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华西医院皮肤科 | 细胞外囊泡:皮肤病变中的新兴疗法

Yu Li、Qing Xiao等来自四川大学华西医院皮肤科,相关研究此前发表在Int J Nanomedicine,原文标题为Extracellular Vesicles: Emerging Therapeutics in Cutaneous Lesions。

 

细胞外囊泡 (EVs) 作为包含 DNA、RNA、脂质和蛋白质的纳米级膜囊泡,已成为皮肤病的有前途的诊断和治疗剂。在这里,研究人员总结了皮肤的基本生理学和 EV 的生物学特性。此外,研究人员描述了EV在治疗皮肤病方面的应用,例如皮肤感染、炎症性皮肤病、皮肤修复和再生以及皮肤癌。特别是讨论了植物衍生的EV和临床试验。

 

细胞外囊泡(EVs)是由细胞释放的一组异质的纳米级膜囊泡,根据它们的生物发生和生物物理特性,可大致分为外泌体(50-150 nm)和微囊泡(50-1000 nm)。虽然最初被认为是细胞碎片,但由于其货物主要包括DNA、RNA、蛋白质和脂质。

 

此外,EV 可以通过操纵其亲代细胞、遗传或代谢工程或通过将外源材料导入 EV 来进行修饰。因此,在重新设计后,EV 可以用作纳米载体。在综述中,研究人员重点介绍了细胞外囊泡在皮肤病学应用中的最新研究,包括传染病、免疫性皮肤病、色素沉着、脱发、伤口愈合、疤痕、皮肤再生和皮肤癌(下图)。

 

华西医院皮肤科 | 细胞外囊泡:皮肤病变中的新兴疗法

 

皮肤是身体质量最大的器官,也是第一道防线,因为它是保护身体免受有害外部环境因素(如病原体、机械损伤和紫外线 (UV) 辐射)的屏障。皮肤具有多种复杂的成分和生理功能,对其正常结构和功能的干扰会导致各种皮肤异常,包括炎症、免疫性皮肤病和皮肤老化。改善皮肤状况和治疗皮肤疾病的方法有多种,包括使用化妆品、药物、激光疗法和细胞疗法。然而,这些方法都没有达到理想的效果,并且可能有副作用。因此,开发有效和安全的皮肤修复和再生疗法至关重要。

 

炎症性皮肤病

 

越来越多的研究关注 EV 在炎症性皮肤病中的免疫调节作用,包括银屑病、特应性皮炎、扁平苔藓、大疱性类天疱疮、系统性红斑狼疮 (SLE) 和系统性硬化症 (SSc)。许多评论也强调了免疫或非免疫细胞分泌的 EV 可影响先天性和适应性免疫反应。因此,它们可用作炎症性皮肤病的诊断和预后生物标志物或治疗剂。 更具体地说,角质形成细胞是表皮的主要成分,也可以释放 EV 并调节皮肤稳态,包括免疫反应和伤口愈合。

 

新出现的证据还表明,miRNA 参与免疫疾病的进展。值得注意的是,EV 含有大量 miRNA 货物,并被证明具有免疫活性,其水平与炎症性皮肤病患者的疾病活动相关。由于 EV 存在于前面提到的体液中,它们也可用于评估疾病的进展和治疗效果。

 

重要的是,作为纳米载体,EV 为抗炎治疗提供了强大的传递系统。例如,核因子 κB (NF-κB) 转录因子在调节各种疾病的炎症级联反应中发挥着关键作用,包括败血症和银屑病。因此,实施了一种光基因工程外泌体系统,将大量 NF-κB 的超级阻遏物抑制剂加载到 EV 中。这些工程 EV 能够降低脓毒症小鼠模型中的死亡率和全身炎症,表明 EV 在皮肤炎症中的有效作用。

 

伤口愈合和疤痕

 

皮肤在保护身体免受微生物入侵和感知环境刺激(包括空气污染物)方面起着至关重要的作用。然而,皮肤经常因受伤而受损,并且在糖尿病和使用糖皮质激素或免疫抑制剂等疾病的情况下可能无法愈合。

 

尽管过去几十年在促进伤口愈合方面取得了巨大进展,但仍然存在挑战慢性伤口的恢复,因为伤口愈合是一个复杂且动态的生理过程,包括止血、炎症、血管生成、增殖和重塑。

 

由于 EV 具有靶向特定受体细胞和一系列生物分子级联的潜力,因此人们相信它们有望成为可促进伤口愈合的治疗药物。最近的评论表明,来自多种细胞类型的 EVs 货物,包括 MSC、人羊膜上皮细胞、内皮祖细胞、尿源性干细胞、巨噬细胞、角质形成细胞和纤维细胞,具有特异性和有效调节细胞内信号通路和炎症介质的能力调节皮肤伤口愈合。此外,体液中的外泌体也可以参与皮肤伤口愈合。

 

促进头发生长

 

脱发(皮肤科最常见的病例之一)是一组异质性脱发疾病,包括雄激素性脱发、斑秃和瘢痕性脱发。该病的治疗主要包括使用米诺地尔、非那雄胺、草药提取物、根据脱发的类型,病灶内注射糖皮质激素、诱发接触性过敏和毛发移植。

 

