美丽新选择：综述细胞外囊泡与面部美容
点击上方卡片，关注“细胞王国”
撰文｜摩西
编辑｜南风
目前，纳米技术是药妆配方化妆品设计和开发中快速发展的领域。纳米粒子(NPs)可以作为活性成分的载体，提高活性成分的生物利用度和功效，从而增强美容和治疗的效果[2]。纳米技术与药妆品的结合，被称为纳米药妆品[4]。药妆领域最常用的纳米载体包括脂质体、纳米粒体、固体脂质纳米颗粒、纳米胶囊、胶束、树枝状大分子和金属纳米颗粒[5]。然而，由于它们的组成、粒径和电荷等因素[6] ，其中一些纳米粒子可能会产生毒性等副作用，造成皮肤炎症。
针对这些问题，细胞外囊泡 (EV) 天然的生物学特性，使其成为药妆品中其他纳米载体的理想替代品。细胞外囊泡是从细胞释放到细胞外空间的脂质双层纳米粒子。
一般来说，细胞外囊泡分为外泌体（直径50-150nm）、微泡（MVs）（直径100-1000 nm）和凋亡小体（直径500-5000 nm）三种类型[7,8]。细胞外囊泡携带各种生物分子，例如蛋白质、脂质、DNA，以及对细胞间通讯和调节受体细胞分子活动必不可少的RNA [12,13]，在体内具有良好的耐受性，容易被细胞吸收，并且可以被特定组织靶向吸收。来自哺乳动物细胞和植物来源的细胞外囊泡在改善皮肤方面具有一定的治疗价值，包括加速伤口愈合、减少皮肤色素沉着、减少皱纹和预防疤痕形成（图1）
近日，在一篇题为“Extracellular Vesicles in Facial Aesthetics: A Review”的综述中，作者总结了细胞外囊泡在面部美学中的最新应用进展，表明了细胞外囊泡在祛除疤痕、面部年轻化、抗衰老和抗色素沉着等方面的诸多潜力。
细胞外囊泡概述
o1
细胞外囊泡在面部美学中的应用
抗疤痕、抗衰老、抗色素沉着是求美者最普遍的需求。以下内容分别从这三个层面阐述细胞外囊泡的作用。
细胞外囊抗疤痕、抗衰老和抗色素沉着的作用
抗疤痕
疤痕的形成
疤痕形成是炎症、增殖和重塑这三个不同但重叠的伤口愈合阶段的结果[18]，它涉及角质细胞、内皮细胞、成纤维细胞、血小板和巨噬细胞等多种细胞之间的相互作用[19]。角质细胞和成纤维细胞是通过调节组织再生过程（包括细胞外基质 (ECM) 沉积和重塑）参与伤口愈合的主要细胞类型 [20]。
机体受伤后，补体和凝血级联反应被激活，血小板参与止血；同时，免疫系统被激活引发炎症，这是持续两到三天的炎症阶段；随后将出现可能持续三到六周的增殖阶段；增殖期的特征是肉芽组织的发育和上皮再形成。角质细胞不断增殖并向着邻近细胞及受损组织不断迁移，以形成新的血管使伤口愈合[19]。
减少疤痕形成的细胞外囊泡：证据和线索
当下针对祛除瘢痕有几种方法可选择：包括手术、激光疗法、化学换肤、磨皮、注射类固醇或胶原蛋白等，这些传统方法可以最大限度地减少或祛除疤痕。而细胞外囊泡作为一种减少和去除疤痕、调节炎症和刺激细胞迁移、增殖和基质重建的生物制剂，在当下俨然已引起了较高的热度，成为可替代的新选项。
在一项概念验证实验中，研究者发现脂肪间充质干细胞 (ADSC) 衍生的细胞外囊泡，可以在伤口愈合过程中增加胶原蛋白沉积并刺激成纤维细胞增殖和迁移[14]。胶原合成的调节是疤痕形成的决定因素。细胞外囊泡治疗降低了Col I和Col III合成，但胶原蛋白的合成取决于伤口愈合的阶段。TSG-6修饰的MSCs的外泌体通能消退炎症抑制伤口愈合过程中的瘢痕形成[32]。
总体而言，细胞外囊泡可以促进皮肤细胞的增殖、迁移和血管生成，来加速伤口愈合并促进疤痕修复。
抗衰老
