Front Immunol | 山西医科大学口腔医学院王兴团队：褪黑素预处理外泌体的异质性分析和治疗潜力

在许多临床难治性疾病中，基于外泌体的治疗方案效果超出了最初的预期，但外泌体的大规模生产仍是其广泛应用的瓶颈。为了增加外泌体产量，学者们已经尝试了缺氧条件、酸性环境、低电流刺激、氧化应激等方法。在探索增加外泌体产量的方法之外，如何预处理外泌体，提高等量外泌体的治疗效果，成为了一种新的思路。

近日，来自山西医科大学口腔医学院王兴课题组的研究人员在Front Immunol（中科院2区，IF=8.786）杂志上发表题为“Melatonin Pretreatment on Exosomes：Heterogeneity, Therapeutic effects, and Usage”的综述（doi: 10.3389/fimmu.2022.933736）。全面论述了：1.褪黑素预处理对外泌体大小、产生和内容物的影响，以及预处理可能的作用机制；2.外泌体异质性及相应的预处理差异，重点讨论了褪黑素预处理外泌体在抗炎、抗氧化和抗凋亡的作用；3鉴于褪黑素预处理在外泌体上的应用尚不成熟，并对现有褪黑素预处理的使用方法（给药途径、浓度、适应症、潜在危险）进行了比较和讨论。该文为外泌体产量不足的条件下，提高外泌体的治疗效果提供了新的见解。山西医科大学口腔医学院的周紫蓝是本文的第一作者（现已硕士毕业进入海南医学院第一附属医院工作），山西医科大学口腔医学院王兴教授是本文的通讯作者。

褪黑素（Melatonin，MT）是1958年发现的一种吲哚衍生物，受下丘脑视交叉上核的主时钟控制，由松果体根据昼夜节律分泌的一种天然神经递质。褪黑素几十年来一直被认为是一种动物激素。然而，在20世纪90年代后期，它也在植物中被发现，现在被广泛认为是渗透和影响所有细胞活力的常见分子。另外，褪黑素可能是一个聚宝盆，具有多种治疗效果，如抗氧化、抗炎、抗感染和抗肿瘤，还有助于治疗生育障碍、骨质疏松、心血管疾病、阿尔茨海默病、肥胖、流感、胃肠道肿瘤、非小细胞肺癌等疾病。在美国和欧洲的许多国家，褪黑素被广泛用作处方药和非处方药的补充剂。

褪黑素也可用于预处理，即在治疗或损伤之前添加。褪黑素预处理不仅提高了一些疾病的治疗效果，如冲击波损伤和肾脏损伤，还可以减轻药物和植物的毒性。研究发现褪黑素预处理可提高细胞存活率和血管生成，对实体器官细胞也有治疗作用。近年来，学者们发现褪黑素预处理供体细胞会显著增加其释放外泌体（MT-exosomes）的抗炎、抗氧化和抗凋亡作用，其可能的作用机制包括影响供体细胞自噬和细胞胞吐的过程(图1)。

图1：褪黑素预处理外泌体的作用机制认识:可能调控细胞胞吐和自噬

现有报道中，褪黑素预处理不同供体细胞产生的MT-exosomes存在功能异质性。文章进一步归纳讨论了褪黑素预处理不同供体细胞，对产生的外泌体大小、数量、micro RNA和蛋白质的影响(图2)。目前相对的共识包括：MT-exosomes可保留了exosomes的尺寸、表面结构和释放特点，在牛卵巢颗粒细胞、特洛细胞（telocytes）所释放的MT-exosomes显著增加；褪黑素预处理会提高间充质干细胞、平滑肌细胞所释放MT-exosomes中miR-204、miR-211、miR-4516、 miR-6806-3p和 miR-6794-5p的表达。MT-exosomes不会改变间充质干细胞表面CD9, CD81, CD63, Alix和TSG101等表面蛋白的表达，但其内部的细胞型朊蛋白(cellular prion protein,PrPC)和α-酮戊二酸会显著增加。

图2：褪黑素预处理对外泌体异质性的影响:大小、产生、miRNA、蛋白质

尽管褪黑素预处理对外泌体的异质性和作用机制仍处于初步探索中，但MT-exosomes已经向公众展示了其抗炎、抗氧化和抗凋亡的治疗潜力，其中MT-exosomes抗炎能力的提高机制如下（图3）。在脑、肝、肾的胰岛素抵抗治疗、肝癌、和糖尿病的伤口愈合中，MT-exosomes的治疗效率可将exosomes的治疗效率提高约0.5-3倍。

图3：MT-exosomes的抗炎作用机制

然而，褪黑素预处理在外泌体上的应用尚不成熟，外泌体异质性的复杂性使细胞分泌的外泌体在褪黑素预处理后发生变化。外泌体与褪黑素预处理之间的相互作用存在一些未知的特征，有待未来进一步探索:（1）褪黑素预处理对外泌体作用更具体的分子机制。（2）褪黑素预处理与不同细胞外囊泡亚型之间的交叉作用。（3）褪黑素预处理对来自不同细胞源和不同疾病状态的外泌体的影响可能不同。（4）在褪黑素对外泌体具有可重复性作用的情况下，评估褪黑素预处理对外泌体可能存在的风险和应用障碍。（5）探索褪黑素预处理对细胞及其分泌的外泌体的长期影响，以及批量产生MT-exosomes的可能性。

参考文献：

Melatonin pretreatment on exosomes: Heterogeneity, therapeutic effects, and usage. Front Immunol.2022 Sep 16;13:933736.

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