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干细胞外泌体——肌肤修复与再生的新星

干细胞来源的外泌体作为无细胞治疗的替代方法,在抗皮肤老化中起着重要的作用。


外泌体的生物学特征


外泌体(exosome)直径40-100nm,作为一种活细胞分泌的亚细胞成分,外泌体中含有细胞特异的蛋白、脂质和核酸,能作为信号分子传递给其他细胞从而改变其他细胞的功能,起到调节细胞状态与功能的作用。它可以在细胞之间运输和转移生物活性分子,如蛋白质和RNA,介导靶向细胞间信号传递,甚至是遗传信息的功能性转移,是细胞间通讯的重要介质。

外泌体中包含多种生物因子,这些因子被发现可诱导成纤维细胞的迁移和增殖以及胶原的合成。具有减少细胞凋亡、减轻炎症反应、促进血管生成、抑制纤维化、提高组织修复潜力等重要生物学功能,在组织损伤修复、慢性伤口愈合、抑制伤口瘢痕形成及抗衰老等方面具有良好的应用前景。


细胞通过内吞作用产生小囊泡→小囊泡融合形成早期胞内体→早期胞内体出芽→形成含多个腔内小囊泡的多泡体→释放到细胞外


1983年,外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现,1987年Johnstone将其命名为"exosome"。




2013年10月7日,瑞典卡罗琳医学院宣布,将2013诺贝尔生理学或医学奖授予2名美国科学家1名德国科学家,以表彰他们发现细胞内部囊泡运输调节机制。诺奖委员会这样描述外泌体的重要性:“没有囊泡运输的精确组织,细胞将陷入混乱状态”。


外泌体的功能优势

来源于不同的组织的外泌体不仅具有其特异性蛋白分子,而且还包含其行使功能的关键分子。也就是干细胞外泌体具备干细胞的一些特质,比如具有定向迁移的归巢能力、低免疫原性等。


外泌体的电镜照片


外泌体发挥生物学效应的方式要有以下两种:

直接作用:外泌体表面的蛋白分子或脂质配体直接激活靶细胞表面的受体,产生信号复合体并激活胞内信号通路;

递送作用:外泌体可以与靶细胞的质膜融合或内吞直接进入细胞,将自身携带的蛋白质、核酸、脂质等活性分子带到细胞内,进而调控细胞的功能及生物学行为。

干细胞外泌体与干细胞具有相似的生物学性能,但干细胞外泌体更加安全稳定高效,外泌体对受损的微环境不响应,具有更强而复杂的信号分子转运和调控能力,具有改变细胞外基质,改变受体细胞的转录组和蛋白质组,调节细胞凋亡,生长,增殖和分化途径的能力。为无细胞移 植治疗的情况下实现组织再生、组织修复提供了新策略、新方法。


外泌体与皮肤修复

皮肤有极强的修复和再生能力,这与皮肤干细胞的存在具有直接的关系。当皮肤受到损伤时,位于皮肤表皮基底层和毛囊隆突的皮肤干细胞就会在内外因素的调控下,及时增殖分化为相关细胞,以修复机体受损的表皮、毛囊等结构。

近年来研究发现干细胞外泌体与皮肤衰老相关,外泌体不仅参与皮肤生理、病理过程,如调节皮肤微环境中促炎细胞因子分泌,促进皮肤缺损处血管新生及胶原沉积,显著促进创面的愈合,以及调节皮肤成纤维细胞增殖分化,同时还在皮肤微环境发生病变时发挥特异性信息传递作用、抑制缺损皮肤中肌成纤维细胞的过度聚集和瘢痕形成。


2015年,Zhang等人发现间充质干细胞的外泌体通过促进血管新生修复皮肤

2015年发表的研究发现,间充质干细胞外泌体中含有有丰富的Wnt蛋白,它能活化β-catenin信号通路,同时通过激活Erk1/2信号通路正调控VEGFA、Cox-2、FGF2等(成血管基因)的表达,进而促进了二度烧伤大鼠模型深部创伤后血管的重生、胶原蛋白合成和皮肤损伤修复。



皮肤老化分为内源性老化与外源性老化,前者主要表现为皮肤干燥、细纹、胶原纤维和弹性纤维减少以及皮下脂肪变薄,是人体随着年龄增加逐渐出现的正常皮肤老化;后者主要表现为皮肤干燥、出现深大皱纹、皮肤松弛弹性下降、粗糙、色素不均匀,多由环境因素导致,尤其是紫外线。

紫外线损伤和老化会影响细胞外基质胶原蛋白和弹性蛋白,这两者都是防止皮肤脱水以及保持皮肤紧致和弹性的关键。


已有研究发现人诱导多能干细胞外泌体可以显著降低衰老相关β-半乳糖苷酶的表达水平,并上调HDFs中胶原的表达,为干细胞外泌体美容抗衰提供了理论依据。在临床上,干细胞外泌体主要治疗烧伤、烫伤、皮肤溃疡,再生健康皮肤;用在护肤方面,主要是对外伤受损、衰老、中毒皮肤进行修复,全面调理皮肤、改善肤质,令肌肤恢复年轻、健康的状态。


干细胞外泌体通过激活多种信号通路参与调控成纤维细胞增殖能力,恢复细胞外基质成分,降低ROS水平,进而逆转皮肤老化,给抗衰老治疗带来了新的希望。


总结

干细胞外泌体目前在骨/软骨组织修复、神经组织再生、肝肾组织再生、肌肉组织修复、血管组织再生等领域均已进行了大量的临床研究, 展现了外泌体的再生潜能。基于外泌体的治疗是一种很有前途的治疗手段,从干细胞中提取外泌体并加以纯化和储存,可以为未来各种疾病的治疗以及组织再生提供一种全新的治疗模式。

随着人们生活质量的日渐提高,外在的各种皮肤问题也越来越得到重视,尤其对于医疗美容的需求也日渐增多。干细胞因其免疫原性小、取材丰富等优势也成为了研究者们关注的焦点,干细胞外泌体产品已应用于临床,其在敏感皮肤修复、皮肤创伤愈合以及医疗整形美容等领域占有重要地位,修复效果良好,值得临床应用推广!

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