不同细胞来源的外泌体治疗眼部疾病研究进展

陈佳琳　王康　于金璐　王于佳　王强

【摘要】 外泌体（exosome）是一种由miRNA、蛋白质、脂质等多种生物活性物质组成的特殊类型的细胞外囊泡，具有免疫原性较低和储存时保持生化活性的优点，可通过产生多种生物学效应对多种眼部疾病发挥治疗作用。目前，外泌体治疗眼部疾病的作用机制已经成为研究热点。本文对不同细胞来源的外泌体在眼部疾病治疗中的研究进行归纳总结，以期为更好地防治眼部疾病提供理论参考。

【关键词】 外泌体 眼部疾病 视网膜保护

Research Progress of Exosomes from Different Cell Sources for Ocular Diseases/CHEN Jialin， WANG Kang， YU Jinlu， WANG Yujia， WANG Qiang. //Medical Innovation of China， 2022， 19（14）： -188

[Abstract] Exosome is a special type of extracellular vesicle composed of miRNA， protein， lipid and other bioactive substances， it has the advantages of low immunogenicity and maintaining biochemical activity during storage. It can play a therapeutic role in a variety of eye diseases by producing a variety of biological effects. At present， the mechanism of exocrine body in the treatment of eye diseases has become a research hotspot. This artical summarizes the research of exosome from different cell sources in the treatment of eye diseases， in order to provide theoretical reference for better prevention and treatment of eye diseases.

[Key words] Exosome Ocular diseases Retinal protection

First-author’s address： Yantai Affiliated Hospital of Binzhou Medical University， Yantai 264000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2022.14.045

外泌體（exosome，Exo）是一种特殊类型的细胞外囊泡，可来源于间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、内皮细胞、造血细胞和肿瘤细胞等，在透射电镜和冷冻电子显微镜下分别表现为特征性杯状或圆形分隔囊泡，直径40～100 nm，蔗糖梯度密度为1.10～1.18 g/mL，可通过CD63、CD81及CD9对外泌体进行特异性标记[1-2]。外泌体具有miRNA、蛋白质、脂质等多种生物活性物质，通过这些活性物质，不同来源外泌体可以特异性地与靶细胞结合，从而发挥不同的生物学功能[3]。通过与细胞间的交流，外泌体能够促进细胞迁移、增殖，减轻氧化应激，将携带的特定生物活性物质转移到靶细胞或损伤部位来诱导心脏血管生成和促进损伤后的修复，参与软骨损伤的修复和再生，而且在肝脏修复和再生中也起着关键作用[4-7]。有研究证明，外泌体不仅可来自体内干细胞，也可从特定的眼球细胞中获取，并且其作为传递受体，通过玻璃体腔或结膜下注射，可透过血视网膜屏障[8]，外泌体修复和再生的能力已经在眼部疾病模型中得到了验证[9]。因此，本文就不同细胞来源的外泌体在角膜病、自身免疫性葡萄膜炎、青光眼及视网膜疾病中的潜在治疗作用进行讨论。

1 角膜病

角膜病是导致失明的主要眼病之一，其可使透明角膜出现苍白和混浊，从而导致视物模糊、视力下降，甚至失明。角膜创伤的常规治疗主要包括润滑、抗生素和角膜塑形镜等支持性措施，对顽固性病例则以羊膜和眼睑缝合为主要手段[10]。外泌体可以为眼表损伤治疗提供新途径。

一项研究表明人角膜间充质干细胞分离的外泌体可被角膜上皮细胞吸收，促进角膜上皮细胞迁移和增殖，抑制角膜新生血管，并调节巨噬细胞向抗血管生成和抗炎免疫表型转变，加速小鼠角膜上皮损伤愈合[10]。然而，在角膜上皮损伤愈合时，上皮细胞来源的外泌体会促进角膜成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，导致角膜瘢痕形成[11]。因此，探索不同来源的外泌体的作用可能会为修复角膜上皮损伤并减少瘢痕形成提供新的治疗方法。角膜内皮层位于角膜最内层，由无法再生的内皮细胞组成，当角膜内皮严重受损时，会出现内皮细胞失代偿，形成角膜水肿，影响内皮细胞的透明性[12]，但目前关于外泌体对角膜内皮的治疗仍有待研究。

