皮肤是人体最大的器官,也是我们机体抵御外界侵害的第一道防线,但是皮肤很容易受到烧伤、烫伤等损伤,这不仅会导致其防御功能丧失,而且难愈性皮肤损伤和损伤后引起的严重瘢痕甚至会导致畸形,给患者带来极大的肉体和精神上的折磨,同时,外部环境刺激也会导致皮肤衰老损伤。

皮肤创伤愈合是一个复杂的、动态的过程,它涉及多个高度协调的过程,包括止血、炎症、细胞迁移和增殖等。创伤愈合中的两大难题是如何促进创面快速生长以及防止瘢痕形成。

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针对这两大难题,科学家们不断进行探索,发现干细胞来源的外泌体具有巨大治疗潜力。

外泌体的基本信息

外泌体是细胞主动向外界环境中分泌的纳米囊泡结构,通常直径为30-100nm,含有蛋白质、脂质、mRNA等生物活性物质。外泌体一旦通过胞吐作用从干细胞中释放,复杂的混合因子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。

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外泌体包裹在脂质双层膜中,在双层膜的保护下外泌体能够进行长距离移动。外泌体因在上皮组织的增殖、迁移、再生、炎症和瘢痕控制等方面的作用,有望成为“无细胞的细胞治疗”工具。

已有研究表明外泌体是细胞旁分泌作用的主要介质,其内容物 (mRNA、microRNA、各种抗凋亡和促血管生成因子)被发现可诱导成纤维细胞的迁移和增殖以及胶原的合成。

外泌体修复皮肤损伤机制

在皮肤损伤后第3天后,成纤维细胞开始增殖产生细胞外基质(包括纤连蛋白,I型和III型胶原蛋白等)。上皮细胞开始增殖并向受伤区域边缘迁移,加速伤口闭合,减少皮肤感染。因此,细胞增殖和皮肤再上皮化对皮肤再生至关重要。

1、外泌体促进成纤维细胞增殖

在皮肤损伤后第 3 天后,成纤维细胞开始增殖产生细胞外基质(包括纤连蛋白,I 型和III 型胶原蛋白等)。同时,上皮细胞开始增殖并向受伤区域边缘迁移,加速伤口闭合,减少皮肤感染。因此,细胞增殖和皮肤再上皮化对皮肤再生至关重要。

2、外泌体促进血管新生

血管再生是外泌体促进皮肤损伤修复的主要机制之一。血管再生(包括动脉、静脉以及毛细血管的再生),主要是通过促进平滑肌细胞和血管内皮细胞的增殖和迁移来修复损伤的血管完成的。

3、外泌体抑制瘢痕形成

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严重的创伤和大面积烧伤通常会导致瘢痕形成。瘢痕形成不仅影响美观而且也妨碍皮肤功能。研究表明,外泌体能抑制瘢痕形成。外泌体在伤口愈合早期阶段能促进 I型和 III 型胶原的产生,加速伤口愈合。然而,在后期阶段,则可抑制胶原蛋白的表达,减少瘢痕的形成。

4、外泌体对受损皮肤免疫调节机制

皮肤受到感染或外伤时,受伤部位散发大量的炎症细胞因子,吸引免疫细胞聚集参与对抗感染同时清除坏死组织细胞,干细胞也受散发的炎症细胞因子激动,表达外泌体调动受伤部位细胞增殖填补损伤部位,外泌体具有调动免疫细胞增殖功能,更多免疫细胞参与修复损伤和对抗感染。

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发表在《STEM CELLS》上的一篇文章也证明了接受间充质干细胞外泌体注射后,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。此外,另一项研究表明,外泌体还通过阻止成纤维细胞分化为肌成纤维细胞和增加转化生长因子-β3/转化生长因子-β1的比率,减少了小鼠切口创面瘢的大小,增加了Ⅲ型胶原与Ⅰ型胶原的比率。

同时外泌体在对抗皮肤衰老方面也有出色表现。

外泌体对皮肤衰老的调节

有研究用干细胞外泌体分别来处理UVB照射后及体外传代30代以上的HDFs,结果发现干细胞外泌体在正常条件下可以促进两种HDFs的增殖和迁移,提高两者I型胶原的表达;并显著降低后者衰老相关-半乳糖苷酶(SA-BETA-GAL)和金属蛋白酶(MMP-1/3)的表达水平,而SA-BETA-GAL的高表达一直是自然衰老的标志,MMP也是细胞衰老过程中高表达的重要酶物质。细胞外泌体预处理结果则是抑制UVB辐照引起的损伤和MMP-1/3过表达。

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一项研究与其结果相似,互相印证:人脂肪源性干细胞EVs不仅增强了UVB辐照后HDFs的迁移能力,还可显著抑制UVB照射诱导的MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9的过表达,增强Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、Ⅲ型胶原和Ⅴ型胶原及弹性蛋白的表达。

在其预处理的HDFs中,UVB照射后组织金属蛋白酶抑制剂(TIMP)-1和转化生长因子(TGF)-beta1的表达显著增加,而这两种物质是参与MMP抑制和细胞外基质合成的重要因子。以上两项实验体现了干细胞外泌体改善光老化的积极作用。

还有研究证明,在人类脂肪组织来源的间充质干细胞外泌体(ASC-EXOSOMES)与特应性皮炎(AD)的研究中,外泌体还被发现可以通过皮下注射的形式刺激神经酰胺的合成。

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神经酰胺是增加皮肤角质层水合度,维持皮肤屏障、抗衰老及美白等方面的重要物质,也是如今抗衰老的热门成分。

这些实验结果可以从一定程度上预示干细胞外泌体对衰老皮肤成体干细胞的积极作用。

综上所述,外泌体显示出在临床应用于皮肤损伤治疗中的重大潜力,不但能改善我们的外观,更能在一定程度上保持皮肤年轻化。

ANEXT安龄生物目前掌握了外泌体细胞修复药物和外泌体作为药物递送载体的两大工业化生产工艺及核心技术,致力于打造世界的细胞外泌体工厂,通过外泌体治疗成为行业领导者,为全人类的健康献出一份力量。

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