抽象的
干细胞衍生的外泌体代表了再生医学快速发展的前沿, 作为细胞间通讯的有效介质并模仿亲本干细胞的许多治疗效果. 最近的研究强调了它们在调节免疫反应中的作用, 促进组织修复, 并增强细胞存活率. 这篇全面的综述综合了关于外泌体活性的分子和生化机制的最新知识, 特别是与大剂量联合使用时 干细胞疗法. 我们探索他们的内容, 作用机制, 和治疗意义, 强调他们的安全状况, 免疫调节潜力, 以及绕过与细胞疗法相关的一些限制的能力.
1. 介绍
干细胞, 特别是间充质干细胞 (间充质干细胞), 由于其多能性和免疫调节能力，长期以来一直是再生医学的基石. 然而, 越来越多的证据表明，它们的治疗功效不仅归因于直接细胞替代，还归因于它们的旁分泌作用, 特别是通过细胞外囊泡的分泌 (电动汽车), 尤其是外泌体.
外泌体是纳米级的 (30-150 纳米) 几乎所有细胞类型都分泌膜结合囊泡. 它们携带复杂的蛋白质货物, 脂质, mRNA, 和微小RNA (miRNA), 在细胞间通讯中发挥关键作用. 外泌体能够重现干细胞的许多功能，且没有相关风险（例如肿瘤发生或免疫排斥），这激发了人们对其治疗潜力的浓厚兴趣.
本文详细研究了干细胞来源的外泌体的分子和生化特性及其与高剂量干细胞疗法的协同使用.
2. 外泌体的生物发生和组成
外泌体是通过内体途径形成的. 该过程始于质膜向内出芽形成早期内体, 成熟为晚期内涵体或多泡体 (MVB). 在 MVB 内, 腔内囊泡 (ILV) 由内体膜向内出芽形成. 这些 ILV 在 MVB 与质膜融合后变成外泌体，随后释放到细胞外空间.
2.1 脂质成分:
- 富含胆固醇, 鞘磷脂, 神经酰胺, 和磷脂酰丝氨酸.
- 脂质在外泌体稳定性和靶向特异性中发挥作用.
2.2 蛋白质成分:
- 四跨膜蛋白 (CD9, CD63, CD81), 热休克蛋白 (热休克蛋白70, 热休克蛋白90), ESRT蛋白 (阿利克斯, TSG101).
- 表面蛋白促进细胞摄取和靶向.
2.3 核酸:
- miRNA (例如。, miR-21, miR-126), mRNA, 和长非编码RNA (lncRNAs).
- miRNA 调节受体细胞中的基因表达.
3. 作用分子机制
干细胞来源的外泌体主要通过生物活性分子的水平转移发挥作用. 以下是受这些外泌体影响的关键分子途径:
3.1 PI3K/Akt 通路激活:
- 促进细胞存活和增殖.
- 外泌体 miRNA 和蛋白质上调抗凋亡基因 (例如。, Bcl-2) 并下调促凋亡标记物 (例如。, 巴克斯).
3.2 Wnt/β-连环蛋白信号转导:
- 对干细胞更新和组织再生至关重要.
- 外泌体增强受损组织中的 Wnt 信号传导, 促进修复和细胞迁移.
3.3 TGF-β/Smad 通路调节:
- 平衡炎症和纤维化.
- MSC 衍生的外泌体下调 TGF-β1, 减少损伤模型中的纤维化反应.
3.4 NF-κB 通路抑制:
- 炎症的关键调节剂.
- 外泌体抑制 NF-κB 激活, 减少细胞因子风暴和炎症损伤.
4. 各种组织中的生化效应
4.1 心血管系统:
- 外泌体通过 VEGF 促进血管生成, 纤维生长因子, 和 PDGF 信号传导.
- 通过提供抗凋亡和促存活 miRNA 来减少缺血再灌注损伤 (例如。, miR-210).
4.2 中枢神经系统:
- 跨越血脑屏障 (血脑屏障).
- 增强神经发生和轴突生长; 传递神经保护 miRNA (例如。, miR-124).
- 通过小胶质细胞调节减少神经炎症.
4.3 肌肉骨骼系统:
- 刺激软骨细胞增殖并抑制细胞凋亡.
- 富含 miR-140 和 TGF-β 的外泌体支持软骨再生.
4.4 免疫系统:
- 将巨噬细胞极化转向 M2 表型.
- 抑制树突状细胞成熟; 促进调节性T细胞 (调节性T细胞).
5. 大剂量协同使用 干细胞治疗
将外泌体与高剂量相结合 干细胞疗法 可以产生累加甚至协同效应. 高剂量干细胞输注可提供大量再生潜力, 外泌体启动或维持局部微环境.
5.1 增强归巢和植入:
- 外泌体调节 SDF-1α 和 CXCR4 的表达, 增强干细胞归巢.
5.2 微环境调理:
- 用外泌体预处理组织创造一个促再生生态位, 增强后续干细胞移植的功效.
5.3 减少细胞剂量需求:
- 外泌体可以在较低干细胞剂量下增强效果, 降低与大量细胞相关的风险.
6. 临床应用和试验
外泌体已在多种临床环境中进行了测试:
- 心脏修复: 心肌梗塞后恢复 (例如。, NCT04327635).
- 神经系统疾病: 阿尔茨海默病, 神经病, 中风, 脊髓损伤.
- 骨关节炎: 关节内注射可减轻疼痛并改善关节功能.
- 与 COVID-19 相关的 ARDS: 外泌体调节高炎症反应.
7. 安全, 稳定, 和制造
7.1 免疫原性:
- 外泌体的免疫原性低于全细胞.
- 缺乏 HLA II 类和共刺激分子可降低排斥风险.
7.2 稳定性和存储:
- 外泌体在-80°C保持稳定并且可以冻干.
- 保质期长有利于全球分销.
7.3 规模化生产:
- 生物反应器系统和切向流过滤可实现符合 GMP 的生产.
8. 挑战和未来方向
尽管数据有希望, 仍然存在几个障碍:
- 分离和表征技术的标准化.
- 外泌体群体的异质性.
- 剂量优化和给药方法.
未来的战略包括:
- 工程外泌体 具有靶向配体或增强的货物.
- 合成外泌体模拟物 克服生物学限制.
- 与生物材料整合 在靶组织中持续释放.
9. 结论
干细胞衍生的外泌体代表了传统细胞疗法的变革性辅助或替代方案. 它们具有重现关键再生和免疫调节作用的能力, 加上卓越的安全性和稳定性, 使他们处于下一代再生医学的前沿. 当与高剂量干细胞一起施用时, 他们通过优化生化环境来增强治疗效果, 提高细胞存活率, 并加速组织修复.