2 自身免疫性葡萄膜炎（autoimmune uveitis，AU）

葡萄膜炎是累及葡萄膜、视网膜、视网膜血管及玻璃体的一组炎症性眼病。其中，非感染性葡萄膜炎是T细胞尤其是Th1细胞和Th17细胞介导的自身免疫性炎症反应[13]。目前的临床治疗主要是使用皮质类固醇和免疫抑制剂，这些药物的长期应用会导致严重的全身副作用，增加白内障和青光眼的风险。在自身免疫性疾病的动物模型中，再生疗法已获得成功应用，这表明其在临床治疗应用方面拥有一定的发展前景[14]。

在其他器官组织上已经证明外泌体参与了炎症性和自身免疫性疾病的发展和治疗[15]。在实验性自身免疫性葡萄膜炎（EAU）的研究中，Kang等[16]发现调节性B细胞来源的包含白介素-35（IL-35）的外泌体，可通过拮抗Th17效应来挽救EAU小鼠视锥和视杆信号功能，而对Th1细胞没有显著作用。然而，Bai等[14]证明脐带间充质干细胞来源的外泌体（umbilical cord mesenchymal stem cells-derived exosome，UMSCs-Exo）下调视网膜中Th17细胞的比例的同时也下调了Th1细胞的比例，并且通过抑制趋化因子CC基序配体2（CCL2）即单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和趋化因子CC基序配体21（CCL21）对炎症细胞的趋化作用而有效地改善大鼠EAU，保护视网膜结构，挽救视网膜功能。这证明了间充质干细胞来源的外泌体（mesenchymal stem cells-derived exosome，MSCs-Exo）可用于治疗人类自身免疫性葡萄膜炎的能力。

3 青光眼与外伤性视神经病变

青光眼是一组以视神经节细胞（RGC）不可逆进行性损伤并伴有视神经损伤及相应视野丧失为特征的复杂眼病，病理性眼压升高和视神经供血不足是其主要危险因素。降低眼压、增加小梁网房水流出，减少RGC丢失是青光眼治疗的主要目标[17]。

越来越多的研究集中于外泌体对RGC损伤后修复的作用机制，而减少RGC损伤是青光眼治疗的新方法。Mead等[18]通过动物实验发现，向青光眼大鼠模型玻璃体腔注射骨髓间充质干细胞外泌体（bone mesenchymal stem cells-derived exosome，BMSCs-Exo）后，RGC神经功能得到明显改善。在遗传性DBA/2J小鼠青光眼模型中亦有同样报道[19]。除此之外，另有研究表明，向视神经挤压模型大鼠玻璃体腔注射的BMSCs-Exo能够整合到视网膜神经元胞体和轴突中，通过依赖miRNA激活Akt通路，从而促进轴突再生[20]。然而，Pan等[21]研究发现，注射UMSCs-Exo后虽能显著改善视网膜神经节细胞层Brn3a+RGC的存活率，同时能提高胶质细胞胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的活化，却无法促进轴突的再生，并认为这可能与不同来源外泌体miRNA的差异化组成相关。两种MSC来源的外泌体均提供了对RGC及轴突的神经保护作用，从而保护视网膜功能。在外泌体对小梁细胞的抗炎作用上，文献[22-23]提出氧化应激后的无色素睫状体上皮细胞来源的外泌体与其靶细胞小梁细胞共同孵育，通过将PP2A磷酸酶转移到小梁细胞抑制糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK3β），从而降低Wnt信号通路活性，并且出现Nrf2诱导和下游反应，表现为抗氧化基因增加和蛋白表达改变，过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性增加，最终达到保护小梁细胞的目的，但若持续在氧化应激状态，外泌体无法对其提供足够的保护。因此，外泌體有可能作为一种新的治疗策略在保护视网膜RGC功能及小梁细胞的抗氧化应激方面治疗青光眼。

4 视网膜疾病

4.1 糖尿病视网膜病变（DR） DR是糖尿病最常见的并发症，是全球范围内导致视力丧失的主要原因。视网膜缺血/缺氧通过激活缺氧诱导因子1（HIF-1）导致血管内皮生长因子（VEGF）表达上调，而高VEGF水平促进DR患者视网膜新生血管生成[24]。目前糖尿病视网膜病变的治疗策略侧重对微血管并发症的处理，如玻璃体内注射抗VEGF药物治疗、激光光凝和玻璃体手术等[25]。然而，抗VEGF治疗虽然可能抑制DR患者视网膜新生血管，但仍有其他原因导致治疗效果不理想，因此探索外泌体等新的治疗方法保护视力尤为重要。

