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从皮肤愈合、瘢痕改善、抗衰到毛发再生,一文了解百变外泌体!
2023-09-22 14:50:11 浏览量:279
1 外泌体介绍
外泌体是一种分泌的细胞外囊泡(EVs),它们包含前体细胞的产物,包括RNA、DNA、蛋白质、脂质、氨基酸和代谢产物。所有细胞都会释放EVs,而外泌体是一种较小且起源于内体的亚类。它们的直径约为100纳米,其组成成分表明其在细胞间通讯中起着一定的作用。外泌体已被发现可以通过传递蛋白质、代谢产物和核酸来改变受体细胞的生物学反应。这些变化要么抑制,要么刺激疾病的发病机制。这些固有的特性不仅提高了外泌体在治疗各种发病机制方面的潜在应用,也使其在皮肤医学美容领域拥有应用前景。在皮肤中,已经证明外泌体介导的细胞间通讯和传递在组织稳态和细胞功能维持中发挥作用,并在慢性炎症性皮肤疾病的病理生理学中发挥相互作用。此外,间充质干细胞(MSCs-EV)释放的细胞外囊泡在促进伤口愈合方面发挥作用,通过传递促血管生成、抗炎和抗纤维化的特性,因此最近引入了源自干细胞培养基的外泌体进入皮肤复原领域。其他类型的干细胞源性细胞外囊泡(SC-EVs)也被发现在抗衰老方面发挥作用。例如,来自人脐带血间充质干细胞(UCB-MSCs)的外泌体已被证明可以促进人皮肤真皮成纤维细胞(HDFs)的细胞迁移和胶原蛋白合成。该研究小组还发现,这些UCB-MSCs源性外泌体可以渗透皮肤层,促进胶原蛋白和弹性蛋白的合成,这是皮肤复原的主要构建基块。
本综述的目标是概述外泌体在美容医学中的机制作用,特别是与皮肤复原相关的机制,并简要介绍伤口愈合和瘢痕重塑,以及描述一些现有和新兴的商业疗法。旨在为初学的皮肤科医生提供对外泌体在皮肤美容医学中的机制和治疗应用的理解。作者们在Medline数据库进行了系统文献综述,利用了“外泌体在皮肤美容学中”的术语和“外泌体生理学”进行搜索。此外,还使用了MeSH术语“外泌体”,以及包括化学、分类、药物效应、代谢、生理学和超微结构等各种子标题构建了PubMed搜索。还检查了包括在内的研究和综述文章的参考文献列表,以找到更多的研究。作者们限定了过去10年内发表的文章。
2 外泌体在皮肤再生与修复中的作用
2.1 创伤愈合
已经发现外泌体在血管生成、细胞增殖与分化、细胞凋亡和炎症等方面发挥作用,这引起了对其在创伤愈合中治疗潜力的高涨兴趣。通过调节效应细胞,从多种来源得到的外泌体可以调控创伤愈合(见图A1)。值得注意的各种来源包括间充质干细胞(MSCs)、角质形成细胞、内皮细胞、免疫细胞以及一些体液。
(图A1)
在皮肤中,参与创伤愈合的各种细胞之间的复杂相互作用,包括角质形成细胞、巨噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞、脂肪细胞和其他免疫系统细胞,部分地依赖于皮肤细胞来源的外泌体。例如,小鼠研究发现,将M2型巨噬细胞产生的外泌体注射到皮肤创伤中,增加了M2型巨噬细胞的数量,这些巨噬细胞具有抗炎作用,导致成纤维细胞迁移增加、胶原蛋白沉积和内皮细胞激活,同时减少M1型巨噬细胞(促炎性)的数量。糖尿病性创伤愈合的小鼠研究还发现,MSC来源的外泌体通过分泌促炎细胞因子和分子促进血管生成和增殖效应。近期,Belvedere等人研究了一种纤溶化化合物Mesoglycan在皮肤创伤愈合中的前景,证明了它激活角质形成细胞产生细胞外囊泡,特别是外泌体的能力。通过体外实验,这些Mesoglycan处理的角质形成细胞分泌的外泌体表现出促进成纤维细胞和内皮细胞迁移和侵袭的作用。
来自间充质干细胞(MSCs-Exos)的外泌体被发现具有更好的功能性,且更易于操作,相比细胞制剂更为优越。它们抑制促炎细胞因子,促进抗炎作用,并增强细胞外基质的重塑,从而促进组织再生。此外,人骨髓MSC来源的外泌体在小鼠研究中被发现对加速创伤愈合具有潜在的前景,通过抑制转化生长因子β(TGF-B)/Smad信号通路实现(见图A1)。该信号通路的削弱已被证明在难愈合的创伤中存在。
3 外泌体在皮肤美容学中的应用
皮肤科医生通常面临各种各样的美容问题。瘢痕、皮肤老化、色素变化和脱发是皮肤科医生在日常实践中面临的一些较常见的问题。由于其在瘢痕改善疗法、色素矫正、皮肤复原和脱发恢复方面的最新应用,外泌体成为了一种强大的治疗选择,可以同时解决多种问题。
3.1 外泌体在瘢痕重塑中的应用
瘢痕形成是创伤后的一个必要,但往往不受欢迎的结果,不论是意外的、病理的还是医源性的,比如手术瘢痕。在机制上,促进瘢痕形成的各种因素包括胶原蛋白沉积增加、成纤维细胞凋亡减少、炎症持续时间延长、血管生成过度增加、转化生长因子β1(TGF-B1)表达增加以及角质形成细胞功能延迟。外泌体已被发现在瘢痕形成所需的细胞间通讯中发挥作用。已有几项研究调查了源自不同来源的外源性外泌体对瘢痕形成的作用。
