【原】抗衰老系列三 | 外泌体与皮肤衰老

2013年诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国科学家罗思曼、谢克曼以及德国科学家祖德霍夫，以表彰他们发现细胞的囊泡运输调控机制。美国抗衰老医学研究会主席Klatz博士称：“外泌体是干细胞技术的下一个发展方向”。  

那么，人们面临衰老时，干细胞外泌体正在发挥着怎么样的作用？科学家们又是如何利用干细胞外泌体来对抗衰老？

本期向大家介绍一项重要的专题外泌体与皮肤衰老。

近年来，随着外泌体研究的不断深入，它的应用已经涉及肿瘤治疗领域、医学基础和免疫领域、寄生虫领域；临床研究上已涉及心血管系统、内分泌代谢系统、皮肤病疾等。

实际上先前就有研究者报道，间充质干细胞来源外泌体具有治疗多种疾病的潜力。例如，可以用同种异体间充质干细胞分泌的细胞外囊泡来治疗营养不良性大疱性表皮松解症，这是一种罕见的儿科皮肤起泡疾病。这项研究的关键是外泌体，外泌体携带特定的蛋白质和mRNA，这些物质对营养不良性大疱性表皮松解症的治疗至关重要。

干细胞来源的外泌体在心血管系统、外伤性脑损伤、肌肉骨骼系统、肝损伤、肾损伤等方面都展现出强大的修复再生和保护能力，因此外泌体有望成为再生医学“无细胞”治疗的一种新兴的修复工具，打破不可逆损伤这一修复障碍，使再生成为可能。

皮肤老化与光老化

衰老是生物界最基本的自然规律之一。它是以个渐进的过程，导致机体所有器官的机能减退和储备能力下降。衰老发生在细胞水平，同时反应了一个基因的程序和环境造成的损害。

皮肤自然老化与光老化是人类皮肤出现问题的方要原因。

随着年龄增长，皮肤逐渐会出现干燥，起皱纹，松弛并出现一些良性肿瘤。自然老化主要表现为小皱纹，皮肤松弛，干燥和粗糙，毛发数量减少，毛发变细，色灰白，这和真皮细胞的减少和它们所分泌的基质蛋白与表皮分化的微小异常有关。

皮肤光老化（skin photoaging）是由于皮肤长期受到日光照射所引起的损害，是自然老化和紫外线辐射共同作用的结果。表现为皮肤曝光部位粗糙、增厚、干燥，皮肤松弛、皱纹加深加粗，局部有过度的色素沉着或毛细血管扩张，甚至可能出现各种良性或恶性肿瘤（如日光角化病、鳞状细胞癌、恶性黑素瘤等）。

另外：

1. 寒冷，酷热和过度干燥的空气，影响皮肤正常呼吸，使皮肤过多散失水分，皮肤老化；空调或集中采暖会使皮肤脱水，产生脱皮，起屑现象。

2. 污染，有毒清洁剂，使灰尘过度粘附在皮肤表面，刺激皮肤，堵塞毛孔，易引起皮肤过敏及皮脂分泌降低。

3. 化妆品使用不当，市场上的化妆品品种繁多，普通消费者通常得不到科学的指导，不少爱美人士因选用了化妆品不当反而引起不良效果，如果不慎使用了劣质化妆品更会给肌肤带来极大的伤害。

衰老的内因在于细胞

人体是由细胞组成的，这些数量庞大的细胞组成了我们身体的每一部分，依靠细胞的自然运转我们的生命才得以延续下去，而且这架“机器”在使用的过程中也会出现问题和磨损，这些因素不断累积是促使人们衰老的主要原因。

细胞每天都在为了维持生命体正常运转而进行各种各样的生命活动，这当中产生了氧化废弃物自由基等，这些氧化产物会在身体里不断堆积，久而久之就会使细胞氧化，还会对细胞内的遗传物质进行破坏，当身体的修复机制无法再对这些破损修复的时候，人体也会开始衰老了。同时衰老机制还和细胞分裂次数有关，1961年，美国科学家研究发现，人类的细胞分裂次数总是固定的，这说明了人类的寿命值是固定且有限的。