DR患者视网膜中炎性细胞因子的增加与视网膜病变密切相关[26]。在外泌体修复和促进再生的过程中，miRNAs可能激活或抑制下游途径的许多重要介质，在治疗DR模型时已显现出不可或缺的作用[27]。Zhang等[26]和Li等[28]研究发现，玻璃体腔注射的间充质干细胞来源的外泌体（MSCs-Exo）中过表达miR-126和miR-486-3p通过下调高迁移率组蛋白B1（high mobility group box-1，HMGB1）、NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小体水平和抑制核因子-κB（NF-κB）信号通路减少白介素-1β（IL-1β）、白介素-18（IL-18）和半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶-1（caspase-1）等炎症因子的产生，从而减轻高血糖诱导的视网膜炎症。此外，消退素（RvD1）的外源性给药也通过使NF-κB信号通路失活抑制NLRP3激活减轻视网膜炎症反应[29]。Maisto等[30]进一步证实RvD1通过调节NF-κB信号的表达，激活FPR2受体，增加抗血管生成的miR-20a-3p和miR-106a表达，降低了视网膜细胞释放的外泌体促血管生成的潜力。还有研究表明，视网膜色素上皮细胞衍生的外泌体可能通过TGF/Smad途径转移miR-202-5p，作为细胞间干扰抑制内皮细胞向间充质细胞转化的重要介质，阻止增生性糖尿病视网膜病变患者视网膜纤维化的发展[31]。外泌体除了自身表达miRNA还可作为载体携带miRNA作用于病变部位。例如，Liu等[32]研究表明，糖尿病相关病变上调了周细胞中cPWWP2A的表达导致视网膜血管功能障碍，而外泌体可以携带内源性miR-579抑制cPWWP2A的miRNA相关功能，并通过cPWWP2A和miR-579的不同表达水平间接介导糖尿病患者视网膜血管的功能。因此，笔者认为外泌体内源性或外源性miRNA在DR及其并发症的治疗中都发挥了重要作用。

4.2 年齡相关性黄斑变性（AMD） AMD是一种与年龄相关的致盲性退行性眼底病变，其中湿性AMD表现为脉络膜新生血管形成（CNV），VEGF是促进CNV形成的主要生长因子[33]。玻璃体腔注射抗VEGF药物被认为是临床治疗AMD最新且最为有效的方法，但仍有部分患者在接受治疗后没有明显效果，甚至出现更严重的视觉损伤。因此，外泌体对抗新生血管生成的作用亟待研究。

外泌体对AMD，尤其是CNV的神经保护作用已被探索。何广辉等[34]研究发现UMSCs-Exo能够有效降低蓝光损伤后人视网膜色素上皮（RPE）细胞血管内皮生长因子A（VEGF-A）的表达，改善细胞形态学改变，其效应与外泌体作用浓度、时间呈正相关。在AMD的发生、发展过程中，炎症细胞逐渐浸润，Wooff等[35]认为光感受器细胞分泌的外泌体及其携带的miR-124-3p介导免疫调节维持视网膜动态平衡，然而随着光感受器细胞逐渐退化凋亡，外泌体无法再调节免疫反应从而导致视网膜细胞的进行性死亡。综上所述，外泌体及其携带的miRNA及其他生物活性物质为AMD的治疗提供了新的研究方向。

4.3 视网膜损伤 缺血、感染或物理损伤引起的视网膜损伤会导致感光细胞退化或死亡及严重的视力丧失。MSCs-Exo通过抗炎、神经保护和抗凋亡作用对视网膜损伤有治疗作用[36]。外泌体对视网膜缺血的保护作用可能有多种作用机制。Moisseiev等[37]研究发现，在视网膜缺血条件下，MSCs-Exo包含许多来自cAMP反应元件结合蛋白途径和支持生存的热休克蛋白（HSP）途径的促生存相关蛋白，能有效降低氧源性视网膜病变（OIR）小鼠视网膜缺血的严重程度。此外，Mathew等[38]同样发现，玻璃体腔注射MSCs-Exo被视网膜R28细胞通过细胞表面硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）受体，以剂量依赖和温度依赖的方式内吞，显著降低了炎性介质如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）水平，caspase-3的裂解水平也低于空白对照组，MSCs-Exo促进视网膜缺血后的功能恢复，减少神经炎症和细胞凋亡，同时玻璃体腔注射外泌体后会持续聚集在RGC层中，提供神经营养蛋白，最终达到RGC的神经保护作用。因此，MSCs-Exo作为仿生药物具有治疗神经退行性疾病和神经损伤的潜力。

5 前景展望

外泌体对受损组织或细胞具有促进修复和再生的作用。外泌体在体内性质稳定且半衰期长，作为细胞外囊泡，可以穿越生物屏障到达靶细胞，以不同的方式被受体细胞摄取，作为生物标志物或药物运输载体发挥作用，亦可与传统的病毒载体结合使用，形成一种功能更强的基因治疗工具。外泌体作为干细胞疗法的一种无细胞替代品具有广阔的发展前景。然而，外泌体治疗仍有困难需要克服，外泌体分离、提纯方法耗时且没有统一标准，无法大批量生产等问题导致其目前无法在临床应用。随着研究思路与研究方法的不断发展，外泌体有望在未来为眼部疾病的诊断与治疗提供新策略。

参考文献

[1]杨婧.外泌体在年龄相关性黄斑变性发病机制中的作用研究进展[J].中华实验眼科杂志，2017，35（1）：83-86.