一项研究调查了脂肪间充质干细胞(ASCs-Exos)来源外泌体在小鼠伤口模型中的全身给药。研究发现,早期的创伤愈合阶段表现为胶原蛋白I和III的增加,而后期表现出减少的瘢痕形成,使他们相信在这一时间点,ASC-Exos下调了胶原蛋白的表达。另一项研究发现,通过静脉注射ASC-Exos对细胞外基质(ECM)进行重塑是实现无瘢痕创伤修复的关键组成部分。此外,来自人诱导多能干细胞源间充质干细胞(hiPSC-MSCs-Exos)的外泌体被发现可以增强上皮再生、血管生成、胶原成熟,并减少瘢痕宽度。月经血源MSC来源的外泌体被发现可以增加糖尿病小鼠模型中的新生血管生成并加速伤口上皮再生,从而减少瘢痕形成(见图A1)。脐带来源的MSCs外泌体(uMSCs-exos)被发现可以抑制肌成纤维细胞的分化和过度聚集,从而减少纤维化和瘢痕发展(见图A1)。总体而言,这些发现表明来自不同来源的外泌体在调节成纤维细胞功能和胶原重塑或沉积方面发挥关键作用,有助于减少瘢痕形成。因此,外泌体是一种有前景的治疗方法,不仅可以促进创伤愈合,还可能预防瘢痕的形成。
3.2 外泌体在皮肤复原中的应用
衰老皮肤的效果和外观是寻求皮肤美容咨询的较常见原因之一。内外部因素均对皮肤衰老起作用,包括紫外线辐射、空气污染,以及吸烟和晒黑等行为选择。特别是光损伤会导致ECM的改变,包括胶原蛋白和弹性纤维的减少,从而导致皱纹、粗糙、干燥和皮肤暗沉等临床表现。总体而言,皮肤衰老的特点是皮肤基质通过金属蛋白酶(MMPs)的降解和成纤维细胞功能的减少,从而导致胶原蛋白的减少和恢复受损。
外泌体通过调节细胞间的通讯和一些成纤维细胞的功能,近年来在皮肤复原中受到了广泛关注和潜在的治疗应用。一项研究调查了来自三维成纤维细胞球体的外泌体经皮递送的效果,发现其增加了前胶原I的表达,并减少了MMP-1的表达(见图A1)。另一项研究调查了来自人诱导多能干细胞的外泌体在UVB照射(老化)的成纤维细胞上的作用。作者发现,预处理iPCS-Exos可以阻止对成纤维细胞的损伤,减少MMP的过度表达,并恢复胶原蛋白I的表达。此外,发现胚胎干细胞来源的外泌体可以通过调节TGF-B受体通路(见图A1)逆转成纤维细胞的衰老。这些特性导致了各种商业化的干细胞源性细胞外囊泡最近被引入皮肤复原领域。
4 外细胞囊泡(EV)的当前治疗和商业应用
目前尚未获得FDA批准用于任何可注射的外泌体疗法,目前在皮肤科实践中的使用仅限于局部应用。有时会与微针和激光疗法结合使用以增强渗透效果。可能注射的外泌体将被管制为药品和生物制品,受公共卫生法第351节和联邦食品药品和化妆品法(FD&C)的监管,尽管据作者们所知,目前没有关于具体监管指南的出版物。上述指南要求研究证明其特定产品的安全性、有效性、纯度和效力。因此,在使用注射外泌体作为辅助治疗时,从业者需要谨慎行事。
将外细胞囊泡(EV)与非处方保湿剂和精华液结合是商业领域的一个增长趋势,这些配方中的外泌体主要来自成年人的干细胞。在这些产品中,外细胞囊泡的剂量很难确定。例如,一种名为Zen的产品,由Exoskin Simple开发,每毫升含有500,000个EVs。相比之下,用于临床应用的产品主要含有成人或新生儿干细胞来源的外泌体,旨在提供10亿至25亿个EVs(见表A1)。关于公司如何定义其产品中的EVs的信息通常含糊不清。
(表A1)
总体而言,这些可用产品是为了局部给药或结合微针和激光治疗等增强递送效果而制定的。
5 局限性
外泌体在皮肤医学美容学中是一个新兴的强大力量。它们的多功能性已经被证明在扩展各种病理治疗选择方面具有极大的潜力。然而,要在临床实践中广泛、均匀地利用它们,仍需考虑和解决各种局限性。
目前,没有关于外泌体分离、储存或鉴定的标准化方案。外泌体的获取、分离、纯化和鉴定广泛异质性,其具体作用机制仍大多不清楚。例如,已描述了几种分离技术,包括超速离心、基于大小的过滤、大小排除色谱、聚合物沉淀和新型组合技术。
另一个局限性是,尽管小鼠和动物的临床前研究显示出有希望的效果,但由于生理和病理过程的差异,它们不一定能够转化为临床应用。人体临床试验才刚刚开始确定真正的安全性和有效性。
6 结论
外泌体在皮肤病学中的治疗潜力广泛而多样。从炎症性皮肤病到美容问题,外泌体的使用为临床医生开辟了全新的治疗选择途径。
参考文献:
Olumesi, KR, Goldberg, DJ. A review of exosomes and their application in cutaneous medical aesthetics. J Cosmet Dermatol. 2023; 00: 1- 7. doi:10.1111/jocd.15930