外泌體是具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)的納米級(jí)貨物，攜帶多種生物分子，包括脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸。這些小囊泡由大多數(shù)類型的細(xì)胞分泌以相互交流。由于外泌體通過體液循環(huán)，因此它們不僅可以將信息傳遞給自體細(xì)胞，還可以將信息傳遞給遠(yuǎn)程細(xì)胞。因此，外泌體被認(rèn)為是各種治療的潛在生物標(biāo)志物。最近，研究表明外泌體在衰老、特應(yīng)性皮炎和傷口等皮膚缺陷方面的功效。此外，外泌體因其天然無(wú)副作用的特性，正在研究用作商業(yè)化皮膚護(hù)理產(chǎn)品的成分。
背景
在 2000 年代初期，間充質(zhì)干細(xì)胞療法已成為治療各種缺陷和疾病的替代方法。間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 被廣泛用于臨床試驗(yàn)，不僅因?yàn)樗鼈兊亩嗄苄?，而且還因?yàn)槠湟子趶母鞣N成人組織（如皮膚、胎盤、臍帶血、臍帶組織、脂肪組織、牙髓）中獲取、擴(kuò)增和分離、睪丸和大腦。
此外，幾項(xiàng)研究表明，MSCs 本身并不參與治療過程 。注射到缺陷部位的干細(xì)胞顯示出低細(xì)胞活力和低數(shù)量的細(xì)胞傾向于與宿主組織中的受體細(xì)胞融合。相反，最近的研究表明，MSCs 的治療功效是通過釋放生物分子而有益的。這些生物活性因子以微米到納米級(jí)顆粒的形式被細(xì)胞分泌，稱為細(xì)胞外囊泡 (EV)。
EV 包含脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸形式的信號(hào)，這些信號(hào)可以在參與調(diào)節(jié)生理和病理活動(dòng)的細(xì)胞之間進(jìn)行交換。根據(jù)粒子的大小，EV 可分為外泌體（40 至 100 nm）、微泡（150 至 1000 nm）和凋亡小體（> 1000 nm）。此外，釋放機(jī)制不同，其中微泡直接從細(xì)胞膜釋放，而外泌體通過多泡體 (MVB) 和質(zhì)膜的融合釋放。在這篇綜述中，我們將關(guān)注 EV 中的較小顆粒，即外泌體。
治療應(yīng)用的外泌體
對(duì)于外泌體在治療應(yīng)用中的應(yīng)用，高提取效率和高質(zhì)量外泌體的大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，上游（細(xì)胞培養(yǎng)）和下游（分離）制造過程非常重要。
外泌體的大規(guī)模生產(chǎn)強(qiáng)烈依賴于細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。當(dāng)前的放大制造系統(tǒng)基于二維細(xì)胞培養(yǎng)方法，包括多層培養(yǎng)工藝。各種研究表明，與基于 2D 的培養(yǎng)相比，基于 3D 的細(xì)胞培養(yǎng)可增加顆粒數(shù)量并提高質(zhì)量。此外，其他研究還表明，外泌體的再生作用被發(fā)現(xiàn)具有劑量依賴性
由于外泌體的各種好處，外泌體已廣泛用于各種治療應(yīng)用。外泌體本質(zhì)上具有攜帶包括蛋白質(zhì)、DNA 和 RNA 在內(nèi)的生物分子的能力。因此，根據(jù)細(xì)胞類型，我們可以獲得具有不同治療能力的外泌體。例如，心臟祖細(xì)胞分泌的外泌體阻止心肌細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激相關(guān)的細(xì)胞凋亡 。另一項(xiàng)研究表明，真皮乳頭細(xì)胞衍生的外泌體促進(jìn)了毛囊的發(fā)育。
此外，外泌體可以作為藥物遞送系統(tǒng)（DDS）的貨物。外泌體具有極低的免疫原性和高血液相容性。外泌體的精確靶向是有利于在 DDS 中使用的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。此外，它們?cè)隗w液中高度穩(wěn)定，很容易與受體細(xì)胞融合。最后，可以將外源藥物加載到外泌體中以針對(duì)特定疾病。由于這些原因，外泌體已顯示出其在治療各種疾病方面的潛力。
