余 靜(綜述)，許 力(審校)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)作為一種多能干細(xì)胞，具有多向分化為多種組織細(xì)胞的潛能，從而在組織修復(fù)、提高造血干細(xì)胞植入能力、免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮作用。Keshtkar等研究表明MSCs主要是通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)或旁分泌生物活性因子發(fā)揮治療作用，而不是依賴其多向分化的能力。外泌體是EVs的一種，既有母細(xì)胞的特異性表面標(biāo)記，又可攜帶母細(xì)胞的遺傳信息，在細(xì)胞間進(jìn)行信息的傳遞和交流，從而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。MSCs外泌體是MSCs分泌到細(xì)胞外的一種納米級(jí)膜性囊泡，含有大量的生物信息傳播介質(zhì)，并且可以選擇性地將含有的蛋白質(zhì)、RNA等遞送至受體細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此，本文就MSCs及其外泌體生物學(xué)特性及功能、MSCs外泌體在不同疾病中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，討論MSCs外泌體作為一種替代細(xì)胞治療的應(yīng)用前景。

1 MSCs生物學(xué)特性及功能

隨著細(xì)胞治療的發(fā)展，MSCs的再生潛能被應(yīng)用于各種疾病治療中。目前MSCs的具體作用機(jī)制仍未完全清楚，但主要從以下幾個(gè)方面發(fā)揮作用：(1)旁分泌作用：通過(guò)分泌多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖和損傷細(xì)胞的再生。(2)免疫調(diào)節(jié)作用：通過(guò)與免疫細(xì)胞相互作用，抑制機(jī)體過(guò)度免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)免疫耐受，并可通過(guò)促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生和擴(kuò)增，抑制自身反應(yīng)性效應(yīng)T細(xì)胞的應(yīng)答。(3)黏附和遷移作用：在組織損傷或炎癥反應(yīng)的信號(hào)刺激下，MSCs可遷移和歸巢至受損組織部位，發(fā)揮相應(yīng)的組織修復(fù)能力。目前，MSCs已經(jīng)應(yīng)用于血液系統(tǒng)疾病、結(jié)締組織病、心血管系統(tǒng)疾病和腦血管系統(tǒng)疾病的治療，另外MSCs在治療神經(jīng)損傷、心肌梗死損傷等也有一定的作用，取得了較好的治療效果。盡管如此，MSCs療法仍然有一定的局限性。MSCs供體異質(zhì)性、體外擴(kuò)增和長(zhǎng)期保存等問(wèn)題限制了MSCs療法的臨床應(yīng)用。在標(biāo)準(zhǔn)化的MSCs分離、培養(yǎng)、擴(kuò)增和治療程序之前，需要精確評(píng)估MSCs細(xì)胞群體中干細(xì)胞所占的比例。MSCs增殖能力有限，會(huì)發(fā)生衰老導(dǎo)致干性丟失，并釋放組織因子影響非衰老細(xì)胞的活性。而且隨著干細(xì)胞研究的深入，發(fā)現(xiàn)MSCs進(jìn)入體內(nèi)之后，免疫抑制與免疫調(diào)節(jié)的不可控性、潛在的致瘤性、非治療目的分化以及異常堆積等，都極大地限制其在臨床的應(yīng)用及影響患者的預(yù)后。因此，尋找一種既能夠替代MSCs，又具有上述MSCs活性的物質(zhì)尤其重要。