[2] KOWAL J，ARRAS G，COLOMBO M，et al.Proteomic comparison defines novel markers to characterize heterogeneous populations of extracellular vesicle subtypes[J/OL].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States America，2016，113（8）：E968-E977.

[3] SIMONS M，RAPOSO G.Exosomes-vesicular carriers for intercellular communication[J].Curr Opin Cell Biol，2009，21（4）：575-581.

[4] SHIEKH P，SINGH A，KUMAR A.Exosome laden oxygen releasing antioxidant and antibacterial cryogel wound dressing OxOBand alleviate diabetic and infectious wound healing[J].Biomaterials，2020，249：120020.

[5] YUE Y，GARIKIPATI V N S，VERMA S K，et al.Interleukin-10 deficiency impairs reparative properties of bone marrow-derived endothelial progenitor cell exosomes[J].Tissue Eng Part A，2017，23（21-22）：1241-1250.

[6] ZHANG S，CHUAH S J，LAI R C，et al.MSC exosomes mediate cartilage repair by enhancing proliferation，attenuating apoptosis and modulating immune reactivity[J].Biomaterials，2018，156（225）：16-27.

[7] HYUNG S，JEONG J，SHIN K，et al.Exosomes derived from chemically induced human hepatic progenitors inhibit oxidative stress induced cell death[J].Biotechnol Bioeng，2020，117（9）：2658-2667.

[8] MEAD B，TOMAREV S.Extracellular vesicle therapy for retinal diseases[J].Prog Retin Eye Res，2020，79（13）：100849.

[9] LI S F，HAN Y，WANG F，et al.Progress in exosomes and their potential use in ocular diseases[J].Int J Ophthalmol，2020，13（9）：1493-1498.

[10] SAMAEEKIA R，RABIEE B，PUTRA I，et al.Effect of Human corneal mesenchymal stromal cell-derived exosomes on corneal epithelial wound healing[J].Investigative Ophthalmology & Visual Science，2018，59（12）：5194-5200.

[11] MCKAY T，HUTCHEON A，ZIESKE J，et al.Extracellular vesicles secreted by corneal epithelial cells promote myofibroblast differentiation[J].Cells，2020，9（5）：1080.

[12] KOCABA V，DAMOUR O，AUXENFANS C，et al.Corneal endothelial cell therapy，a review[J].Journal Francais D’Ophtalmologie，2018，41（5）：462-469.

[13]張雨晴，邵毅，周琼.非感染性葡萄膜炎的系统治疗进展[J].国际眼科杂志，2019，19（12）：2045-2047.

[14] BAI L，SHAO H，WANG H，et al.Effects of mesenchymal stem cell-derived exosomes on experimental autoimmune uveitis[J].Scientific Reports，2017，7（1）：4323.

[15] HARRELL C，SIMOVIC M B，FELLABAUM C，et al.Therapeutic potential of mesenchymal stem cell-derived exosomes in the treatment of eye diseases[J].Advances in Experimental Medicine and Biology，2018，1089：47-57.

[16] KANG M，CHOI J K，JITTAYASOTHORN Y，et al.Interleukin 35-producing exosomes suppress neuroinflammation and autoimmune uveitis[J].Front Immunol，2020，11：1051.

[17] HARRELL C R，FELLABAUM C，ARSENIJEVIC A，et al.Therapeutic potential of mesenchymal stem cells and their secretome in the treatment of glaucoma[J].Stem Cells Int，2019，2019：7869130.

[18] MEAD B，AMARAL J，TOMAREV S.Mesenchymal stem cell-derived small extracellular vesicles promote neuroprotection in rodent models of glaucoma[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2018，59（2）：702-714.

[19] MEAD B，AHMED Z，TOMAREV S.Mesenchymal stem cell-derived small extracellular vesicles promote neuroprotection in a genetic DBA/2J mouse model of glaucoma[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2018，59（13）：5473-5480.