皮膚組織
皮膚是人體最大的器官，充當(dāng)外部和內(nèi)部環(huán)境之間的保護(hù)屏障。這種感覺器官還負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)體溫和向環(huán)境中釋放濕氣。皮膚厚度因身體部位而異，例如眼睛下方、手掌、上背部等。從解剖學(xué)的角度來(lái)看，人體皮膚具有由三層組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)：表皮、真皮和皮下組織。
皮膚治療的必要性
隨著生活的進(jìn)步，皮膚的物理變化是證明機(jī)體衰老的第一個(gè)觀察結(jié)果。自古以來(lái)，人們就努力通過抗衰老治療來(lái)改善皮膚質(zhì)量。在當(dāng)今，皮膚是提升自尊和自我一致性的社交生活中的重要組成部分。
因此，化妝品和醫(yī)美行業(yè)已經(jīng)引入了各種抗衰老治療。皮膚老化由外在（環(huán)境方面：紫外線照射、空氣污染、吸煙和營(yíng)養(yǎng)缺乏）和內(nèi)在（細(xì)胞和荷爾蒙變化）因素決定，導(dǎo)致功能和再生潛力的喪失。
尤其是皮膚內(nèi)在老化是一個(gè)時(shí)間依賴性和不可避免的過程。損害皮膚的因素之一是活性氧 (ROS) 的形成，它會(huì)加速皮膚的老化過程。
結(jié)果，表皮層由于角質(zhì)形成細(xì)胞萎縮而變薄。這會(huì)導(dǎo)致水分流失，從而增加皮膚的干燥和粗糙 。另一個(gè)因素是端粒磨損加速，端?？s短，導(dǎo)致皮膚老化。端粒是保護(hù)染色體末端的蛋白質(zhì)-DNA 結(jié)構(gòu)，避免末端 DNA 序列的丟失。隨著端粒隨著時(shí)間的推移而縮短，細(xì)胞會(huì)衰老。
細(xì)胞衰老會(huì)引起皮膚不同層的變化，加劇皮膚老化。然而，阻止端?？s短可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，例如癌癥的形成 。此外，包括膠原蛋白和彈性蛋白在內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 成分由于基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP) 表達(dá)增加而減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)完整性喪失（拉伸強(qiáng)度和彈性降低）。相應(yīng)地，真皮和表皮之間的連接減少導(dǎo)致皮膚變薄。因此，在老化的皮膚中觀察到皺紋的形成。所有這些因素都會(huì)逐漸改變皮膚的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，導(dǎo)致皮膚形態(tài)發(fā)生變化。
老化前后的皮膚結(jié)構(gòu)
特應(yīng)性皮炎
特應(yīng)性皮炎 (AD) 是兒童最常見的炎癥性皮膚病之一，其中 AD 的主要癥狀是瘙癢，可引起焦慮、抑郁或社交回避，從而影響生活質(zhì)量。此外，AD 會(huì)增加患其他疾病的風(fēng)險(xiǎn)，包括過敏性鼻炎或哮喘。
AD的主要原因被認(rèn)為是皮膚屏障和免疫反應(yīng)的功能障礙。簡(jiǎn)而言之，AD 中 T 輔助 (Th) 淋巴細(xì)胞 2 反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)通過表達(dá)包括白細(xì)胞介素 (IL)-4 和 IL-13 在內(nèi)的細(xì)胞因子來(lái)啟動(dòng)屏障功能的破壞和免疫功能障礙 。
具體而言，關(guān)鍵的炎性細(xì)胞因子 IL-4 和 IL-13 負(fù)責(zé)下調(diào)參與表皮屏障形成的絲聚蛋白 (FLG) 表達(dá)。這會(huì)導(dǎo)致過敏反應(yīng)增加。Th2 表達(dá)的另一種細(xì)胞因子是與瘙癢的發(fā)生相關(guān)的 IL-31。
