间充质干细胞来源外泌体促进伤口愈合的研究进展

何 斯 贾彩霞 冯珊珊 刚乔健 杨志华 哈小琴▲

1.兰州大学第二临床医学院，甘肃兰州 730000；2.中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院检验科，甘肃兰州 730050

皮肤是人类最大的器官。伤口的愈合是个动态过程，主要包括止血、炎症、增殖和组织重塑四个阶段[1]。在此过程中，涉及由炎症细胞、角质形成细胞、成纤维细胞等多种细胞产生的细胞因子、生长因子、酶等的参与，共同协调和发挥作用。流行病学数据显示，创面护理费用占欧洲卫生预算的2%，发展中国家有1%～2%的患者遭受着伤口难愈合的困扰[2]。随着人口老龄化的加重，伤口难愈合的患者人数逐渐增加，迫切需要寻求一个新的、有效的治疗方式。目前，临床上的创面治疗主要通过应用创面敷料、高压氧疗、基因疗法、细胞疗法等方法。谭谦等[3]提出，与皮肤组织工程相比，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）移植可以解决创面缺乏细胞生长因子的问题。MSCs可以分泌多种可溶性细胞因子参与伤口修复。此外，MSCs本身具有强大的自我更新和分化能力，使其成为一种很有前途的伤口治疗方式[4]。间充质干细胞来源外泌体（mesenchymal stem cells-derived exosomes，MSCs-Exo）是MSCs分泌出的一种细胞微囊泡，其结合了MSCs的各种优点，又成功避免了MSCs移植出现的损失量大、细胞易失活等缺陷。已有多种研究表明，MSCs-Exo在MSCs促进伤口愈合过程中起关键作用。本文针对MSCs和MSCs-Exo在促进伤口愈合机制方面的最新研究进展进行总结和探讨。

1 MSCs修复组织损伤的机制探讨

MSCs主要通过旁分泌作用、细胞分化和免疫调节作用来增加血管生成、增强修复细胞的迁移、修复和替换细胞基质和减轻炎症[1]。不同来源MSCs主要在分离成功率、增殖能力、培养时间、分化程度上存在差异，形态和免疫表型方面的差异性较小[4]。以下将着重探讨MSCs的伤口修复机制。

1.1 MSCs的旁分泌作用

MSCs的旁分泌作用被认为是MSCs促进伤口愈合的主要潜在机制。脐带间充质干细胞（umbilical cord mesenchymal stem cells，UMSCs）通过上调转化生长因子、缺氧诱导因子1α、纤溶酶原激活物抑制剂-1基因的表达，加速成纤维细胞的增殖和向伤口边缘的迁移[5]。Pakdemirli等[6]研究表明，联合使用MSCs分泌的可溶性细胞因子和叶酸可有效改善内皮细胞损伤，提高伤口愈合率。

血管新生在伤口愈合过程中起着关键作用。研究发现，骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）高表达血管生长因子1和血管内皮生长因子α，血管生长因子1与内皮细胞酪氨酸激酶-2受体结合后促进新生血管的成熟，同时，通过内皮细胞的蓄积和基底膜的重建来维持血管的完整性，血管内皮生长因子促进内皮细胞的增殖和迁移以及血管的形成[7]。脂肪间充质干细胞（adipose mesenchymal stem cells，ADMSCs）的条件培养基内存在高水平的胰岛素生长因子1、白介素6、转化生长因子β等细胞因子，在增殖阶段可促进上皮和血管再生[8]。

受宿主环境的影响，MSCs被招募到损伤部位发挥作用，激活β2肾上腺素受体信号，调节角化细胞迁移，促进皮肤伤口愈合[9]。Zhang等[10]研究发现移植UCMSCs招募宿主巨噬细胞数量明显增加。

1.2 MSCs的细胞分化

MSCs自我更新能力强，具有多项分化能力，MSCs可以直接分化或替换丢失的组织成分[1]。在体内，MSCs可分化为表皮角质形成细胞、内皮细胞和周细胞，促进再上皮化过程和抑制瘢痕生成[9]。Liu等[11]发现BMSCs可以通过蛋白激酶B和核转录因子-κB通路向内皮细胞分化，且在缺氧的微环境下其迁移能力增强，有利于组织再生，用内皮细胞谱细胞诱导和去铁胺预处理后可以增强MSCs功能。

1.3 MSCs的免疫调节作用

MSCs是常见的治疗免疫介导性疾病的药物，MSCs的免疫调节作用较大程度上归因于其分泌的可溶性因子。先天免疫中，炎症影响MSCs分泌的可溶性因子减弱树突状细胞的成熟及其抗原呈递作用[12]。研究表明，系统输注MSCs后可以诱导巨噬细胞由促炎的M1型向抗炎的M2型转变，M2型巨噬细胞可以分泌调节炎症、参与组织重塑和促伤口愈合的介质，其中主要是MSCs-Exo中的miR-223通过靶向pknox1进行调节[13]。