[20] MEAD B，TOMAREV S.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells-derived exosomes promote survival of retinal ganglion cells through miRNA-dependent mechanisms[J].Stem Cells Transl Med，2017，6（4）：1273-1285.

[21] PAN D，CHANG X，XU M，et al.UMSC-derived exosomes promote retinal ganglion cells survival in a rat model of optic nerve crush[J].J Chem Neuroanat，2019，96：134-139.

[22] LERNER N，CHEN I，SCHREIBER-AVISSAR S，et al.Extracellular vesicles mediate anti-oxidative response-in vitro study in the ocular drainage system[J].International Journal of Molecular Sciences，2020，21（17）：6105.

[23] LERNER N，SCHREIBER-AVISSAR S，BEIT-YANNAI E.Extracellular vesicle-mediated crosstalk between NPCE cells and TM cells result in modulation of Wnt signalling pathway and ECM remodelling[J].Journal of Cellular and Molecular Medicine，2020，24（8）：4646-4658.

[24] HUANG H，HE J，JOHNSON D，et al.Deletion of placental growth factor prevents diabetic retinopathy and is associated with Akt activation and HIF1alpha-VEGF pathway inhibition[J].Diabetes，2015，64（1）：200-212.

[25] WANG W，LO A C Y.Diabetic retinopathy：Pathophysiology and treatments[J].Int J Mol Sci，2018，19（6）：1816.

[26] ZHANG W，WANG Y，KONG Y.Exosomes derived from mesenchymal stem cells modulate miR-126 to ameliorate hyperglycemia-induced retinal inflammation via targeting HMGB1[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2019，60（1）：294-303.

[27] BJORGE I M，KIM S Y，MANO J F，et al.Extracellular vesicles，exosomes and shedding vesicles in regenerative medicine-a new paradigm for tissue repair[J].Biomater Sci，2017，6（1）：60-78.

[28] LI W，JIN L，CUI Y，et al.Bone marrow mesenchymal stem cells-induced exosomal microRNA-486-3p protects against diabetic retinopathy through TLR4/NF-κB axis repression[J].J Endocrinol Invest，2021，44（6）：1193-1207.

[29] YIN Y，CHEN F，WANG W，et al.Resolvin D1 inhibits inflammatory response in STZ-induced diabetic retinopathy rats：Possible involvement of NLRP3 inflammasome and NF-κB signaling pathway[J].Molecular Vision，2017，23：242-250.

[30] MAISTO R，TROTTA M C，PETRILLO F，et al.Resolvin D1 modulates the intracellular vegf-related mirnas of retinal photoreceptors challenged with high glucose[J].Front Pharmacol，2020，11：235.

[31] GU S，LIU Y，ZOU J，et al.Retinal pigment epithelial cells secrete miR-202-5p-containing exosomes to protect against proliferative diabetic retinopathy[J].Exp Eye Res，2020，201：108271.

[32] LIU C，GE H M，LIU B H，et al.Targeting pericyte-endothelial cell crosstalk by circular RNA-cPWWP2A inhibition aggravates diabetes-induced microvascular dysfunction[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2019，116（15）：7455-7464.

[33] HYTTINEN J M T，BLASIAK J，FELSZEGHY S，et al.MicroRNAs in the regulation of autophagy and their possible use in age-related macular degeneration therapy[J].Ageing Res Rev，2021，67：101260.

[34]何廣辉，陈松，马映雪，等.人脐带间充质干细胞外泌体对蓝光损伤人视网膜色素上皮细胞血管内皮生长因子A表达的影响[J].中华眼底病杂志，2016，32（6）：605-610.

[35] WOOFF Y，CIOANCA A，CHU-TAN J，et al.Small-medium extracellular vesicles and their miRNA cargo in retinal health and degeneration：Mediators of homeostasis，and vehicles for targeted gene therapy[J].Frontiers in Cellular Neuroscience，2020，14：160.

[36] MA M，LI B，ZHANG M，et al.Therapeutic effects of mesenchymal stem cell-derived exosomes on retinal detachment[J].Experimental Eye Research，2020，191：107899.

[37] MOISSEIEV E，ANDERSON J D，OLTJEN S，et al.Protective effect of intravitreal administration of exosomes derived from mesenchymal stem cells on retinal ischemia[J].Curr Eye Res，2017，42（10）：1358-1367.

[38] MATHEW B，RAVINDRAN S，LIU X，et al.Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles and retinal ischemia-reperfusion[J].Biomaterials，2019，197：146-160.

（收稿日期：2021-10-13） （本文编辑：张明澜）