间充质干细胞外泌体在疾病中作用机制的研究进展

龙雨飞 骆宜茗 齐忠权△

(1.广西大学医学院,广西 南宁 530004; 2.厦门大学附属第一医院,福建 厦门 361000)

外泌体(Exo)是一种可由大多数细胞释放的囊泡样物质，直径约40～160 nm。它起源于内吞途径[1]：细胞质膜内吞形成早期内体，早期内体可发育为晚期内体，晚期内体向内出芽形成管腔囊泡并成为多泡体，部分多泡体与细胞质膜融合，释放的管腔囊泡即是外泌体。多泡体的发生过程使得外泌体最终含有与来源细胞相关的核酸和蛋白质，这是外泌体发挥与来源细胞相似生理功能的必要条件。

间充质干细胞(MSC)是一种具有自我更新、多向分化能力的成体干细胞，首先从骨髓中分离出来，随后发现从骨膜、脂肪、肌肉、胎盘、脐带、脐带血中也可分离和制备MSC。早期认为MSC对损伤的修复是基于分化替代，进一步研究则发现MSC体内存留时间短，静脉注射MSC多数滞留于肺、脾等脏器[2]，因此MSC的旁分泌作用被日渐关注。研究发现，MSC外泌体(MSC-Exo)能够起到MSC相似的生理作用，可改善细胞功能和表型、调节免疫系统等而达到治疗疾病的目的。本文就MSC-Exo在疾病治疗中的作用机制进行综述。报告如下。

1 靶向作用于受体细胞

MSC-Exo作用于受体细胞的机制有3种，发挥作用时可能涉及多个途径[3]：(1)MSC-Exo膜上配体与受体细胞结合，将识别信号转入胞内；(2)MSC-Exo通过与受体细胞膜融合或胞吞等方式进行受体细胞，将内容物释放到胞内，实现信息传递；(3)MSC-Exo释放内容物或表面膜蛋白被裂解为可溶性配体，作用于受体细胞表面，完成信息传递。

MSC-Exo在经系统给药或鼻腔给药后可以通过血脑屏障到达脑部区域发挥治疗作用，这种迁移和归巢与炎症信号高度相关。研究证实[4]，在缺血性中风、自闭症、帕金森病和阿尔茨海默病小鼠模型中，经鼻腔给药的MSC-Exo均可特异性地靶向到不同的病理相关区域，持续长达96 h。百日咳毒素可抑制固有免疫细胞的早期趋化募集；使用百日咳毒素可阻止MSC-Exo归巢，表明MSC-Exo的靶向性可能与激活的固有免疫细胞有关。

MSC-Exo具有靶向肿瘤组织的能力。利用MSC-Exo的囊泡结构容纳药物，参与药物的递送可提高生物利用度。阿霉素(doxorubicin,DOX)可有效的抗击肿瘤，但生物利用度低，并存在剂量依赖的心脏毒性。MSC-Exo装载DOX，可提高对MG63骨肉瘤细胞系对DOX的摄取效率，降低对心肌H9C2细胞系的毒性[5]。

通过对MSC-Exo修饰，可进一步提高靶向性。索拉非尼可显著改善肝癌患者的预后，但易耐药；修饰siGRP78的骨髓MSC-Exo联合索拉非尼，可提高索非拉尼的利用度，靶向作用于肝癌细胞的GRP78位点，抑制癌细胞的生长和转移，实现耐药逆转[6]。

2 提供神经营养因子

神经营养因子是一类在神经元生长和发育中起关键作用的生长因子，可促进包括脱髓鞘病变下的神经元存活。MSC在体内外均能产生多种神经营养因子；MSC-Exo也继承了这一特性。研究证明[7]，MSC-Exo含有脑源性神经营养因子(BDNF)、胰岛素样生长因子(IGF)、肝细胞生长因子(HGF)、血管内皮生长因子(VEGF)等多种营养因子及生长因子。谷氨酸堆积可引起神经细胞凋亡；富含IGF和HGF的MSC-Exo可改善谷氨酸造成的神经损伤。在高糖诱导的视网膜神经细胞凋亡中，MSC-Exo可传递BDNF，促进视网膜神经元细胞中Trkb蛋白表达，减少高糖环境对视神经元的损伤，从而有效保护视网膜[8]。

3 提供microRNA

MicroRNA(miRNA)是一种内源性微小非编码RNA，通过与靶基因碱基配对互补，参与转录后基因调控，可引起靶基因抑制和降解。MSC-Exo可携带多种miRNA，从而远距离进行细胞间信息交流，实现对靶细胞的基因调控。Liu等人[9]证实，缺氧条件下的MSC-Exo (Hypo-Exo)对骨折愈合有明显促进作用；将MSC的缺氧诱导因子1α(HIF‐1α)敲低可导致MSC及其外泌体中miR-126的显著减少，并消除Hypo-Exo的促愈合作用。