這種細(xì)胞因子可以與神經(jīng)元上的同源受體結(jié)合，并通過 Janus 激酶 (JAK) 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活劑 (STAT) 通路激活瘙癢感覺神經(jīng)元。抓撓會(huì)加劇過敏反應(yīng)，導(dǎo)致 IL-17 和 IL-22 的表達(dá)，IL-17 和 IL-22 分別被認(rèn)為是 Th17 和 Th22 表皮過度增殖的主要驅(qū)動(dòng)因素。最終，該過程加劇并發(fā)展為慢性狀態(tài)，即牛皮癬。到目前為止，還沒有開發(fā)出有效的 AD 治療方法。
皮膚具有自我修復(fù)能力，能夠通過一系列事件來(lái)治愈傷口：（1）體內(nèi)平衡，（2）炎癥，（3）增殖和（4）組織重塑。這是一個(gè)連續(xù)過程，直到它被中斷、異?；蜓娱L(zhǎng)導(dǎo)致傷口愈合延遲或慢性傷口形成。
該過程均始于第一階段的穩(wěn)態(tài)，其特征是傷口部位的血管收縮和纖維蛋白凝塊形成。這一步的目的是防止放血，保護(hù)血管系統(tǒng)。之后，傷口愈合相關(guān)分子（轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 (TGF)-β、血小板衍生生長(zhǎng)因子 (PDGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 (FGF) 和表皮生長(zhǎng)因子 (EGF)）從凝塊和周圍組織中釋放出來(lái)，吸引中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞啟動(dòng)炎癥反應(yīng) 。
在下一階段，包括成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在內(nèi)的細(xì)胞參與膠原蛋白的合成、毛細(xì)血管生長(zhǎng)支持以及傷口部位肉芽組織的形成。最后，傷口愈合過程經(jīng)歷重塑階段，其中肉芽組織長(zhǎng)成無(wú)血管瘢痕。然而，延遲或中斷傷口愈合過程會(huì)導(dǎo)致皮膚疤痕形成。雖然皮膚修復(fù)的機(jī)制是眾所周知的，但目前還沒有明確的治療方法。
皮膚治療的重要成分：外泌體
近年來(lái)，外泌體對(duì)各種皮膚缺陷的影響得到了廣泛的研究。外泌體的主要優(yōu)點(diǎn)是高穩(wěn)定性、非免疫排斥和對(duì)靶細(xì)胞的直接刺激。特別是，外泌體中包含的 miRNA 等來(lái)調(diào)節(jié)各種細(xì)胞反應(yīng) 。因此，單一成分（外泌體）可以產(chǎn)生多種治療效果。
外泌體皮膚再生能力示意圖
Schematic representation showing skin regenerative abilities of exosomes
外泌體的再生能力：血管生成能力
隨著皮膚老化，會(huì)發(fā)生各種變化，例如 I 型膠原蛋白含量減少、毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)紊亂、彈性纖維變性等。這些退行性變化可能導(dǎo)致皮膚組織中的血管結(jié)構(gòu)減少。適當(dāng)?shù)难芑墙】灯つw的重要組成部分，它為皮膚細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)以維持其活動(dòng)。因此，可以通過增加血管數(shù)量來(lái)解決皮膚老化問題。
此外，血管化在傷口愈合中起著重要作用。各種研究已經(jīng)顯示了外泌體的血管生成特性。在一項(xiàng)研究中，在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞 (HUVEC) 上檢查了人脂肪來(lái)源的 MSC 分泌的外泌體對(duì)血管生成的影響。該研究證明了外泌體中 microRNA (miR-125a) 在血管生成中的潛在作用。miR-125a 的過表達(dá)通過靶向 DLL4（Notch 信號(hào)通路的配體）增強(qiáng)了 HUVEC 中的血管生成。
