干细胞的“黄金拍档”-外泌体，你真的了解吗？
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撰文｜摩西
编辑｜南风
声明｜本内容仅作为公益科普，拒绝商业用途
外泌体电镜图
前言 /
外泌体火了有阵子了，一些短视频平台上的所谓的科普视频，把读者看得是云里雾里。外泌体小精华、外泌体冻干粉、外泌体面霜啥的，也是让吃瓜群众看花了眼。很多人盲目跟风，不过，您真的了解外泌体吗？来看看下面这篇文章吧。
细胞王国·作者/ 摩西
细胞生物技术公益科普者
推广生命科学的通识认知
干细胞疗法随着生物医学的发展，慢慢走近了人们的视野。间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cell，MSC）在1991年被美国生物学家Aronld Caplan首次在骨髓中分离，是来源于中胚层间充质的一类具有多项分化潜能的成体干细胞。目前临床研究比较多的MSC主要来源于骨髓、脐血、脐带、外周血和脂肪组织。
1995年，MSC首次作为细胞治疗产品用于人体试验，并快速成为临床研究数量最多的干细胞类型。近年来，日本、韩国、加拿大、欧盟等国家和地区批准了数个MSC药物上市，这些产品的组织来源包括骨髓、脂肪和脐带血等，主要适应症包括心肌梗死、创伤性或退行性骨关节炎、克罗恩病、移植物抗宿主病（Graft versus host disease，GvHD）等。目前，对于MSC的生物作用机制和临床研究仍在探索中。[1]
早期的研究主要将MSC的治疗效果归因于局部移植和其分化能力，然而最近的研究表明，植入的细胞并不能在体内存活很长时间，有报道称，仅有1%的MSC在给药后可以存活超过一周的时间，而MSC疗法的神奇功效是由于旁分泌机制介导的，MSC会产生的大量生物活性因子(包含细胞外囊泡和外泌体)，这些因子在关键的生物过程的调节中发挥重要作用。因此，间充质干细胞外泌体在组织修复和再生方面的应用备受关注。[2]
外泌体是细胞外微囊泡的一种，直径为40-100nm，能够介导细胞之间的信息交流。外泌体中包含多种生物因子，这些因子在生物的多种生命机理中发挥着重要作用，包括体内稳态、发育、信号传导、免疫调节、炎症、血管生成、细胞凋亡、蛋白质溶解、粘附和细胞外基质组织。外泌体包括各种血清蛋白、生长因子、血管生成因子、激素、细胞因子、细胞外基质蛋白和蛋白酶，以及一些脂质介质和遗传物质。
它们大体可分为可溶性因子（生长因子、细胞因子、趋化因子和酶）和细胞外膜泡（转运脂质、蛋白质、RNA和DNA亚型）。（如图所示）
外泌体及治疗效果示意图
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来源：参考资料[3]
干细胞分泌各种生物活性因子以及细胞外载体（包括外泌体和微泡）统称为外泌体。这些生物活性因子具有促血管生成、抗纤维化、抗凋亡、抗炎和免疫调节特性[3]
外泌体的组成成分取决于细胞类型和微环境刺激，一般而言，干细胞外泌体对组织修复有疗效，包括促进血管生成、抗凋亡、抗纤维化、抗炎和免疫调节作用。除了可以避免直接使用细胞潜在的风险外，干细胞外泌体的临床应用优势还在于其易扩增、易获得和易长时间保存。[3]
干细胞外泌体的具体作用机理也通过蛋白质组学及其他现在生物学方法被揭示。科学家使用蛋白质组学揭示了人体间充质干细胞外泌体有助于血管再生的潜能。这项研究对于缺血损伤组织的治疗意义重大，为促进组织血管生成，增加组织成功抢救的几率以及防止组织纤维化。这项研究成果发表在《自然》杂志。
研究论文
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来源：自然
研究人员首先通过液质联用法分析出人体间充质干细胞外泌体的组成成分，通过蛋白质组学发现间充质干细胞外泌体中富含与血管生成过程相关的成分。研究通过分析三种组织的间充质干细胞（脂肪组织、骨髓、脐带华通氏胶）的外泌体组成发现，针对血管生成这一目的，人体脐带华通氏胶中的分泌库显示了更完整的血管生成网络以及更高浓度的相关蛋白；其次是骨髓间充质干细胞外泌体；脂肪间充质干细胞外泌体中则缺乏相关蛋白，且大多检测到的蛋白表达水平明显降低。这说明不同组织来源的外泌体，有一定区别。
与人体脂肪间充质干细胞外泌体相比，骨髓间充质干细胞外泌体和脐带华通氏胶间充质干细胞外泌体明显功能性要强一些，CD14++和CD16-单核白细胞的迁移率明显更高，增强巨噬细胞的分化能力，并且可以更强的诱导血管内皮细胞生成血管。
结果表明，人体脐带华通氏胶间充质干细胞外泌体是炎症介导的血管生成诱导中最有效的人体间充质干细胞来源。通过这样的系统分析，对未来临床研究选择不同MSC有指导意义。
免疫细胞的对人体不同组织的间充质干细胞答应
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来源：参考资料[4]
人体间充质干细胞外泌体在体内外实验中均观测到促血管生成作用。
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来源：参考资料[4].
