分享

外泌体与皮肤系列二 | 外泌体在皮肤瘢痕修复治疗中发挥的重要作用

 干细胞与外泌体 2022-07-27 发布于广东

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。

研究表明,使用外泌体对严重烧伤诱导的过度炎症具有显著的有益效果。最近有学者发现外泌体可用于皮肤创伤后的伤口愈合,且能有效防治增生性瘢痕、黑色素瘤等皮肤疾病,为外泌体的应用研究提供了一个崭新的方向。

从本期向大家介绍一项重要的系列专题,将向大家展现在皮肤疾病领域,国际国内最新的外泌体科研成果,产业化产品等。本期专题:外泌体与皮肤系列二 | 外泌体在皮肤瘢痕修复中发挥的重要作用。

瘢痕的加重率逐年上升

瘢痕是创伤愈合过程的自然产物,但过度修复致病理性瘢痕的形成,则会引起外形的毁损和程度不等的功能障碍。病理性瘢痕主要包括增生性瘢痕和瘢痕疙瘩, 组织学特点为大量纤维细胞增生,细胞外基质中胶原、蛋白多糖、糖蛋白等过量沉积、胶原纤维排列紊乱。其临床表现为感觉异常、瘤样增生并伴有不同程度的功能障碍;患者需面对一系列生理、心理、美容及社会问题。至今为止,病理性瘢痕的治疗仍很复杂和困难。

在较低级脊椎动物,和尾巴的缺损可通过新生的肢体和尾巴的再生来代替。但是,人类仅有少数的内部器官(如肝脏、胰腺和唾液腺)具有这种修复能力。人类大多数的组织损伤通过瘢痕形成来修复。

虽然我们用愈合和修复这两个术语来描述这一过程,但这绝不意味着组织功能上的复原。瘢痕对损伤前组织来说,总是一个不完善的替换。从机械角度看,抗强性减弱;从营养角度看,形成了氧和营养物交流的障碍;从功能角度看,则常常由于收缩和牵拉,而引起受损组织的畸形及功能障碍。

QYResearch的最新发表了《2020-2026中国瘢痕治疗市场现状及未来发展趋势》。COVID-19爆发之前,我们预计2020年中国瘢痕治疗市场规模将从2020年的7652万美元增长到2026年的1.12亿美元,年复合增长率为6.41%。在COVID-19之后,基于最新调研,我们估计2020年中国瘢痕治疗市场规模为7524万美元(与COVID-19爆发前2020年市场规模预测相比,变化约为1%),并在2026年将达到1.1亿美元,2021-2026年复合增长率CAGR为6.48%。

增生性瘢痕

增生性瘢痕不仅影响患者外观,而且瘢痕组织挛缩令患者产生肢体功能障碍甚至畸形,严重影响患者的生理和心理健康,甚至造成家庭和社会负担。目前治疗增生性瘢痕的方法有激光照射、弹力衣压迫、手术、干扰素以及局部外用药物治疗等,但均未取得理想效果。

近来,研究人员发现外泌体不仅可以调节皮肤成纤维细胞增殖分化,加速伤口愈合,更能重塑细胞外基质( extracellular matrix,ECM) ,抑制成纤维细胞胶原表达及肌成纤维细胞异常增殖,从而达到防治增生性瘢痕的目的。

研究发现人类间充质干细胞分泌的外泌体( ASC-Exos) 可以被成纤维细胞内化,在用ASCExos处理小鼠皮肤伤口后,其减少了伤口处胶原沉积,增加胶原蛋白III 与胶原蛋白I 的相对比例,同时降低了TGF-β1 与TGF-β3 的相对比例。免疫荧光染色显示外泌体处理后第14 天和第21 天α-SMA 的表达显著降低,这表明外泌体抑制了成纤维细胞的分化并减少了存在于创面中的成肌纤维细胞的数量,从而抑制了肉芽组织的形成。

与未使用ASC-Exos 处理小鼠的皮肤伤口对比,ASC-Exos 处理组表皮表面更平坦,真皮中的胶原分布良好,交联更少,真皮层的厚度和瘢痕的长度均明显下降。同时在体外实验中,ASC-Exos 还激活了皮肤成纤维细胞中的细胞外调节蛋白激酶/丝裂原活化蛋白激酶( ERK/MAPK) 通路,并通过激活ERK通路增加基质金属蛋白酶-3( MMP3) 的水平,从而增加MMP3 与组织基质金属蛋白酶抑制剂-1( TIMP1) 的相对比例从而进行ECM 的重塑。