MSC-Exo在成骨分化各个阶段至关重要，且至少有部分对成骨分化的调控作用是由miRNA引起的：它的亲本根据分化阶段分泌具有不同生物学特性的外泌体，促使同型细胞向成骨分化，或成骨分化后期可诱导细胞外基质矿化[10]。Yang等人[11]将MSC-Exo与人成骨细胞共培养，发现MSC-Exo肺腺癌转录本1通过介导miR-34c/SATB2轴增强骨质疏松小鼠成骨细胞活性。MSC-Exo传递的miR-126-3p则可通过下调分解蛋白和金属蛋白酶9来抑制胰腺癌细胞的增殖、侵袭和转移，并在体外和体内促进胰腺癌细胞的凋亡[12]。

4 改善炎症

MSC-Exo中富含参与调控多种生物过程的蛋白，如金属硫蛋白-2，经全身性给药后作用域结肠巨噬细胞[13]，可显著缓解不同模型中的结肠炎，抵抗炎症再刺激。干扰素γ(IFNγ)刺激下产生的MSC-Exo(IFNγ-Exo)治疗实验性自身免疫性脑脊髓炎，可减轻脱髓鞘病变和神经炎症[14]。IFNγ-Exo[15]含有多种抗炎RNA，抑制这些RNA可部分抑制外泌体诱导调节性T细胞(Treg)的潜力。另外，IFNγ-Exo可降低外周血单核细胞增殖和Th1和Th17细胞因子(包括IL-6、IL-12p70、IL-17AF和IL-22)的水平，增加免疫抑制细胞因子吲哚胺2,3-双加氧酶分泌。

MSC-Exo能将阻碍内源性干细胞和祖细胞分化和再生的促炎性环境转变为耐受性环境，促进再生[16]；或通过抑制炎症介质和NLRP3炎症小体激活，发挥抗炎作用[17]。MSC-Exo应用于造血干细胞移植后类固醇难治性急性移植物抗宿主病(GVHD)的临床研究[18]显示，MSC-Exo回输后，患者外周血IL-1β、TNFα和IFNγ水平下降；2周内急性GVHD症状显著改善，并能持续稳定，类固醇日剂量明显减少。在急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)模型中，MSC-Exo能减少AKI诱导的氧化应激、凋亡和纤维化，促进内源性肾细胞生成，减少炎症反应和增加抗炎细胞因子的分泌，抑制AKI诱导的巨噬细胞和淋巴细胞在肾脏的浸润，改善肾功能[19]。

5 调节免疫系统

MSC-Exo具有广泛调节免疫细胞的能力，可被应用于组织再生和自身免疫病。MSC-Exo被巨噬细胞摄取后，其携带的活性STAT3将激活精氨酸酶-1，诱导巨噬细胞向M2极化，减轻炎症[20]。MSC-Exo整合入脂多糖刺激的海马星形胶质细胞，可降低星形胶质细胞反应性增生和炎症反应[21]；整合入未成熟DC，可抑制DC摄取抗原和成熟，减少IL-6和IL-12p70分泌，增加TGF-β分泌[22]。MSC-Exo可降低异基因小鼠肾移植模型中IL-12 mRNA的表达以及IL-12的产生，通过增加miR146a的表达，可改善树突状细胞成熟度，提高同种异体肾移植的存活率[23]。GVHD小鼠模型的研究显示，MSC-Exo可抑制初始T细胞向效应型分化[24]，诱导Th1转化为Th2，抑制Th17细胞分化，诱导Treg产生，改善病理损伤[25]。

6 促进血管生成

从与外周动脉疾病相似的培养基(0%胎牛血清，1%O2)中分离的MSC-Exo含有许多促血管生成的因子，可增加梗死心脏的血管密度，降低心肌细胞凋亡，减少纤维化，其机制与中性鞘磷脂酶2表达及miR-210有关[26]。MSC-Exo可提高移植皮瓣成活率，促进新生血管形成，减轻缺血-再灌注损伤后皮瓣的炎症反应和细胞凋亡[27]。MSC-Exo还参与造血重建，提高移植HSC活性，降低其分化程度，增强NSG小鼠外周血向骨髓生态位迁移[28]。经离子处理的MSC-Exo氧化铁纳米颗粒囊泡，在磁引导下可显著聚集在脊髓损伤处促进血管形成，减轻炎症和凋亡，改善脊髓功能[29]。在糖尿病伤口模型中，MSC-Exo携带的miRNA-126可下调PTEN，激活PI3K/AKT信号通路，刺激血管生成，促进伤口愈合[30]。

7 展 望

MSC-Exo与其来源细胞生理功能相似，两者作用方式[31]和疗效[32]仍存在一定差异，MSC-Exo内容物存在的隐患[33]也不可忽视。但外泌体具有低免疫原性、无内源性成瘤风险、不必移植及输注活细胞、可过滤灭菌降低污染风险、易于规模生产、储存条件更简便等独特的优势。因此，外泌体预处理策略、给药策略和稳定性研究，或将成为未来研究热点。可以预见，MSC-Exo将成为许多退行性和炎症性疾病、器官移植后降低排斥反应、改善移植物功能新型的强有力治疗剂。MSC-Exo用于治疗疾病，前景令人期待。