另外，细胞凋亡的速度也很快，每秒钟都有大量细胞死去并急需更新，其中无法更新再生的神经细胞主导了人类衰老的过程，神经细胞的衰亡象征着人体也将迈入衰老与死亡。

外泌体与皮肤疾病

近年来，研究人员将外泌体与皮肤疾病联系起来，发现外泌体不仅参与皮肤生理、病理过程，如调节皮肤微环境中促炎细胞因子分泌，促进皮肤缺损处血管新生及胶原沉积，以及调节皮肤成纤维细胞增殖分化，同时还在皮肤微环境发生病变时发挥特异性信息传递作用，进而促使增生性瘢痕、皮肤硬化及皮肤黑色素瘤等皮肤疾病的发生。

外泌体是指包含了复杂 RNA 和蛋白质的小膜泡，现今，其特指直径在 40-100nm 的盘状囊泡，它由细胞分泌，以用于细胞间信号传导。它们含有多种生理活性物质，并在重要的细胞过程中，发挥着关键的作用。目前，人们已经发现由干细胞分泌的外泌体，可以刺激细胞或组织再生，并且可以应用于皮肤和头发的护理方面。

皮肤是人体最大的器官，直接同外界环境接触，具有保护、排泄、调节体温和感受外界刺激等作用。人的皮肤由表皮、真皮（中胚层）、皮下组织等多层结构，当皮肤细胞因内外源压力导致破损，抵抗力下降时，过于薄弱的肌肤屏障就无法抵御外界刺激，创面难愈或不愈的发生率不断攀升。伤口愈合是一个非常复杂的过程，包括炎症期、增生期、瘢痕形成期和组织再塑等阶段。尽管新一代护理材料（如FGF、EGF和类人胶原蛋白等）已被广泛用于破损肌肤修复，但是最主要的因素仍在于皮肤细胞的自我修复能力。

外泌体免疫调节作用

研究发现，间充质干细胞外泌体可降低巨噬细胞趋化蛋白CX3CL1及肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor,TNF）的表达，同时上调白细胞介素-10（IL-10），降低局部炎症反应，起到免疫调节的作用。Kordelas等[12]研究发现，干细胞外泌体可降低难治性抗移植物抗宿主病（therapy-refractorygraft-versus-hostdisease，GVHD）患者体内的IL-1β、TNF-α及γ-干扰素水平，调节机体免疫，促进受损组织修复。

外泌体促血管新生

有研究证明来自内皮祖细胞的外泌体携带有促血管生成的miRNA，如miR-126、miR-296和let-7，其能够在静止的内皮细胞中通过水平转移RNA激活血管形成。当MSC外泌体与血管内皮细胞体外共混培养条件下，MSC外泌体可被血管内皮细胞摄取并内化，经realtime-PCR检测发现,培养后的血管内皮细胞同样高表达MSC外泌体携带的促血管化miRNA。脂质间充质干细胞(adiposemesenchymalstemcells，ASCs)可促进血管内皮的增生，并且血小板衍生的生长因子可促进ASCs释放增强血管生长潜力的外泌体。人脐带MSCs分泌的外泌体与体外培养的人脐静脉内皮细胞共培养时，内皮细胞成管状结构更加明显，内皮细胞迁移更加良好。

促进细胞增殖、抑制细胞凋亡

在甘油诱导的严重联合免疫缺陷鼠急性肾损伤模型中发现骨髓MSC分泌的外泌体具有保护肾功能的作用，其修复能力与其母体细胞无显著性差异。其通过上调bcl-xl、bcl2、birc8等抗凋亡基因，下调Casp1、Casp8、LTA等促凋亡基因，同时活化细胞外信号调节激酶，以促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，从而发挥组织修复作用。此外，外泌体可通过向靶细胞转运RNA，如mRNA、miRNA等，诱导靶细胞合成一些因子，如肝细胞生长因子(hepatocytegrowthfactor，HGF)、血管内皮细胞生长因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)等，激活信号通路,调控靶细胞的细胞周期活动，最终促进其增殖。外泌体由干细胞释放后可通过弥散、内吞、受体介导等方式进入靶细胞，转运特异性蛋白、脂质、mRNA和miRNA等生物活性物质，从而发挥多种生物学功能。而且根据当前国内外研究，干细胞外泌体促进血管新生的机制与其向靶细胞转运具有促血管生成作用的miRNA有着密切的联系。

外泌体对创面的修复作用

研究发现，MSC外泌体可通过促进血管生成发挥组织修复作用。MSC外泌体可促进热刺激后皮肤细胞的增殖，并抑制其凋亡，在大鼠皮肤烧伤模型中，外泌体能促进烧伤部位的再上皮化，加快伤口愈合。人脐带MSC外泌体所递送的Wnt4基因信号是皮肤伤口愈合所需的。在体外实验中,成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的增殖及迁移依赖于MSC外泌体的剂量。同样，成纤维细胞分泌的I型、III型胶原、弹性蛋白量的提高和血管内皮细胞管状形成率的提高也与外泌体的浓度增加有关。

