间充质干细胞外泌体给组织再生

间充质干细胞（MSCs）广泛存在于多种组织和器官中，是一种具有自我更新和多种分化潜能的前体细胞。借助再生医学技术，使受损的组织器官获得再生，或在体外复制出所需要的组织或器官进行替代治疗，已成为生物学和医学关注的焦点。

其中干细胞所具有的三大机制（多向分化、归巢效应、旁分泌效应）是目前再生医学领域中的核心机理。有证据表明干细胞的旁分泌作用可能是其在组织再生中的重要机制，干细胞的旁分泌效应其实是一个大的概念，都属于干细胞的分泌组：旁分泌（小于10nm）、外泌体（40-120nm）和微囊泡（200-1000nm）。

细胞分泌的细胞外囊泡（extracellular vesicles，EV） 或者微囊泡是细胞相互交流的一种方式，作为干细胞旁分泌活动的重要方式，在组织再生中发挥重要作用。

其中，外泌体是微囊泡中的一种，近年来研究表明间充质干细胞来源的外泌体 （MSC-Exo）与间充质干细胞有着相似的功能，包括修复与再生组织、抑制炎症反应及调节机体免疫。

间充质干细胞来源的外泌体

细胞外囊泡或微囊泡最早被认为是细胞移除代谢废物、维持细胞内稳态的一种机制，而目前认为它还是细胞相互交流的一种重要方式，能够被大多数类型的细胞释放和胞吞。

外泌体是细胞外微囊泡中的一种，直径为40~100 nm，包被细胞的双层脂膜结构，包含生物活性的脂质、蛋白、受体、mRNA、microRNA（miRNA）、长链非编码RNA以及完整的细胞器，例如线粒体。四跨膜蛋白CD9、CD63、 CD81和CD82是外泌体常用的分子标志物。

外泌体所包含的RNA（包括编码mRNA、miRNA、tRNA）被认为是调节受体细胞活动的主要物质。其中miRNA是细胞间交流的主要调节物质，能够通过自身的降解和再表达来调节受体细胞的基因表达。

细胞中RNA的表达谱特征不具有供体和组织特异性，然而外泌体中所含的RNA却较大程度地受细胞类型和分化状态的影响，不同组织来源的外泌体具有不同的性能；外泌体中的RNA或者蛋白能够发挥细胞归巢作用并调节细胞的增殖与分化，可以限制损伤、调节免疫反应以及促进细胞损伤后的自我修复和组织再生。

间充质干细胞外泌体在不同组织再生中的应用

01 神经系统再生

间充质干细胞外泌体对于神经系统疾病和神经变性疾病显示出治疗优势。魏俊吉等用P12细胞建立谷氨酸神经细胞损伤模型，用脂肪间充质干细胞外泌体处理损伤细胞，结果显示外泌体中含有大量的对大脑损伤有一定保护作用的细胞因子，如胰岛素生长因子和肝细胞生长因子，能够提高损伤细胞的存活率，其作用机制可能是外泌体通过PI3KAkt通路实现对神经损伤的保护作用。

阿尔兹海默病一种神经退行性病变，其特征性表现是β-淀粉肽在脑中沉积，脑啡肽酶是脑中最重要的β-淀粉肽降解酶。脂肪间充质干细胞来源的外泌体能够携带高水平的脑啡肽酶，与高表达β-淀粉肽的成神经细胞瘤细胞共培养时，能够降低细胞内、外的β-淀粉肽，这提示了脂肪间充质干细胞来源的外泌体可能有效治疗阿尔兹海默病。

另有研究表明，脱落乳牙干细胞来源的外泌体能够抑制6-羟基多巴胺诱导的多巴胺能神经元凋亡，提示以外泌体为基础的治疗方式可能成为帕金森病一种新的选择。

02 心血管再生

自2010年LAI等首次报道外泌体可以作为一种心脏保护剂以来，近年来越来越多的研究证明了外泌体应用于心血管疾病的可行性及有效性。

外泌体可以促进心脏干细胞增殖、迁移以及血管生成，将用外泌体预处理过的心脏干细胞局部注射移植到心肌梗死区域后，增加了梗死区域毛细血管密度、减少了心肌纤维化并且保护了心脏功能。

03 肾脏损伤修复

有学者报道干细胞来源的条件培养基能够促进缺血性肾损伤恢复，提示干细胞分泌的可溶性细胞因子或者外泌体具有治疗肾脏损伤的可能性。

研究将人脐带间充质干细胞的外泌体注入急性肾损伤小鼠的肾囊内，发现它能够减少有害物质形成，抵抗药物诱导的氧化反应，抑制肾细胞凋亡，并通过激活ERK1/2通路促进肾细胞增殖，最终减轻顺铂诱导的肾脏损伤。

另有研究应用小鼠肾脏缺血再灌注模型比较脂肪间充质干细胞、脂肪间充质干细胞来源外泌体以及两者联合应用的效果，发现单独应用外泌体即能达到减轻肾缺血再灌注损伤，两者联合应用也比单独应用干细胞更能减轻肾脏功能的恶化和保护肾结构的完整性。

04 肝脏损伤修复

多种因素（病毒性肝炎、药物、酒精、代谢类疾病等）可以导致肝脏损伤，外泌体已经作为肝脏损伤修复的一种治疗选择。

有学者用四氯化碳诱导小鼠肝脏纤维化后，通过肝脏内直接注射人脐带间充质干细胞外泌体，发现能够降低肝细胞转化生长因子TGF-β1的表达、通过阻断Smad2信号通路磷酸化，逆转肝细胞表皮间充质转化，最终减少胶原沉积，促进肝脏损伤修复。

05 骨、软骨及骨骼肌再生

外泌体可以促进成骨细胞的增殖和分化，这提示它在骨修复或骨组织再生中的潜能。FURUTA等应用CD9-/-小鼠建立骨折延迟愈合的动物模型，由于结痂受到阻碍，CD9-/-小鼠的骨愈合率明显低于野生型小鼠；而注射外泌体能够促进软骨内成骨，加速骨折愈合。

另有学者将人诱导多能干细胞定向分化为间充质干细胞（human-induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells，hiPS-MSC），并提取其外泌体与磷酸三钙支架联合应用，发现其可以促进小鼠颅骨缺损处的骨再生，与此同时在体外细胞实验中发现，hiPS-MSC-Exo可以被人骨髓间充质干细胞胞吞，并促进细胞的迁移、增殖和成骨分化。

间充质干细胞外泌体在组织再生中的应用前景

在再生治疗中，外泌体可以避免干细胞治疗的一些缺陷（免疫排斥、问题等），并且外泌体具有高稳定性、易于储存、无需增殖、便于定量使用以及向损伤处募集等优势。

外泌体因其包含多种蛋白和RNA，与某种单一的细胞因子比较具有较高的安全性和更大的组织再生潜能。

因此，外泌体在组织再生中具有极大优势。此外，因为由不同细胞或者同一细胞不同生理状态下分泌的外泌体可能存在差异，外泌体发挥作用的内容物及机制需要更深入研究。