2 MSCs外泌體生物學(xué)特性及功能

EVs是各種細(xì)胞分泌至胞外的膜結(jié)合小泡，根據(jù)大小和形態(tài)的不同，EVs分為外泌體(直徑40～100 nm)、細(xì)胞微泡(直徑100～1 000 nm)和凋亡小體(直徑100～5 000 nm)。外泌體可以運(yùn)輸和傳遞信號(hào)，調(diào)節(jié)各種生物學(xué)過(guò)程，是細(xì)胞間信息交流的重要媒介。隨著機(jī)體生理狀態(tài)或病理生理的改變，外泌體的分泌及外泌體包裹的內(nèi)容物也隨著其組織起源和外在環(huán)境改變而變化。因此，不同組織來(lái)源的外泌體所含遺傳物質(zhì)也不同，執(zhí)行的功能也不同。外泌體可以作為抗原提成囊泡，在誘導(dǎo)免疫耐受、促血管生成、T淋巴細(xì)胞失活、抑制免疫反應(yīng)中起重要作用，并通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的黏附趨化作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和進(jìn)展。同樣，外泌體在維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、參與凝血過(guò)程、對(duì)刺激信號(hào)(如感染、損傷和疾病等)作出適應(yīng)性反應(yīng)、啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制和促進(jìn)組織修復(fù)等方面具有重要作用。MSCs外泌體采集過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，操作性和可控性強(qiáng)，可在低溫中長(zhǎng)期保存，且生物活性維持更久，在所有可以產(chǎn)生外泌體的細(xì)胞中，MSCs來(lái)源的最多。MSCs來(lái)源的外泌體與其他細(xì)胞來(lái)源的外泌體在生物學(xué)特征和培養(yǎng)儲(chǔ)存上沒(méi)有明顯差異，除了表達(dá)膜標(biāo)記分子CD9和CD81，還表達(dá)黏附分子，如CD29、CD44和CD73等。MSCs來(lái)源的外泌體大小為30～120 nm，能通過(guò)血腦屏障，免疫原性低，半衰期長(zhǎng)，能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸。外泌體含有大量的生物信息傳播介質(zhì)，如miRNA的遺傳信息及其他一些具有生物活性的物質(zhì)，并且可以選擇性地將含有的蛋白質(zhì)、RNA等遞送至受體細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3 MSCs外泌體在不同疾病中的作用及機(jī)制

MSCs外泌體目前主要應(yīng)用在骨組織及皮膚組織損傷修復(fù)、心肌損傷及抗移植物抗宿主病(graft-versus-host disease,GVHD)等方面，其主要作用機(jī)制是通過(guò)與靶細(xì)胞膜融合，將其內(nèi)容物釋放入靶細(xì)胞內(nèi)或與靶細(xì)胞表面受體相互作用，激活靶細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，通過(guò)影響靶細(xì)胞的生物學(xué)功能發(fā)揮作用。

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MSCs外泌體在關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)中的作用及機(jī)制 骨關(guān)節(jié)炎病理過(guò)程復(fù)雜，以關(guān)節(jié)軟骨損傷和退化為特征，是致殘的重要原因，骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)再生能力較差，MSCs外泌體可通過(guò)促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、分化和遷移，進(jìn)而促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。其機(jī)制主要是MSCs外泌體增強(qiáng)Ⅱ型膠原和硫酸糖胺聚糖等細(xì)胞外基質(zhì)的合成，增加軟骨細(xì)胞中成軟骨基因Ⅱ型膠原a1(Col2a1)和蛋白聚糖表達(dá)，降低了軟骨細(xì)胞肥大標(biāo)志物基質(zhì)金屬蛋白酶13和轉(zhuǎn)錄因子Runx2的表達(dá)，減弱了促炎因子IL-1α誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞增殖抑制和凋亡，進(jìn)而促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨恢復(fù)。Liu等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體可通過(guò)靶向調(diào)控改善軟骨細(xì)胞損傷。Zhang等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體通過(guò)激活腺苷介導(dǎo)的AKT和ERK信號(hào)通路，增加軟骨細(xì)胞增殖浸潤(rùn)并遷移至缺損部位進(jìn)而促進(jìn)軟骨修復(fù)，還可通過(guò)激活SMAD信號(hào)通路促進(jìn)軟骨細(xì)胞基質(zhì)合成，并可增加M2型巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)伴隨著滑膜促炎性細(xì)胞因子IL-1α和TNF-α的減少可重建軟骨細(xì)胞免疫表型，促進(jìn)軟骨的修復(fù)。Wu等發(fā)現(xiàn)，骨關(guān)節(jié)脂肪MSCs來(lái)源的外泌體通過(guò)調(diào)節(jié)miR-100-5p抑制mTOR自噬信號(hào)途徑，增強(qiáng)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞基質(zhì)合成，抑制細(xì)胞凋亡，保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨免受炎癥損傷，維持關(guān)節(jié)軟骨穩(wěn)態(tài)，并認(rèn)為這可能是臨床改善骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度的一種新策略。

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MSCs外泌體在皮膚損傷修復(fù)中的作用及機(jī)制