商业化应用

美国

Aegle Therapeutics是一家将细胞外泌体疗法推进临床的公司，其使用专利工艺分离纯化异基因间充质干细胞(MSCs)分泌的外泌体。2018年4月，FDA批准了该公司首个EV新药AGLE-102的IND申请，以开始用于烧伤和大疱性表皮松解症患者的临床试验。2019年5月， FDA批准了该公司AGLE-103的IND申请，以用于营养不良性大疱性表皮松解症(DEB)皮肤病。

Avalon GloboCare公司是一家国际化的生物技术开发商和医疗保健服务提供商，其外泌体产品主要包括AVA202和AVA203。AVA202是Avalon GloboCare和Weill Cornell Medicine联合开发的内皮细胞来源的促进血管新生的外泌体。2019年7月，临床前数据显示，AVA202能使皮肤组织再生，并促进血管生成以及皮肤创伤修复。另外，Avalon GloboCare与上海市第九人民医院建立了联合实验室进行再生外泌体组研究，加速诊断和治疗应用的开发，特别是在塑形重建手术、伤口愈合、护肤和外泌体生物信息学等方面。

2018年7月，专注于罕见病新药研发的Capricor Therapeutics和美国陆军外科研究所签署协议，共同开发外泌体产品CAP 2003，用于皮肤创伤治疗。该技术获得Cedars-Sinai Medical的知识产权独占许可。该产品外泌体提取于心肌球来源细胞(CDCs)，富含多种脂质、蛋白以及RNA。2018年8月公布的临床前研究数据显示，CAP 2003可以调控巨噬细胞的极化，引起抗炎反应和促再生反应，并提高T细胞的免疫调节作用。另外，杜兴氏肌肉营养不良症小鼠模型数据显示，CDC来源的外泌体具有改善作用。

韩国

2020年8月，韩国再生医学美容公司获得了 930 万美元 C 轮融资。此轮融资的投资者包括 K2 Investment Partners、SBI Investment Korea 和 Dt＆Investment，以及新的投资者 G.N.Tech/ReeHu Investment、Focus Assets Management 和 KNOTUS。据了解，迄今为止，该公司的融资总额已经达到了约 5630 万美元。该公司预计将于 2021 年第一季度，在 KOSDAQ 进行 IPO。

该公司研究了干细胞外泌体在两种特应性皮炎中，如何修复皮肤屏障，并减少全身性炎症，它于 2018 年和 2020 年发表了相关论文。「ExoCoBio」的最新出版物还证明了，干细胞外泌体在急性肾脏病中，具有挽救生命的功效。

展望

外泌体的发现丰富了研究者们对细胞间通讯方式的认识，加深了对机体生理、病理过程的理解。近年来，干细胞外泌体研究成为热点，发现了其优良的生物学效应，有着十分广阔的临床应用前景。越来越多的研究表明，干细胞外泌体可减少细胞凋亡、减轻炎症反应、促进血管生成、抑制纤维化、提高组织修复潜力等重要生物学作用。外泌体的这些作用使得其在治疗心肌梗死，皮肤创伤等组织损伤中存在良好的应用前景，并且已经有较多深入的研究。与干细胞的移植治疗相比，干细胞外泌体可以降低细胞移植致瘤风险，因此通过干细胞来源的外泌体进行促进血管生成和增强损伤细胞修复，有望成为组织损伤修复的治疗新策略。

参考文献：

1. Exosomes Derived from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells as Treatment for Severe COVID-19. Stem Cells Dev. 2020 Jun 15;29(12):747-754.

2.  Embryonic stem cell-derived exosomes promote endogenous repair mechanisms and enhance cardiac function following myocardial infarction. Circ Res. 2015 Jun 19;117(1):52-64.

3. Exosomes in mesenchymal stem cells, a new therapeutic strategy for cardiovascular diseases? Int J Biol Sci. 2015 Jan 12;11(2):238-45.

4.  Circulating microRNAs are promising novel biomarkers of acute myocardial infarction. Intern Med. 2011;50(17):1789-95.

5. Extracellular Vesicles from Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells Downregulate Senescence Features in Osteoarthritic Osteoblasts. Oxid Med Cell Longev. 2017;2017:7197598.