2 不同来源的MSCs-Exo修复皮肤损伤机制

外泌体直径为30～150 nm，负载特定的DNA、脂质、miRNA、蛋白质等物质，是细胞间重要的通信工具。Hoang等[14]研究发现，MSCs-Exo促进细胞增殖和迁移，增强血管形成，促进伤口愈合。无异种条件下，骨髓、脂肪、脐带来源的MSCs-Exo分泌的生长因子表达量不同，对成纤维细胞影响最大的是hUMSCs-Exo，而hBMSCs-Exo主要影响角质形成细胞。但不同来源MSCs-Exo在修复伤口愈合方面是否具有差异，需要进一步研究。

2.1 骨髓间充质干细胞来源外泌体（BMSCs-Exo）

Jiang等[15]研究表明，hBMSCs-Exo通过抑制转化生长因子β/Smad信号通路，降低转化生长因子1的表达，促进伤口愈合，同时促进转化生长因子3分泌，减少瘢痕的形成。Shen等[16]发现BMSCs-Exo可通过上调miR-93-3p来调控miR-93-3p/APAF1轴，加速创面愈合，但是miR-93-3p在伤口愈合中的潜在作用尚不清楚。Li等[17]报道称，BMSCs-Exo中的长链非编码RNA H19与miRNA-152-3p结合后可导致磷酸酶张力蛋白上调，促进成纤维细胞增殖和迁移，并抑制其凋亡。

2.2 脂肪间充质干细胞来源外泌体（ADMSCs-Exo）

ADMSCs-Exo被软组织吸收后，促进细胞增殖和迁移，胶原蛋白合成增加，在伤口愈合早期合成Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白，愈合后期，ADMSCs-Exo可通过抑制胶原蛋白合成来抑制瘢痕生长[18]。Pi等[19]研究发现ADMSCs-Exo中miRNA-125a-3p可通过抑制磷酸酶张力蛋白促进伤口愈合的血管生成。局部涂抹hADMSCs-Exo结合静脉注射hADMSC和hADMSCs-Exo是最佳的用药方式[20]。

2.3 脐带间充质干细胞外泌体（UMSCs-Exo）

Fang等[21]通过高通量RNA测序和功能分析，证明了富含特定miRNAs的hUMSC-Exo通过抑制转化生长因子β2/Smad2途径，抑制瘢痕形成。研究发现，过表达miR-181c的hUMSC-Exo下调Toll样受体4信号通路（TLR4），其通过抑制miR-181c基因能明显减少脂多糖诱导的巨噬细胞表达TLR4，降低炎症反应[22]。hUMSCs-Exo通过增加细胞角蛋白19、增殖细胞核抗原和Ⅰ型胶原的表达来促进细胞增殖，衍生的Wnt4激活β-连环蛋白核移位和活性，在伤口再上皮化和细胞增殖中起着关键作用，此过程可被β-连环蛋白抑制剂ICG001逆转[23]。

3 缺氧下的MSCs-Exo

研究证明，缺氧条件下体外培养的MSCs更利于维持细胞自我更新、迁移以及释放旁分泌因子，从而实现趋化和促血管生成特性[11]。缺氧诱导因子1α是细胞适应缺氧的关键介导因子。Cerrada等[24]研究提出，HIF-1α慢病毒转导MSCs分泌的外泌体量增多，分泌的外泌体介导血管生成，主要通过Notch通路，而Jagged1是MSCs外泌体中唯一的Notch配体，即通过增加Jagged1的包装来增加血管生成能力，即缺氧增强MSCs生物学功能从而促进血管生成。研究发现，缺氧下的MSCs-Exo能更有效地促进血管生成、增殖和迁移，其中miR-126起功能性作用[25]。证实了缺氧条件能增强MSCs的旁分泌作用。

4 总结与展望

MSCs和MSCs-Exo的促伤口愈合过程涉及多种错综复杂的信号调节网络，且作用的分子调控机制尚未完全阐明，需要进一步深入探讨。MSCs-Exo生物学价值优于MSCs。不同来源的MSCs-Exo在促进皮肤细胞的迁移、增殖以及生长因子的分泌量上存在差异。临床上可以模拟不同疾病或同一疾病不同病理阶段的损伤部位微环境，通过某些处理更好地优化MSCs-Exo，从而启动内源性细胞介导的组织修复，治疗皮肤创伤。