皮肤老化是一个自然的生理过程，通过外观变化（如皱纹、下垂、脆弱以及肤色和质地受损）反映出来。皮肤老化有两种类型，即内在老化（年龄依赖性老化）和外在老化（环境因素介导的老化）[68]。两种老化类型均表现出皮肤松弛和塌陷，皱纹增多。原因是因为真皮成纤维细胞逐渐失去再生及合成胶原蛋白、弹性蛋白和纤连蛋白等结构成分的能力 [69]。
此外，老化的皮肤表皮更新能力较差，导致表皮变薄。紫外线 (UV) 诱导的光老化皮肤表现出表皮厚度不均和色素沉着、毛细血管退化和紊乱、胶原基质减少、网状纤维堆积、弹性纤维变性、皮脂腺增生等特征[55]。
所以，胶原蛋白合成和分解之间的平衡对于保持皮肤更新和年轻至关重要。除此之外，炎症和促凋亡因子也与皮肤老化有关。
抗衰老中的细胞外囊泡：证据和线索
过去，已经引入了几种抗衰老策略，即化妆品、化学换肤、光疗和微针，以改善老化皮肤的外观[79]。但上述方法的改善作用均不会持续很长时间。因此，细胞外囊泡可能是更好的替代选择。
在许多研究中，对细胞外囊泡可促进成纤维细胞的迁移和增殖均有报道 [15,59,61,80]。例如人类诱导多能干细胞iPSC衍生的外泌体 (iPSC-Exo) 消除了衰老成纤维细胞的生物标志物β-半乳糖苷酶 (SA-β-Gal) 的产生，保护成纤维细胞免受 UVB诱导的衰老[58]；人脐带间充质干细胞外囊泡疗法可以防止成纤维细胞衰老并恢复衰老成纤维细胞的再生能力。
（图A) 细胞外囊泡治疗72小时后人类皮肤成纤维细胞的形态。比例尺为150μm。(图C) UVB照射后72小时人类皮肤成纤维细胞的形态。比例尺为150μm。参考资料[58]
细胞外囊泡治疗还可以恢复因紫外线照射而减少的弹性蛋白和纤连蛋白[60, 80]，减少介导紫外线诱导的皮肤老化的ROS生成 [15,58,59,62]。脐带来源的间充质干细胞外泌体 (UC-MSC-Exo) 治疗可加速ROS清除、促进自噬激活、提高DNA可修复性和减少细胞凋亡来治愈紫外线辐射引起的皮肤光损伤[61]。
简而言之，细胞外囊泡治疗通过增强成纤维细胞活性（更高的增殖和迁移）、调节胶原蛋白更新（更高的 TIMP 和更低的 MMP）、减弱 ROS 的产生（更高浓度的抗氧化酶）和减少组织炎症来发挥抗衰老作用。
抗色素沉着
皮肤色素沉着
色素沉着过度是一种常见的皮肤问题。一般来说，合成黑色素是为了保护人体皮肤免受有害的紫外线辐射、有毒化学物质和其他环境因素的影响[64]。然而，过多的黑色素生成会导致色素沉着过度的皮肤问题，如雀斑、老年斑和黄褐斑。皮肤色素沉着涉及三个基本过程：黑色素合成、黑色素体转运至相邻角质细胞和黑色素体降解[63]。
黑色素的产生受许多细胞内信号系统控制，其中环磷酸腺苷 (cAMP) 依赖性信号通路是黑色素生成的主要驱动力。当角质形成细胞暴露在紫外线下时，它们会释放α-黑素细胞刺激激素 (α-MSH)，它会与黑素细胞表面的黑皮质素受体1 (MC1R) 结合，从而激活cAMP 级联反应。然后 cAMP 的激活将诱导相关转录因子 (MITF) 的表达。MITF是黑色素生成相关蛋白的主要调节剂，包括对黑色素合成至关重要的酪氨酸酶 (TYR)、酪氨酸酶相关蛋白-1 (TYRP1) 和酪氨酸酶相关蛋白-2 (TYRP2) [81]。
细胞外囊泡调节皮肤色素沉着：证据和线索
最近有证据表明，细胞外囊泡治疗可以减缓UVB刺激的黑色素生成，并促进黑色素体降解。已发现角质细胞和羊膜干细胞衍生的细胞外囊泡通过降低关键的黑色素生成相关蛋白（TYR、TYRP1 和 TYRP2）和调节这些蛋白的MITF来减少细胞黑色素含量 [62,63]。
