有机材料的联合应用也需要更深入的研究。随着人们对 MSCs-Exo 的探索越来越多，其在慢性创面治疗中的前景也更加广阔，为慢性创面的治疗带来新方法。

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（收稿日期：2021-06-29）