外泌体在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩治疗中的研究进展

陶瑞 谭植襄 李思成 张伟 阮晶晶 余墨声 朱占永

瘢痕是皮肤创伤愈合后形成的终末产物[1]。瘢痕的适当形成在人体自我修复方面具有积极作用，但修复过程中有序的平衡被打破时，创面可能异常愈合产生瘢痕疙瘩或增生性瘢痕[2]。前者生长不受限制，瘢痕可向周围扩展，后者瘢痕范围一般不超过组织损伤范围，但二者都以成纤维细胞异常增殖、细胞外基质大量沉积为主要特征[3]。在发达国家，每年约有1亿人为瘢痕及其相关问题所困扰[4]。瘢痕的出现不仅影响美观、带来局部不适，还能造成局部挛缩或畸形，影响患肢正常运动[5]。目前，瘢痕常规治疗方式包括手术、放疗、药物治疗，新型疗法有电刺激、干细胞疗法等[6]。由于瘢痕的高复发率以及缺少有效评估治疗方法的深入研究，瘢痕治疗依旧没有被广泛认可的特效方法，寻找新的治疗方案颇具意义[7]。有研究表明，外泌体可对瘢痕产生影响，能应用于增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的治疗[8]。

一、外泌体概述

外泌体是一类直径在30～150 nm之间，主要由胞内溶酶体微粒内陷形成的具有双层膜样结构的多囊泡体[9]。研究发现，外泌体中包含核酸、脂类、蛋白质等多种生物活性物质[10]。最初的研究认为,外泌体的产生及分泌是细胞处理胞内多余物质的方法之一，有实验证明，外泌体可实现物质的胞间转运，在胞间通讯过程中发挥重要作用[11]。此外，外泌体还具有免疫原性低、无细胞毒性、分子量低、安全性高等优势，能保证运载物质不被过早降解从而丧失活性[12]。

二、增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的形成机制

增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的病理学特征是细胞和细胞外基质的过度堆集。而与之形成相关的因素大致可分为三类：遗传因素、机械张力、全身性因素[13]。

1.遗传因素：通过研究瘢痕疙瘩病人家系，有学者认为它是不完全外显的常染色体显性遗传，且具有遗传异质性和延迟显性的特征[14]。在瘢痕疙瘩与增生性瘢痕易感基因位点和基因多态性的研究上，Nakashima等[15]使用全基因组关联研究方法发现，瘢痕疙瘩与3个染色体区域中的4个单核苷酸多态性(SNP)位点显著相关。增生性瘢痕中也有类似报道，其与3个基因中的3个SNP存在相关性[16]。除了基因本身，表观遗传机制也在增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的发生发展中起到重要作用。Hsus等[17]发现，使用曲古菌素(TSA)处理瘢痕中成纤维细胞可增加组蛋白H3的乙酰化水平，提高窖蛋白(CAV1)表达，减少Runt相关转录因子2(RUNX2)和纤维黏连蛋白的产生，从而降低成纤维细胞自身的迁移能力，抑制纤维化的发生。ncRNAs作用方面，lncRNA CACNA1-AS1可通过抑制miRNA-205表达，促进人瘢痕成纤维细胞的增殖和侵袭，抑制其凋亡[18]； cricRNA COL5A1可发挥内源竞争RNA的功能，通过吸附miRNA-7-5p释放环磷酸腺苷交换蛋白1(Epac1)，激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)信号通路，促进瘢痕异常增生[19]。

2.局部机械张力：临床实践过程中，人们发现增生性瘢痕、瘢痕疙瘩好发于前胸、肩胛等部位。这些部位皮肤常受到牵拉刺激，具有较高机械张力[20]。临床经验证实，降低皮肤所受机械张力，可显著降低增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的发生率[21]。上述证据表明机械张力与瘢痕的发生发展关系密切。深入研究发现，皮肤局部机械张力可通过黏附斑激酶(FAK)/ 胞外相关激酶(ERK)/ 单核细胞趋化蛋白1(MCP1)途径加速伤口愈合纤维化，促进瘢痕产生[22]。Gao等[23]研究发现，瘢痕组织中富亮氨酸α2糖蛋白1(LRG-1)存在过表达现象，而LRG-1的表达与机械负荷呈现出时间和强度依赖关系。在机械张力导致的增生性瘢痕小鼠模型中，利用shRNA降低LRG-1的表达可减少新生血管的生成，抑制瘢痕形成。机械负荷诱导LRG-1的关键在于FAK / ERK信号通路的激活。这些研究发现，从微观角度进一步强调了机械张力与瘢痕的关联。