hAMSC - CM通过调节体内自噬来抑制UVB诱导的黑色素产生。参考资料：[64]
此外，紫外线照射诱导黑素细胞产生细胞外囊泡 [64]。黑素细胞衍生的细胞外囊泡诱导抗凋亡信号传导，以增强角质细胞的增殖和迁移[64]。这些结果表明，细胞外囊泡可以在正常情况下减少皮肤色素沉着，并作为旁分泌因子来减轻紫外线照射带来的伤害。
o2
细胞外囊泡的应用策略
不恰当的方法会阻碍细胞外囊泡被人体皮肤吸收，造成仅有不1%的细胞外囊泡会渗透角质层并定位于颗粒层 [87]。因此，提高皮肤渗透性对于最大限度地发挥局部应用细胞外囊泡的功能至关重要。当下人们探索了各种物理和化学渗透增强技术，以增加皮肤对细胞外囊泡的吸收，包括微针、水凝胶以及结合支架（图3）。
细胞外囊泡的交付策略
物理穿透
微针（MN）或由多根微米级针组成的微针装置，可通过密集的微孔绕过角质层屏障，将药物直接送达真皮组织 [88]，是常见的透皮给药方法。该方法具有安全、低痛、方便、无创等优点（表2）。微针和细胞外囊泡的组合显着增加了皮肤吸收的效率，对光老化皮肤具有较为理想的抗衰老效果，一些对照研究发现，微针导入细胞外囊泡使皮肤屏障功能、角质层水合值提高，降低了表皮水分的流失[89]。
增强细胞外囊泡局部渗透的方法
海绵微针（Haliclona sp）又称为针状体 (SHSs)，来源于淡水海绵（一种水生植物），体积非常微小（长约120μm，直径约7μm），外观呈粉末或者凝胶状，肉眼很难看到针，本质说来这是一种极其微小的针状骨，针尖可扎入皮肤毛孔，别名又叫做海绵骨针。
海绵微针来源于淡水海绵（一种水生植物）
在另一项研究中，为了验证海绵微针对于增强亲水性生物大分子的皮肤输送作用，研究者使用海绵微针进行简单的皮肤按摩，使每平方毫米的皮肤可以创建超过1000个微通道[91]。随后脐带间充质干细胞衍生的外泌体（UC-MSC-Exo）能借助这些微通道渗透到皮肤中，通过减少表皮增生和恢复波浪状的真皮来修复光老化皮肤[90]。此外，SHSs和UC-MSC-Exo联合治疗可减少微皱纹和MMP-1的基因表达，并增加Col I、弹性蛋白和纤连蛋白的基因表达。
无针喷射注射器可利用高压射流将药物穿过表皮并深入真皮层 [92]。这种新的注射方法优于传统的注射器，可以减少疼痛和伤害，提供更大的渗透和吸收效率。无针喷射注射器增加了外泌体进入真皮层 [69]。
无针喷射注射器原理及作用机制
在一项体内概念验证研究中，UVB诱导的皮肤光老化模型在接受单次细胞外囊泡注射三周后效果逐渐明显。
水凝胶/生物敷料
除了考虑皮肤渗透外，外泌体在皮肤中较短的半衰期也需关注，因为它们会被汗液等体液快速清除。因此，建立细胞外囊泡的持续递送机制对于优化其在皮肤中的治疗效果至关重要。水凝胶经常用于药物的缓释。最近的研究调查了使用天然和合成水凝胶如海藻酸盐 (Alg)、壳聚糖 (CS)、纤维蛋白、明胶、泊洛沙姆 407 和聚乙二醇 (PEG) 将细胞外囊泡输送到皮肤的潜力（表3）。一般来说，当水凝胶用作细胞外囊泡的载体时，可以使皮肤得到更好的改善。
简而言之，细胞外囊泡与水凝胶或生物支架的结合，促进了无疤痕伤口愈合和抗衰老效果，这在美容领域对于美学目的来说是必不可少的。
o3
细胞外囊泡的临床研究
迄今为止，很少有临床研究来确定细胞外囊泡作为药妆品的潜力，尽管在许多体外和临床前研究中报告了令人鼓舞的发现。但在Clinicaltrials.gov 上，没有关于细胞外囊泡在皮肤改善（如抗疤痕、抗衰老和抗色素沉着）方面的临床研究。
