间充质干细胞、免疫细胞、外泌体源头供货

高活力的外泌体让衰老细胞重获新生

人体内多种细胞及体液均可分泌外泌体,包括内皮细胞、免疫细胞、血小板、平滑肌细胞等。当其由宿主细胞被分泌到受体细胞中时,外泌体可通过其携带的蛋白质、核酸、脂类等来调节受体细胞的生物学活性。

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?

衰老是一个十分复杂的过程,受到多种因素的精密调控。有证据表明,外泌体在机体衰老过程中起到了十分重要的调控作用。细胞衰老主要受p53–p21和p16–pRB肿瘤抑制途径控制。衰老诱导信号,包括DNA损伤、致癌应激和氧化应激,通常与p53和pRB通路有关。衰老可能通过分泌多种因子促进周围组织的癌变,这些因子改变微环境以促进邻近肿瘤细胞的生长。

已有研究发现人诱导多能干细胞外泌体可以显著降低衰老相关β-半乳糖苷酶的表达水平,并上调HDFs中胶原的表达,为干细胞外泌体美容抗衰提供了理论依据。

外泌体可以改善老年个体细胞的衰老

 

外泌体是细胞所分泌的直径为30~150nm的双层磷脂囊泡,其中含有多种miRNA、蛋白质和细胞调控因子;经研究发现,外泌体可以在细胞间进行通讯,传递生物信息和蛋白质,起到调节受体胞的作用。

 

2020年7月7日,英国伦敦玛丽皇后大学Ana O’Loghlen 团队在《Cell Metabolism》(IF=21.567)发表了”Small Extracellular Vesicles Have GST Activity and Ameliorate Senescence-Related Tissue Damage”。研究指出,年轻个体细胞分泌的小细胞外囊泡(sEV)可以通过减少氧化应激来改善老年个体细胞的衰老。揭示了 sEV(小胞外囊泡)在抵抗衰老和衰老性疾病中的重要作用。近期,该研究在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》杂志(IF=55.47)上进行了Highlight推荐。

高活力的外泌体让衰老细胞重获新生

科学家使用幼儿原代成纤维细胞外泌体(sEV-Y)、老人原代成纤维细胞外泌体(sEV-O);iRAS细胞系(模拟衰老)、etoposide处理的细胞系(模拟衰老)、iC细胞系(对照);衰老小鼠。这篇文章指出,来自年轻人成纤维细胞中的sEV-Ys具有减轻衰老相关生物标志物的能力,还可以延缓iRAS诱导的衰老进程。

研究发现

 

1、表型分析:年轻供体外泌体处理后,显著改善老年个体成纤维细胞的衰老特征

研究者从1-3岁的个体分离到原代成纤维细胞的外泌体(sEV-Ys),加入到67-81岁个体的原代成纤维细胞培养基中,BrdU、p16INK4A、p21CIP1免疫染色观察细胞活力发现,sEV-Ys解除了衰老成纤维细胞的增殖抑制。老年个体成纤维细胞中细胞周期、增殖能力等相关的因子的衰老特征均有所改善。

2、蛋白组学揭示sEV-Ys外泌体中抗氧化蛋白对抗衰老的独特作用

作者通过蛋白组分析iRAS衰老细胞系、etoposide诱导的衰老细胞系与对照iC细胞系的外泌体蛋白水平差异,发现iC细胞的外泌体较衰老细胞的外泌体富含更多抗氧化相关的蛋白,谷胱甘肽代谢通路富集尤为显著。其中谷胱甘肽转移酶GSTM2在非衰老细胞的外泌体中含量最高。

3、机制探究1:sEV-Ys外泌体通过GSH水平来调节细胞系的衰老表型

蛋白组学发现sEV-Ys外泌体的GSM2及相关的GSH代谢蛋白丰度更高,作者进一步检测了外泌体的GST活性。结果表明,sEV-Ys外泌体的GST活性较衰老细胞外泌体更高,且sEV-Ys外泌体处理能够显著提高衰老细胞的GST活性和ROS清除能力。

4、机制探究2:sEV-Ys外泌体通过抗氧化活性缓解小鼠的衰老表型

作者进一步用sEV-Ys外泌体处理衰老小鼠,发现小鼠肝脏、肾脏、血液、褐色脂肪组织等均表现出衰老缓解的表型。通过ELISA、qPCR,WB,酶活性检测等手段表明,sEV-Ys外泌体通过提高GST活性增加了GSH含量,降低了ROS积累,也降低了这些器官的脂质过氧化损伤。