此外,还有使用人类羊膜上皮细胞的外泌体( hAECs-Exo) 、iRGD-外泌体-阿霉素等抑制增生性瘢痕形成的报道。

外泌体水凝胶促进慢性糖尿病伤口愈合和完全皮肤再生

温州医科大学&西安交通大学在2019年发布一项成果《工程生物活性自我修复抗菌外泌体水凝胶促进慢性糖尿病伤口愈合和完全皮肤再生》Wang, C., Wang, M., Xu, T., Zhang, X., Lin, C., Gao, W., Xu, H., Lei, B., and Mao, C. (2019). Engineering Bioactive Self-Healing Antibacterial Exosomes Hydrogel for Promoting Chronic Diabetic Wound Healing and Complete Skin Regeneration. Theranostics.  IF=8.537 

主要成果:慢性非愈合糖尿病伤口治疗和完全皮肤再生仍然是一项重要的临床挑战。从多功能水凝胶中控制释放生物活性因子是修复慢性伤口的有前途的策略。


该研究首次开发了一种可注射、自我修复和抗菌多肽的FHE水凝胶(F127/OHA-EPL),具有刺激响应脂肪来源的间充质干细胞外泌体(AMSCs-exo)释放,可协同作用促进慢性伤口愈合和完全皮肤再生。对水凝胶的材料表征、抗菌活性、刺激的细胞行为和体内全层糖尿病伤口愈合能力进行了分析。结果:FHE水凝胶具有快速自愈、可注射、有效抗菌活性和长期pH响应生物活性外泌体释放行为等多功能特性。


在体外,FHE@exosomes(FHE@exo)水凝胶显著促进人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的增殖、迁移和管形成能力。在体内,FHE@exo水凝胶显著增强糖尿病全层皮肤伤口的愈合效率,其特征在于伤口闭合率增加,快速血管生成,再上皮化和伤口部位内的胶原沉积。

此外,FHE@exo水凝胶显示出比单独外泌体或FHE水凝胶更好的愈合结果,表明外泌体和FHE水凝胶的持续释放可协同促进糖尿病伤口愈合。在FHE@exo水凝胶处理的伤口中也出现皮肤附属物和较少的瘢痕组织,表明其有效实现完全皮肤再生的能力。这项工作为通过控制外泌体释放的多功能水凝胶完全修复慢性伤口提供了一种新方法。

展望  

瘢痕是一项国际性难题,对瘢痕的评估和治疗是一个完整的、连续的过程。针对不同的个体,在不同的阶段做出正确的评估是决定相应治疗手段的基础,而推出一种稳定、有效、方便、可重复性强的瘢痕评估方法将进一步推动瘢痕的深入研究。而随着瘢痕研究的不断深入,干细胞和外泌体等新的治疗理念和技术的不断成熟无疑将为瘢痕的治疗带来新的希望。

参考文献:

1,方硕. 干细胞来源的外泌体对成纤维细胞向肌成纤维细胞分化的调控作用及其机制研究[D].上海: 第二军医大学,2016.

2,FANG Shuo,XU Chen,ZHANG Yuntong,et al. Umbilical cordderived mesenchymal stem cell-derived exosomal micrornas suppress myofibroblast differentiation by inhibiting the transforming growth factor-β/smad2 pathway during wound healing[J]. Stem Cell Transl Med, 2016,5( 10) : 1425--1439.

3, 刘佳琦. Wnt /β-catenin 信号通路在TGF-β1 诱导的真皮成纤维细胞向肌成纤维细胞表型转化中作用和机制的研究[D].西安: ,2012.

4,WANG Lu,HU Li,ZHOU Xin, et al.Exosomes secreted by human adipose mesenchymal stem cells promote scarless cutaneous repair by regulating extracellular matrix remodelling[J].Sci Rep,2017,7( 1) : 13321.

5,ZHAO Bin,ZHANG Yijie,HAN Shichao,et al. Exosomes derived

from human amniotic epithelial cells accelerate wound healing and

inhibit scar formation[J]. J Mol Histol,2017,48( 2) : 1-12.

6,胡桓,郑江红. iRGD-外泌体-阿霉素抑制成纤维细胞体外增殖的研究[J]. 组织工程与重建外科,2017,13( 2) : 70-72.

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多