外泌体：细胞间沟通的神秘使者

引言

细胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EV）是由细胞分泌的包含多种生物学信息的双层囊泡，直径 30nm-5000nm 不等，包括外泌体（40- 100nm）、微囊泡（ 100- 1000nm）和凋亡小体（ 50-5000nm）。EV 广泛存在于细胞上清和体液（如血液、尿液、唾液、乳液等）中，通过携带宿主细胞分泌的多种蛋白质、DNA、mRNA、miRNA 等生物活性分子，参与细胞通讯、细胞迁移、血管新生和肿瘤生长等过程。外泌体和微囊泡虽然都涉及膜运输过程，但是二者形成过程却不同。外泌体起源于膜腔或者早期胞内体，这些膜腔或早期胞内体会内陷形成管腔内膜泡（Intraluminal vesicles，ILV），之后形成多泡小体（Multivesicular body， MVB），多泡小体与细胞膜融合，最终分泌出去。而微囊泡是通过细胞膜包裹信号分子直接向外以出芽的形式释放到细胞外。

间充质干细胞来源的细胞外囊泡的起始与发展

间充质干细胞（MSC）是一种在体外易于扩增的多能干细胞群，能够在体内和体外分化为几种中胚层细胞系类型，如成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞，具有重组或使受损组织再生以及抑制免疫反应的潜力。MSC 来源广泛，可以从多种组织或器官中分离获得，如骨髓间充质干细胞（BM-MSC）、羊水间充质干细胞（AF-MSC）、脐带间充质干细胞（UC-MSC）和脂肪间充质干细胞（AD-MSC）等。MSC 具有强大的组织修复以及重塑损伤组织微环境的能力。不同来源的 MSC 能够抑制炎症反应介导的细胞损伤，也有赖于 MSC 对促凋亡通路的抑制（如 Caspase-3 和 Bax 等促凋亡因子表达减少），对抗凋亡通路的激活（抗凋亡因子 Bcl-2 的活性增加），从而促进组织修复功能的发挥。基于 MSC 的多种性能，科学家们开始逐渐采用 MSC 进行细胞替代治疗，即在体移植 MSC，并通过其自身的分化和自我更新能力替代及修复受损组织。然而，移植细胞在靶器官中的移植存活率并非尽如人意，因此有待于发展出生物利用率更高的 MSC 治疗方法。

间充质干细胞来源的细胞外囊泡的应用与临床探索

随着对 MSC-EV 研究的深入，发现各种 MSC-EV 与其亲代 MSC 有类似的修复效果，对肺、肾、肝、中枢神经系统、软骨、骨和心脏在内的各种器官有治疗作用。相比 MSC，基于 MSC-EV 的优势其正在被广泛研究，以确定 MSC-EV 在各种病理学中的无细胞治疗应用的潜在用途。 2014 年， Kordelas 等人首次将同种异体骨髓 MSC-EV 用于对治疗难治性 GvHD 患者，展现出良好的疗效。人脐带干细胞衍生 EV 对慢性肾病患者的 II/III 期临床试验显示，人脐带干细胞衍生 EV 具备药物安全性，并有肾病组织中展现出抗炎功能和改善肾功能不全的作用。后续，在组织工程和再生医学中 MSC-EV 也不断应用于神经系统、肺损伤、肝损伤、肾损伤等各类型的疾病中。最近， MSC-EV 治疗新型冠状病毒的研究也在我国进行了临床试验（NCT04266988/CHICTR090030261， CHICTR02003048）。综上所述， MSC EVs 在各种疾病中的潜力正被广泛探索中，是一种具有极大前景的生物治疗工具。

MSC 及其衍生物治疗肝损伤的起始与发展

肝脏病变包括一系列肝脏的功能失调，可导致急性或慢性肝病，如肝炎、酒精性肝病、脂肪肝、肝硬化和肝细胞癌（HCC）。肝衰竭可表现为多种症状，如黄疸、脑病、脑水肿、败血症以及胃肠道出血，其预后通常较差。目前，肝移植是许严重的肝损伤的金标准疗法。然而，供体器官资源十分短缺且患者接受肝移植后需要进行终身免的疫抑制治疗，因此这种治疗手段仍然有待进步。