3.全身性因素：影响增生性瘢痕、瘢痕疙瘩形成的主要全身性因素是循环免疫系统和内分泌系统产生的相关生物因子或蛋白[24]。有研究发现，常见的细胞因子及蛋白中，TGF-β1/2、IL-6/8/17/18、PDGF、FGF、EGF等具有促进瘢痕形成的作用，而TGF-β3、IL-4/10、基质金属蛋白酶2/9(MMP-2/9)的作用则正好相反。这些生物活性物质直接参与瘢痕的血管形成、炎症反应、组织纤维化和重塑等过程[25]。除此以外，个人生活习惯也对瘢痕有一定影响。Deliaert等[26]在一项前瞻性临床研究中发现，吸烟者手术切口处瘢痕严重程度比不吸烟者更轻。产生该现象的原因可能是：吸烟会减少全身炎症反应。香烟中的尼古丁作为一种血管收缩剂，也可抑制巨噬细胞和成纤维细胞的增殖和迁移，减少胶原蛋白沉积[27]。Hochman等[28]研究认为，应激事件触发影响心理状态的同时也能加重瘢痕的症状和体征，其机制可能是心理应激刺激神经、免疫及内分泌系统，在创面上则表现出神经性炎症的增强。这些研究暗示影响瘢痕产生的相关危险因素及其实际作用效应远比我们想象的要复杂许多。

三、外泌体与瘢痕

1.外泌体对炎症反应的调控：适度且可控的炎症反应有利于创面组织正常修复，减少瘢痕产生[29]。与正常瘢痕组织相比，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩中炎症细胞明显增多。此外，促炎因子TNF-α、IL-1、IL-6的表达也显著上调。这些均提示异常的炎症反应是瘢痕增生的决定性因素之一。瘢痕的大小、生长速度与炎症反应的刺激强度、持续时间具有相关性[30]。故对异常炎症反应的调控是治疗增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的重要途径之一。

外泌体主要抗炎机制之一是其能够作用于炎症细胞，使其表型转化为抗炎或免疫抑制细胞。如骨髓基质细胞来源外泌体就可诱导巨噬细胞由M1型向M2型极化，调节促、抗炎因子表达比例，最终通过减轻局部炎症反应加速组织修复，减少瘢痕形成[31]。外泌体能影响巨噬细胞极化是因为其对信号通路的影响。脂肪干细胞(ADSC)来源外泌体可通过介导核因子E2相关因子2(Nrf2)/ 血红素加氧酶1(HO-1)轴实现对巨噬细胞的调节并减轻氧化应激[32]。过表达Nrf2的ADSC来源外泌体可以抑制ROS和炎性因子IL-1β、IL-6 和TNF-α的表达，进一步佐证以上观点[33]。褪黑素刺激下间充质干细胞(MSC)来源外泌体则可通过靶向PTEN/AKT信号通路，促使巨噬细胞向M2极化[34]。此外，外泌体也可以直接作用于抗炎细胞，达到减轻炎症的目的。骨髓MSC来源外泌体就可直接上调IL-10、TGF-β1的表达，促进调节性T细胞增殖，加强免疫抑制[35]。

2.外泌体对血管生成的调控：增生性瘢痕、瘢痕疙瘩比生理性瘢痕血管密度更高，深部组织供血更丰富[36]。有研究发现，这些瘢痕组织中新生血管的内皮细胞是紊乱的，并对其发病机制提出新的观点：瘢痕疙瘩、增生性瘢痕是血管性疾病，内皮功能障碍在其发病过程中起关键作用。具体表现为：各类致病因素在创面愈合炎症阶段诱导了增生血管的内皮细胞功能障碍，提高了血管通透性，导致炎症细胞发生趋化、聚集，产生的炎性因子通过损伤血管进入血管周围区域，加剧局部炎症反应，进而促进瘢痕发展[37]。故减少新生血管的产生可降低瘢痕组织沉积。