在首尔国立大学化学与生物工程学院开展的一项临床研究中“Skin Brightening Efficacy of Exosomes Derived from Human Adipose Tissue-Derived Stem/Stromal Cells: A Prospective, Split-Face, Randomized Placebo-Controlled Study”（表5），脂肪间充质干细胞衍生的外泌体（ADSC-Exo）对色素过渡沉着的志愿者表现出亮肤效果[115]。治疗4周后黑色素水平降低，未观察到不良反应。
图示：ASC-外泌体皮肤增白效果的临床评价。(A)随着时间的推移黑色素减少。(B)不同年龄组的黑色素减少,对比安慰剂治疗区域具有统计学意义。(C)两名志愿者的对比图像。参考资料：[115]
巧合的是另一项临床研究也是韩国学者开展的，研究者应用ADSC-Exo治疗的萎缩性痤疮疤痕，表明其通过加速组织再生和伤口愈合来减少点阵二氧化碳激光 (FCL) 治疗造成的副作用 [116]。与对照侧相比，ADSC-Exo 治疗侧的萎缩性疤痕数量、平均毛孔体积和皮肤表面粗糙度显着减少。ADSC-Exo治疗降低了红斑、疼痛、水肿和干燥等不良反应的严重程度，并在5天内消退。
o4
细胞外囊泡的应用前景
总之，大量证据表明了细胞外囊泡天然的生物活性，是改善面部美学的绝佳选择。但规模化生产和存储方式仍是制约其商业化的障碍。
其次，需要解决细胞外囊泡更高效的被皮肤吸收利用。在许多透皮给药实验中，采用的是物理穿透方法。然而物理穿透是一种微创手术，仍会对皮肤造成一定程度的损伤 [125]。因此，应进一步开发非侵入性、低成本和低皮肤损伤的透皮给药方法。
迄今为止，大多数是在动物模型中进行的概念验证，并且只报道了两项人体研究。因此，应该进行更多的临床研究，因为细胞外囊泡疗法的功效在动物和人类皮肤之间可能会有所不同。然而，在进行临床应用之前，必须克服许多挑战（表6）。
多种因素会影响培养细胞产生的外囊泡的质量和数量，包括细胞来源（例如，细胞类型和供体选择）和培养环境（例如，氧张力和温度）。另外，使用的隔离方法和储存条件会影响细胞外囊泡异质性 [126]。因此，制定标准化的生产工艺并设定质量发布标准（包括 EV表征和功能分析），是获得可重复的临床结果重要基础因素。
由于细胞外囊泡的生物活性成分及其改变细胞行为的能力，为了保持作为药妆产品的真实性，这种细胞修饰作用必须仅限于皮肤，制造商必须证明细胞外囊泡中有多少被吸收到体内从而发挥作用。但是，药妆产品在全球范围内的监管方式不同；事实上，化妆品和生物制品/药物之间一直存在灰色地带。细胞外囊泡在欧洲 (EU) 和日本被视为化妆品，在美国 (US) 被视为药品 [3]。
因此，应为药妆产品制定一个新的、明确的监管框架，予以区别传统化妆品和药妆产品。这将确保药妆产品的安全性和有效性受到监控，从而保护消费者的利益。
结论
如上所述，细胞外囊泡对于抗衰老、抗色素沉着和无疤痕伤口愈合，有着天然的优势。了解其临床发展的现状，有助于将其转化为药妆品和商业化，成功地促进细胞外囊泡在面部美容行业的使用。
参考文献1.Extracellular Vesicles in Facial Aesthetics: A Review
项目推广、寻求合作、问题求助，扫码登陆知识星球
↓↓↓
— THE END —
觉得不错点个"在看"呗
推荐阅读
【声明】生命科学与基因技术正在高速发展，，受本公号知识结构及参阅资料准确性的局限，文章内容仅供参考。欢迎读者随时纠错并参与讨论。
点击“阅读原文”，加入“知识星球”。