MSC-EV 在肝脏疾病中的应用

急性肝损伤（Acute Liver Failure， ALF），是一种伴随肝性脑病、凝血功能障碍病、黄疸和严重肝功能缺陷的高致死性肝病，病因也较为复杂，如药物过量、病毒性、药物性肝炎及自身免疫性肝炎等。这类疾病起病急，病程进展快速，治疗初期首要考虑抗炎并改善组织微环境。在研究初期发现，在 ALF 动物模型中，给予 BM-MSC-EV 能够减轻炎症、坏死和氧化应激水平，并促进肝细胞增殖。此外，BM-MSC-EV 干预对脂多糖（LPS）/D-氨基半乳糖胺（D-GalN）诱导的 ALF 中大量的肝细胞凋亡有抑制作用。后来不同来源的 MSC-EV，如 AD-MSC-EV 和 UC-MSC-EV 也已被验证在 ALF 动物模型中有治疗效果。以 AD-MSC-EV 为例分析，它表现出显著的抗凋亡和抗炎作用。研究报道，在 D-氨基半乳糖胺（ D-GalN ）诱导的 ALF 小鼠模型中， AD-MSC-EV 可减少肝组织细胞坏死、炎性细胞浸润，并恢复血清中转氨酶水平，并重塑了血液凝聚、药物代谢、丝裂原活化蛋白激酶和 HGF 信号相关的信号转导 28 。也在在此项研究中， AD-MSC-EV 中包含的 lncRNA H19 被发现与上述通路的上调有关。除了 AD-MSC-EV 中的非编码 RNA 对 ALF 的治疗潜力，也有不少研究证明 miRNA 在其中发挥着重要作用，如 AD-MSC-EV 中的 miR- 17 介导的炎症标志物表达水平下降，如 TNF-α 、IL-6 、IL- 1β和干扰素-γ , 以及一些炎症小体激活标记物，如 NLR 家族分子和 caspase- 1 等。同时，AD-MSC-EV 干预显著降低了 ALF 大鼠肝组织中免疫细胞的积累、氧化应激水平和炎症物质表达水平，如细胞因子 IL- 1β、HMGB1 、NADPH 氧化酶 1（NOX1）和 NOX2，以及抗凋亡基因水平。这提示 MSC-EV 可能对急性肝损伤类疾病的治疗具有重要意义。

间充质干细胞来源的细胞外囊泡在关节炎中的应用

骨性关节炎(OA)是一种常见的骨性关节疾病。流行病学调查显示，60 岁以上的人群中，约 10%的男性和 18%的女性患有 OA，且随着年龄和体重的增加，OA 的发病率直线上升。 OA 是一种全关节的疾病涉及到关节软骨的破坏，滑膜炎症，软骨下骨的改变和骨赘的形成，其症状包括关节疼痛，肿胀和僵硬，这些症状严重影响了患者的生活质量。

间充质干细胞来源的细胞外囊泡在神经疾病中的应用

中风、脊髓损伤、帕金森、肌萎缩侧索硬化症、阿尔茨海默症等神经系统疾病一直是医疗界的难题。虽然这些疾病的表型和症状不一样，但在致病机理上有很多共同的地方。例如它们在很大程度上都是因为随着年龄的增长或在病原及机械损伤等条件下，血管或小血管发生病变，导致血管屏障局部破坏，免疫细胞渗入到器官组织中，导致局部的炎症、氧化压力增加，电解质失调，兴奋性神经毒性增强等继发性地引起所在组织或支持细胞的功能失调及凋亡。这种局部病变逐渐累积，最终变得不可逆并造成严重的病生理改变。针对这类疾病，大多数基于单一信号通路和分子机制的新药，都以失败告终。究其原因，根本在于这类疾病都是由多种因素叠加，渐进性改变所致，很难通过单一的化合物或大分子作用于相关信号通路予以解决。

结语

MSC-EV 研究还处于起步阶段，很多具体机制还不清楚，但是凭借其优良的物理、生物学特征和强大的物质运输功能为治疗神经退行性疾病等神经系统疑难疾病带来新的希望。