本研究通过蛋白组学找到了sEV-Ys外泌体调控衰老的重要线索,围绕GSM2这个关键节点蛋白,结合体内体外实验,揭示了sEV-Ys外泌体通过自身GST活性调节GSH/GSSG,进而影响细胞和器官的ROS积累,从而调控衰老表型。

该研究从外泌体出发,利用外泌体蛋白质组学技术阐明了年轻个体的sEV具有改善衰老相关细胞损伤的潜力,为抗衰老机制研究提供了新视角。

外泌体,重新定义抗衰老

 

皮肤的衰老主要有两大诱因:一是随着年龄增长所导致的内源性自然衰老;二是以紫外线伤害带来的光老化为主的各种外源性衰老,这些外源性衰老并不与年龄成正比,如果我们平常不提前预防并加以重视的话,就会让我们陷入未老先衰的境地。

 

提到抗衰的话题,不得不提到美容,美容、微整发展迅速,玻尿酸作为明星原料此前N年风头无二,再生医学、干细胞和外泌体的崛起,现在科学界发现了一种“黑科技”——外泌体。

 

高活力的外泌体让衰老细胞重获新生

无针注射人真皮成纤维细胞球体的外泌体改善皮肤光老化

 

来自北卡莱罗纳州立大学的研究显示,从人体皮肤细胞中采集的外泌体在修复受光损伤的皮肤细胞方面,具有比使用目前流行的视黄醇或干细胞更有效。也就是说,外泌体可以用于抗衰老皮肤治疗。

备注:在美容抗衰方面,如:视黄醇(俗称维A醇,A醇,一种脂溶性维生素,对热、酸、碱稳定,易被氧化,紫外线可促进其氧化破坏,抗衰类化妆品多添加),干细胞等。

中国军事医学科学院研究人员研究显示,外泌体可以参与皮肤组织修复与再生的各个过程,通过促进皮肤细胞的增殖迁移,促进血管新生,调节免疫反应来促进创伤愈合与皮肤组织再生,为进一步实现无细胞治疗提供了新的实现途径。

早在2019年澳大利亚再生医学公司Exopharm Limited(ASX:EX1)宣布开展公司旗下PLEXOVAL外泌体治疗产品第一阶段研究,这是世界上第一个使用外泌体进行伤口愈合的人体临床试验。作为临床阶段公司和再生医学外泌体治疗的世界领导者,这是外泌体治疗向前迈出的重要一步。

Exopharm公司最近获得人类研究伦理委员会的批准,开始使用Plexaris™(血小板外泌体)PLEXOVAL产品进行伤口愈合治疗研究。该试验根据澳大利亚临床试验通知(CTN)计划获得批准。

这项首次在人体内进行的临床试验将使用自体(来自同一个人)Plexaris(血小板的外泌体)通过局部注射给药一次。该研究将在给药后42天内跟踪参与者。群组1涉及15个参与者,群组2涉及5个参与者。

这次PLEXOVAL研究的主要内容是安全性,伤口闭合和瘢痕形成。试验场地分别是皇家墨尔本医院和澳大利亚红十字会血液服务中心。

该研究的主要研究者是皇家墨尔本医院皮肤科的FACD副教授Johannes Kern博士。主要研究员是皮肤科医生和皮肤病学家,以及澳大利亚皮肤病学院院士。

Exopharm的创始人兼首席执行官兼总经理Ian Dixon博士说:“伤口和伤口愈合不良是每年影响数千澳大利亚人的医疗问题。随着年龄的增长,我们治愈衰退的能力和慢性伤口的患病率增加。来自血小板的外泌体已经在动物研究中显示出可以改善伤口闭合并减少瘢痕形成。这项人体研究正在研究我们的Plexaris产品是否可能成为一种有用的改良治疗方案。“

“这项PLEXOVAL研究将Exopharm奠定为全球再生医学无细胞外泌体领域的领导者。我们的LEAP技术使我们能够制造出药用级别外泌体产品。这项小型研究的主要目的是证明产品的安全性,并可能显示出疗效的迹象。“

而我们提取自这些健康、充满活力细胞(如iPS细胞、MSC细胞、HDF等)的外泌体则可以传递激活细胞增殖,促进胶原合成,修复组织损伤,减少皮肤基质降解等重要信息:让衰老的细胞重新充满活力,新生出更多的细胞,合成出更多的胶原,减少皮肤基质的降解,最终实现显著的抗衰老效果。

相较于传统的护肤抗老成分及效果,外泌体抗老属于细胞级的抗老,更加直接有效,更代表着未来和趋势,而这正是外泌体在护肤抗老上的重要价值体现!

