外泌体是指包含了复杂 RNA 和蛋白质的小膜泡 (30-150nm),现今,其特指直径在40-100nm的盘状囊泡。1983年,外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现, 1987年Johnstone将其命名为"exosome"。多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。其主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体,经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中 。
所有培养的细胞类型均可分泌外泌体,且外泌体天然存在于体液中,包括血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁中。有关他们分泌和摄取及其组成、"运载物"和相应功能的精确分子机制刚刚开始研究。外泌体目前被视为特异性分泌的膜泡,参与细胞间通讯,对外泌体的研究兴趣日益增长,无论是研究其功能还是了解如何将其用于微创诊断的开发。
当外泌体在1980年首次被发现后,其被认为是细胞排泄废物的一种方式,如今随着大量对其生物来源、其物质构成及运输、细胞间信号的传导以及在体液中的分布的研究发现外泌体具有多种多样的功能。外泌体的功能取决于其所来源的细胞类型,其可参与到机体免疫应答、抗原提呈、细胞迁移、细胞分化、肿瘤侵袭等方方面面。有研究表明肿瘤来源的外泌体参与到肿瘤细胞与基底细胞的遗传信息的交换,从而导致大量新生血管的生成,促进了肿瘤的生长与侵袭。
在临床上,干细胞外泌体主要干预烧伤、烫伤、皮肤溃疡,再生健康皮肤;用在护肤方面,主要是对外伤受损、衰老中毒皮肤进行修复,调理皮肤、改善肤质,令肌肤恢复年轻、健康的状态。
外泌体,特别是源自间充质干细胞的外泌体,在促进伤口愈合方面显示出巨大的潜力。外泌体可直接应用于皮肤损伤,在动物模型中已显示其可促进胶原蛋白合成以及成纤维细胞和角质形成细胞的增殖和迁移。此外,外泌体通过对生长因子的调节,调节细胞增殖和分化、抑制免疫、促进血管生成。
外泌体还是重要的炎症调节剂之一,可促进巨噬细胞极化并减弱细胞因子分泌。即使在慢性伤口和糖尿病等合并症状态下,外泌体对增殖、胶原沉积和血管生成也显示出显著的作用。
脑部损伤,包括创伤性脑损伤 (TBI) 或中风,可导致长期残疾和预期寿命缩短。间充质干细胞外泌体不仅能够通过静脉内或鼻内给药穿过血脑屏障,而且在治疗慢性炎症和促进健康愈合方面也具有益处,是十分具有前景的复杂脑损伤治疗方法。
骨髓、脐带和脂肪组织等各种来源的间充质干细胞外泌体在调节创伤性脑损伤后的炎症反应方面显示出巨大的潜力。间充质干细胞外泌体可使损伤部位炎症反应降低,从而通过增强神经发生和血管生成来改善恢复脑部损伤。研究发现,脑震荡后给予间充质干细胞外泌体不仅可以帮助组织恢复,还可以改善脑损伤后常见的运动和认知缺陷。
肝病包括肝硬化和肝细胞癌等疾病,肝病的治疗方法各不相同,但一些研究已经确定,外泌体可能具有肝病诊断和治疗的双重功能。
一方面外泌体可以作为特异性生物标志物用于肝病诊断,另一方面肝脏中外泌体的再生能力已被探索用于肝病治疗。
外泌体通过 Wnt 信号通路促进血管生成,促进肝衰竭后的肝脏修复和再生;通过在靶肝细胞中形成 1-磷酸鞘氨醇,从而在缺血、再灌注损伤或部分肝切除术后实现细胞增殖和肝再生。
外泌体在心血管疾病的治疗中具有治疗效用。外泌体已被广泛认为具有调节血管生成、心肌细胞肥大、心脏纤维化、控制血压和抗凋亡等心血管生理和病理作用。在心血管疾病治疗中,外泌体可以促进心脏应激后的重塑,加快恢复心脏收缩功能。
当前已有研究将外泌体引入糖尿病领域,为该领域的研究打开了新的局面,糖尿病与外泌体的关系已受到广泛关注。
研究表明,外泌体参与了糖尿病及其相关并发症的发生与发展,它不仅可以作为糖尿病早期诊断和分期的生物学标记,还可作为糖尿病治疗的靶点,更重要的是可以监测糖尿病患者对治疗的反应,为实施糖尿病的个体化治疗提供依据。
在过去的十几年中,随着外泌体的发现、鉴定和研究的深入,除了诸多研究发现病理情况下细胞分泌的外泌体对于骨关节炎疾病的病理生理进程具有重要作用之外,还发现了外泌体作为良好的生物信号传递因子,具有更加强大的软骨再生修复的应用潜能。
在2017年的一项研究中发现,脂肪来源的间充质干细胞能够对关节软骨发挥抗炎和细胞保护作用。研究者在用白细胞介素刺激的软骨细胞中加入含有外泌体的间充质干细胞来源的条件培养基,结果表明,间充质干细胞来源的外泌体能够下调衰老相关的 β-半乳糖苷酶活性,并且减少了炎症介质的产生。此研究表明间充质干细胞来源的外泌体对异常的软骨细胞代谢起到了积极作用。
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