皮膚組織的再生需要皮膚細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、血管和神經(jīng)等的協(xié)調(diào)作用，MSCs外泌體通過(guò)參與皮膚再生的過(guò)程，而在皮膚損傷后的再生中發(fā)揮著重要作用。He等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體通過(guò)轉(zhuǎn)移miR-223靶向傷口部位巨噬細(xì)胞pknox1基因，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2表型極化，使特異性因子RELM-α和精氨酸酶1的表達(dá)增加，炎癥介質(zhì)IL-10表達(dá)水平升高，TNF-α表達(dá)水平降低，加速皮膚創(chuàng)面愈合。Li等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體通過(guò)將長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)H19轉(zhuǎn)移至成纖維細(xì)胞，通過(guò)microRNA-152-3p上調(diào)癌基因PTEN表達(dá)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和遷移，抑制細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，加速糖尿病足皮膚潰瘍的愈合。Fang等發(fā)現(xiàn)臍帶來(lái)源的MSCs外泌體通過(guò)microRNAs(miR-21，miR-23a，miR-125b，and miR-145)抑制TGFα2/SMAD2通路抑制α平滑肌肌動(dòng)蛋白和膠原的沉積，減輕成纖維細(xì)胞分化聚集引起的過(guò)度瘢痕，在皮膚創(chuàng)面愈合中發(fā)揮重要作用。

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MSCs外泌體在心肌損傷修復(fù)中的作用及機(jī)制

心肌細(xì)胞對(duì)缺氧刺激敏感，會(huì)發(fā)生代謝變化。細(xì)菌脂多糖可使心肌細(xì)胞低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)上調(diào)，還可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞Caspase-3水平明顯升高、凋亡增加。Kore等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體通過(guò)抑制LOX-1表達(dá)，進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞凋亡和自噬反應(yīng)，促進(jìn)心肌細(xì)胞存活，保護(hù)應(yīng)激狀態(tài)下的心肌細(xì)胞。Luther等對(duì)MSCs外泌體進(jìn)行miRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在幾種保護(hù)心臟的miRNA中，miR-21a-5p含量最豐富。MSCs外泌體通過(guò)增加受體心肌細(xì)胞中miR-21a-5p的水平，從而下調(diào)促凋亡基因PDCD4、PTEN、Peli1和FasL在心肌中的表達(dá)，也可能有助于血管生成、心肌細(xì)胞增殖，從而起到心臟保護(hù)作用。Zhao等發(fā)現(xiàn)心肌缺血再灌注損傷后，心肌內(nèi)注射的MSCs外泌體通過(guò)miR-182靶向調(diào)節(jié)下游Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)，促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞極化，減少心肌梗死面積，減輕心臟炎癥程度，保護(hù)心臟。

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MSCs外泌體在血液疾病中的作用及機(jī)制 大多數(shù)異基因造血干細(xì)胞移植后的患者術(shù)后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥，比如感染、肝靜脈閉塞病和GVHD等，而糖皮質(zhì)激素難治性GVHD是影響移植患者預(yù)后的主要因素。Kordelas等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體治療減少患者外周血單個(gè)核細(xì)胞和NK細(xì)胞的促炎性細(xì)胞因子IL-1α、TNF-α和IFN-α的分泌，減輕腹瀉和口腔黏膜皮膚剝脫等臨床癥狀，為GVHD治療提供一種全新的無(wú)細(xì)胞化治療方案。Xu等發(fā)現(xiàn)MSCs外泌體通過(guò)將PMSA3和PSMA3-AS1信號(hào)傳遞至骨髓瘤細(xì)胞中而增加蛋白酶體抑制劑硼替佐米的耐藥性，干擾PSMA3-AS1基因的表達(dá)，將為阻止多發(fā)性骨髓瘤的進(jìn)展提供依據(jù)。Liu等發(fā)現(xiàn)人臍帶MSCs外泌體使伊馬替尼誘導(dǎo)的K562細(xì)胞Bax表達(dá)升高和Bcl-2表達(dá)降低，進(jìn)一步激活Caspase-9和Caspase-3，促進(jìn)白血病細(xì)胞凋亡，Caspase抑制劑Z-VAD-FMK可以逆轉(zhuǎn)此作用，結(jié)果表明MSCs外泌體增強(qiáng)了K562細(xì)胞對(duì)伊馬替尼的敏感性。因此，MSCs外泌體治療可能是一種有希望提高慢性粒細(xì)胞白血病療效的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

MSCs外泌體在促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨、皮膚組織損傷修復(fù)、抗腫瘤和減少心肌損傷等方面具有重要作用，其機(jī)制主要是通過(guò)水平轉(zhuǎn)移蛋白、mRNA和miRNA等遺傳物質(zhì)至靶細(xì)胞中來(lái)發(fā)揮作用，但具體作用機(jī)制較復(fù)雜，仍需要進(jìn)一步研究。如何通過(guò)靶向修飾MSCs外泌體，提高治療的精準(zhǔn)性和有效性仍有待探討。隨著未來(lái)研究的不斷發(fā)展，MSCs外泌體應(yīng)用前景廣闊，其療法將得到進(jìn)一步推廣。