外泌体有可能替代干细胞

我知道干细胞进入治疗研究领域不到二十年,但近20年来,干细胞治疗的一般安全性和有效性始终尚未得到证实。尽管进行了大量投资,但只有少数同种异体现成的细胞疗法被批准在全球范围内用于再生医学治疗,更多的基于干细胞的细胞疗法因为有效性、安全性正在努力获得政府的批准并产生销售。甚至,干细胞曾经有一段时间内在某些国家“臭名昭著”。

备注:(迄今为止,美国FDA批准了16种基于细胞的疗法。其中,11种是细胞疗法;四种是基因疗法,一种是组织工程产品。欧洲药品管理局(EMA)迄今已批准了13种基于细胞的疗法。其中三种是细胞疗法,六种是基因治疗产品,四种是组织工程产品。),虽然FDA和EMA仅批准了少数基于细胞的药物,但数百种疗法正处于临床前和临床开发阶段,并有望在可预见的未来进入市场。

将活的干细胞“输入”复杂的人体构造里,看起来的确很艰难。所以,部分科学家们开始将研究转向外泌体(细胞分泌到胞外的小体,同样具有再生能力且避开了已经是活的干细胞形态)。

外泌体的作用是细胞间的“信使”,在身体周围自由漫游并深入到组织中,外泌体将信息和材料从细胞转移到其他细胞 - 充当协调再生和修复的有效通信系统。例如,在心脏病发作后,心脏细胞以外泌体的形式发出一条SOS求救信息,呼唤祖细胞帮助修复损伤。

外泌体疗法的研究优点

外泌体疗法将避免基于活干细胞的治疗的所有问题,并且利用干细胞的天然再生能力。

外泌体更简单,更安全,更低成本,更容易储存和运输,可以替代干细胞。

其中最受科学家看重的是,外泌体的干细胞移植本身具有较低的风险。外泌体无法复制,它们不能转化为恶性细胞或其他有害细胞类型,它们不太可能引发免疫原性反应,他们不能感染病毒。

所以,科学界认为干细胞释放的外泌体(或“细胞外囊泡”)是未来干细胞治疗的升级版。

外泌体在抗衰老领域的更多应用

外泌体可以治阿尔兹海默症(老年痴呆症)。有研究发现,人间充质干细胞外泌体可以减少阿尔兹海默症小鼠脑内β淀粉样蛋白沉淀、减少阿尔兹海默症小鼠脑内氧化应激损伤,从而起到治疗作用。

阿尔兹海默病是老年痴呆最常见的类型,是一种严重损害记忆和认知功能的神经系统退行性疾病。多项研究结果表明,间充质干细胞外泌体具有治疗阿尔兹海默病的潜力,主要是因为它能够促进炎症、调节免疫功能、促进神经细胞轴突生长等,这些生物学特性使其能够很好的针对阿尔兹海默病核心病理机制发挥效果。

干细胞外泌体在治疗衰老相关疾病中也有较多报道。心血管疾病在老年群体高发,心源性细胞外泌体会通过特异性的巨噬细胞极化治疗急性心肌梗死。

与衰老相关的骨疾病如骨质疏松症、骨关节炎和骨折与外泌体也息息相关。最常见的骨疾病如骨质疏松症、骨关节炎和骨折与外泌体有明显的相关性。越来越多的证据表明干细胞来源的外泌体具有潜在的再生能力。

研究表明,间充质干细胞衍生的外泌体能够恢复成骨细胞分化受损的大鼠骨丢失疾病,在经辐射处理28天后,结果显示大鼠骨体积明显减少。通过静脉注射间充质干细胞衍生外泌体,可减轻骨丢失。同时,与未处理组相比,辐照后用外泌体治疗可增加BOT处钙沉积和成骨基因RUNX2的mRNA表达。

展望

近年来,利用外泌体作为药物或基因传递的生物载体成为了新的研究热点。这些纳米囊具有良好的宿主生物分布和生物相容性,并且患者自身体液或细胞培养物会产生该物质,可以避免免疫原性的问题。随着科学技术的不断发展,干细胞外泌体应用于治疗衰老相关疾病的临床研究将越来越多,干细胞外泌体抗衰老也将取得更大的突破。

参考文献:
1.Xu and Tahara, 2013, The role of exosomes and microRNAs in senescence and aging.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X12002323#f0010
2.Hu et al, 2019, Needle-Free Injection of Exosomes Derived from Human Dermal Fibroblast Spheroids Ameliorates Skin Photoaging.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31449388/
3. 间充质干细胞外泌体在阿尔兹海默症治疗中的研究进展
https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZXGA201904010.htm

 

编辑:小果果,转载请注明出处:https://www.cells88.com/cells/wmt/10597.html

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