有证据表明，外泌体中ncRNAs是抑制血管生成的主要物质之一。胶质瘤干细胞来源外泌体中miR-994可通过抑制AKT / ERK信号通路和VEGF的表达来抑制血管生成[38]。压力负荷诱导的脊索细胞来源外泌体通过调控miR-140-5p/Wnt/β-Catenin轴抑制血管生成[39]。

3.外泌体对细胞外基质与成纤维细胞的调控：正常伤口愈合增殖阶段，成纤维细胞部分分化为肌成纤维细胞，通过表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)收缩伤口。随后肌成纤维细胞在伤口愈合重塑阶段发生凋亡，伤口愈合部位形成生理性瘢痕。而在异常的愈合进程中，肌成纤维细胞持续存在，造成创面组织过度收缩，并在局部产生了过量的以胶原蛋白为主的细胞外基质，最终形成增生性瘢痕、瘢痕疙瘩[40]。

人脂肪干细胞来源外泌体(ASC-Exo)可以抑制瘢痕组织中成纤维细胞的增殖、迁移、胶原合成，减轻其对创面的收缩作用[41]。进一步实验发现，创面部位注射ASC-Exos 可以增加Ⅲ型胶原与Ⅰ型胶原的比例，减少瘢痕形成面积，同时增加体内TGF-β3与TGF-β1的比例，阻止成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。此外，ASC-Exos 通过激活ERK / MAPK途径增加了皮肤真皮成纤维细胞MMP3的表达，使得MMP3与组织金属蛋白酶抑制剂(TIMP1)的比例升高，这更利于细胞外基质的重塑[42]。脐带来源的MSC外泌体可通过抑制TGF-β / Smad2信号通路阻碍成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，减轻瘢痕形成[43]。

4.外泌体对细胞凋亡的调控：在大面积烧伤或机械性创伤组织中，成纤维细胞往往过度增殖、分化而不易发生凋亡[44]。因此，诱导成纤维细胞凋亡可能是继抑制成纤维细胞增殖之后又一新的潜在治疗手段。在瘢痕组织中，目前发现与细胞凋亡相关的基因包括p53基因、Survivin基因、Bcl-2基因等[45]。

骨髓来源MSC可分泌含有miR-9-5p的外泌体[46]，而miR-9-5p不仅可以抑制增生性瘢痕、瘢痕疙瘩中成纤维细胞细胞外基质相关基因(如α-SMA，vimentin，col1a) 的表达，防止细胞外基质的过多沉积，还可以通过靶向抑制过氧化物酶体增殖物激活受体 β(PPAR β)的表达，加速成纤维细胞凋亡[47]。此外，Pang等[48]研究发现，miR-152-5p可通过调节Smad3的表达，促进瘢痕组织中成纤维细胞的凋亡。Zhou等[49]实验提示，miR-519d可直接作用于靶基因Sirtuin(SIRT7) 的3′UTR，抑制增生性瘢痕、瘢痕疙瘩中成纤维细胞 α-SMA、Ⅰ型和Ⅲ型胶原的表达，诱导其凋亡。

四、总结与展望

综上所述，外泌体可对增生性瘢痕和瘢痕疙瘩发挥多种作用。大量研究表明，外泌体具有减轻炎症反应、调控血管形成、重塑细胞外基质、抑制成纤维细胞增殖和分化、诱导成纤维细胞凋亡等特性，并可通过这些机制抑制瘢痕形成或治疗瘢痕。然而不同条件下不同细胞来源的外泌体，其所含成分差异巨大。同时，想要明确某一外泌体中包含物质的所有准确成分，其难度与工作量不容小觑。故针对外泌体有效治疗瘢痕的详细作用机制仍待探索。

此外，虽然外泌体对瘢痕有治疗效果，并且还具有免疫原性低、生物活性高、体外储存方便等优势，但其体内半衰期短、清除速率快、大规模制备困难、制备成本较高等缺点不可忽视。目前已有可运载外泌体的生物活性载体或支架来解决上述部分问题，但这类产品的开发尚不完全成熟，材料的选择、制备工艺的优化以及生物相容性等问题将是需要不断钻研的长期课题。

外泌体目前有望成为临床治疗瘢痕的一种新型手段，在抑制瘢痕形成、减少瘢痕面积、改善瘢痕临床结局方面发挥积极作用。未来，外泌体很可能被商品化而大规模应用于实际临床诊疗中，通过单用或与已有疗法联用切实帮助瘢痕病人减轻痛苦，提高生活质量。