在另一項(xiàng)研究中，比較了從年輕和年老志愿者中分離的真皮內(nèi)皮細(xì)胞。因此，在老年志愿者組中，兩組中檢測(cè)到的 miR-100、miR-126 和 miR-223 均顯著下調(diào)。在這些 microRNA 中，已知 miR-126 參與保護(hù)血管和新血管形成。此外，在從人微血管內(nèi)皮細(xì)胞系 (HMEC-1) 提取的外泌體中發(fā)現(xiàn)的 miR-214 顯示出血管生成潛力。衰老細(xì)胞可以從鄰近細(xì)胞分泌的外泌體中吸收 miR-214 以退出衰老狀態(tài)。此外，外泌體 miR-214 可以調(diào)節(jié)血管的形成。
外泌體能夠促進(jìn)膠原蛋白合成
如前所述，由于老化皮膚中的 I 型膠原蛋白和彈性纖維斷裂，真皮層會(huì)受損。因此，重建真皮結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致皮膚的抗衰老和傷口愈合。已知 MiR-21 可促進(jìn)皮膚傷口愈合中的角質(zhì)形成細(xì)胞遷移和再上皮化 。
另一項(xiàng)研究表明，miR-21 增強(qiáng)了傷口收縮和膠原蛋白沉積 。例如，來(lái)自人類真皮成纖維細(xì)胞球體的外泌體被評(píng)估用于抗衰老目的。在這項(xiàng)研究中，外泌體在 UVB 照射的裸鼠上進(jìn)行了測(cè)試。
外泌體處理組顯示出增強(qiáng)的膠原蛋白合成和減少的 MMP-1 產(chǎn)生。具體而言，調(diào)節(jié) MMP 抑制的 TIMP-1 和 TGF-β 被上調(diào)，而 miR-196a 被下調(diào)導(dǎo)致膠原合成增加。此外，在外泌體處理后，由于 UVB 照射引起的深而寬的皺紋變得更淺更薄。源自人臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞 (UCB-MSC) 的外泌體對(duì)皮膚再生的影響 ，在外泌體中檢測(cè)到的各種生長(zhǎng)因子中，發(fā)現(xiàn) EGF 的濃度更高。當(dāng)人真皮成纖維細(xì)胞 (HDF) 暴露于外泌體時(shí)，膠原蛋白和彈性蛋白的產(chǎn)生得到增強(qiáng)。因此，UCB-MSCs 衍生的外泌體可用于重建真皮層。
調(diào)節(jié)炎癥
AD是一種由皮膚屏障缺陷引起的炎癥性皮膚病。外泌體可用作治療 AD 的治療成分。 科學(xué)家研究了脂肪組織來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞 (ASC) 來(lái)源的外泌體對(duì) AD 治療的影響。ASC-外泌體在小鼠 AD 模型中下調(diào)炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，如 IL-4、IL-23、IL-31 和 TNF-α。
因此，在小鼠模型中以劑量依賴性方式觀察到 AD 癥狀減輕。另一項(xiàng)研究表明，MSC 衍生的外泌體具有平衡 Th1 和 Th2 并抑制局部炎癥反應(yīng)的能力，可以緩解 AD 癥狀。由于免疫平衡是 AD 的關(guān)鍵因素，研究人員研究了在銀屑病患者中高度表達(dá)的 miR-210 的作用 。他們?cè)谒麄兊难芯恐袌?bào)告說，miR-210 誘導(dǎo) Th17 和 Th1 細(xì)胞分化，同時(shí)抑制 STAT6 和 LYN 基因表達(dá)導(dǎo)致抑制 Th2 分化。這表明有助于銀屑病的免疫平衡。
結(jié)論
在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，外泌體成為 MSC 的有益替代品。這些潛在的納米載體表現(xiàn)出各種皮膚治療的治療特性。對(duì)外泌體的好奇心成為了進(jìn)步和發(fā)展的動(dòng)力。從那時(shí)起，已經(jīng)發(fā)表了數(shù)千項(xiàng)研究，并且正在研究外泌體以用于商業(yè)化目的。
外泌體具有多種有益于皮膚組織再生的能力：（1）血管生成能力，（2）膠原蛋白合成，以及（3）炎癥調(diào)節(jié)。使用外泌體作為成分，可以克服目前皮膚治療的局限性。此外，這些迷人的生物材料可以整合到癌癥治療和疫苗等各個(gè)領(lǐng)域。希望外泌體能在不久的將來(lái)為治療各種疾病和癌癥提供一個(gè)新的平臺(tái)。
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