当然，来自不同组织的间充质干细胞中分泌的因子的数量和浓度不同，间充质干细胞的组织来源明显影响外泌体的功能。脂肪间充质干细胞外泌体中包含的胰岛素样生长因子（IGF-1）、VEGF-D和IL-8水平高于骨髓间充质干细胞外泌体，其他因子如VEGF-A、bFGF、SDF-1和血管生成素的表达水平接近。
文章指出，2006年，国际细胞治疗协会（ISCT）定义了多能间充质干细胞的最低标准，但并未考虑不同组织来源的间充质干细胞在蛋白质组学和功能方面的差异。根据之前的研究，三系分化和MSC表面的标记物未能充分的表征它们的组成成分和生物学功能。这些结果也强调了优化MSC的特征参数的必要性，以便更好的对比MSC的临床研究和实验室研究结果，而且还需要为不同组织来源的MSC外泌体定义分子标记，同时还需要考虑不同体质人群供体中干细胞的差异，如年龄、性别和健康状况等特征。并且还需要考虑获取干细胞的伦理问题。[4]
间充质干细胞外泌体疗法是干细胞治疗的一大趋势：
-可以避免干细胞治疗的一些缺陷（免疫排斥、伦理问题等）；
-并且外泌体具有高稳定性、易储存、无需增殖、便于定量使用以及想损伤处募集等优势；
-外泌体因其包含多种蛋白和RNA，比使用某种单一的细胞因子具有较高的安全性和更大的组织再生潜能。
因此，MSC外泌体在组织再生中具有极大优势。但是，因其提取方法及复杂的分类系统阻碍了干细胞外泌体的应用。读者可以到细胞王国知识星球阅读下面这篇内容，更清晰的了解目前外泌体的发展现状和趋势。
外泌体高效提存技术成为临床应用亟需解决的重要问题。同时，外泌体调节免疫以及促进组织再生的最佳浓度，也就是大众理解的“外泌体纯度”，以及外泌体的半衰期（外泌体的作用周期）也需要更深入的研究。[5] 我们陆续会推出几篇外泌体的内容，请读者持续关注。
参考资料：
【1】卢加琪, 韦薇, 刘伯宁, 罗建辉. 间充质干细胞的研究进展与药学评价. 药学学报, 2019, 54(7): 1317-1324.
【2】Vizoso, Francisco J., et al. "Mesenchymal stem cell secretome: toward cell-free therapeutic strategies in regenerative medicine." International journal of molecular sciences 18.9 (2017): 1852.
【3】Daneshmandi, Leila, et al. "Emergence of the Stem Cell Secretome in Regenerative Engineering." Trends in Biotechnology (2020).
【4】Kehl, Debora, et al. "Proteomic analysis of human mesenchymal stromal cell secretomes: a systematic comparison of the angiogenic potential." NPJ Regenerative medicine 4.1 (2019): 1-13.
【5】蒋欢, 刘尧, 陈旭. 间充质干细胞外泌体应用于组织再生的研究进展[J]. 中国医科大学学报, 2018, 47(1): 73-77
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