一些新的治疗方法已经开发出来,包括使用富血小板血浆 (PRP)、脂肪来源的干细胞治疗、角质形成细胞治疗。条件培养基和低强度激光治疗 (LLLT)。然而,这些方法都没有显示出令人满意的结果。值得注意的是,毛发生长和毛囊 (HF) 的发育涉及上皮细胞和间充质细胞之间的相互作用。来自间充质干细胞和上皮的真皮乳头细胞 (DPCs) 和外根鞘细胞 (ORSCs) 分别是 HF 发展和生长的关键调节因子,其中 DPCs 更为重要。最近的研究表明,DPCs 调节HF主要通过旁分泌机制促进毛发生长。此外,来自其他细胞的 EV 也被证明可以调节毛发生长。因此,EVs 是一种治疗脱发的有前途的方法。

 

色素沉着—白癜风

 

白癜风是一种获得性慢性脱色性疾病,是全世界最常见的脱色原因,估计患病率从 0.5% 到 2%。 以前的研究表明,角质形成细胞衍生的外泌体调节黑素细胞中的黑色素生成。此外,携带选定 miRNA 的 EV 在黑素细胞中被靶向和调节。

 

例如,来自角质形成细胞的外泌体中的 miR-330-5p 可以通过降低黑素细胞中 MITF 的表达来抑制黑素生成。然而,其他研究表明 miR-3196 和miR-203 通过增加 MITF 或 TYR 的表达上调黑色素生成。此外,先前的一项研究表明,白癜风中角质形成细胞分泌的外泌体促进黑色素细胞黑色素生成的能力较弱。

 

据报道,通过抑制 SOX1 激活 β-连环蛋白来增强黑素生成相关基因表达的 miR-200c 在白癜风病变中角质形成细胞的外泌体中下调。事实上,热休克 70 kDa 蛋白( HSP70) 伴侣被证明在白癜风小鼠模型的进行性脱色中起作用。

 

皮肤再生

 

皮肤老化是由内在和外在因素(尤其是紫外线辐射)引起的,这些因素会导致皱纹、质地粗糙、松弛、毛细血管扩张和色素沉着。更重要的是,皮肤老化会增加患皮肤病的风险。

 

老化过程中的几个特征已被确认,包括细胞衰老。细胞衰老包括细胞周期的永久停滞,并导致组织再生潜力的下降。此外,衰老细胞可以分泌 SASP(衰老相关分泌表型),包括促炎细胞因子和趋化因子,或释放 EV 以维持或破坏皮肤稳态。

 

先前的研究表明,衰老的人类真皮成纤维细胞 (HDF) 通过提高中性鞘磷脂酶 (nSMase) 和改变溶酶体活性,同时所有促凋亡蛋白的 miRNA 增加 > 80%。此外,与从年轻 HDF 中获得的 EV 相比,来自衰老 HDF 的 EV 在支持角质形成细胞分化和屏障功能方面的效果较差。此外,EV 和 miRNA 可以在 2D 细胞培养和3D 皮肤模型。因此,EV在抗衰老皮肤再生方面受到了极大的关注。

 

最近的一项研究还表明,在大规模生产方面,细胞工程纳米囊泡 (CENV) 与传统 EV 相比具有多个优势。该研究通过将人类诱导多能干细胞( iPSC) 连续挤出来将 CENV 应用于衰老的人类 HDF。

 

结果表明,CENVs 不仅刺激了年轻和衰老 HDFs 的增殖和迁移,而且恢复了与衰老相关的基因表达变化。这涉及降低衰老 HDF 中 SA-β-Gal 的活性并抑制 p53 和 p21 的表达,这些是参与细胞周期停滞、细胞凋亡和细胞衰老信号通路的关键因素。总体而言,这些结果表明 iPSC-CENV可能是 iPSC-exo 治疗皮肤老化的有希望的替代品。

 

皮肤癌

 

皮肤癌是北美最常见的恶性肿瘤类型,主要分为黑色素瘤和非黑色素瘤皮肤癌。非黑色素瘤皮肤癌包括基底细胞癌和鳞状细胞癌(分别为 BCC 和 SCC)。虽然黑色素瘤仅占 3% 左右在美国所有皮肤癌中,它与大约 75% 的皮肤癌相关死亡有关。非黑色素瘤皮肤癌对患者和社会都造成了巨大的生理和心理负担。

 

特别是,癌变是一个长期过程,包括癌症的发生、促进和进展。因此,需要特定的发生和进展标志物来促进转移性黑色素瘤的早期检测,进而改善临床干预和患者生存。值得一提的是,液体活检似乎是一种新的癌症诊断方法,它避免了痛苦的组织活检或有害的成像方法。最常见的循环标志物是循环肿瘤细胞、循环肿瘤特异性核酸、EV 和自身抗体。因为 EV 提供EV 具有稳定和丰富的测试载体,可以通过多种技术进行丰富或操作,具有作为癌症诊断和预后标志物的巨大潜力。

 

目前有 303 项基于 EV 的注册或相关临床试验(2021 年 7 月 11 日),其中大部分主要集中在各种癌症、心血管疾病和神经退行性疾病的诊断、治疗或预后策略上。迄今为止,这些临床试验表明,基于 EV 的疗法和给药平台的自体给药没有明显的毒性和不良副作用,突出了它们的安全性和可行性。

 

有几个重要的问题需要考虑,包括样本量的确定、样本的收集、存储和分析前的处理。在这方面,国际细胞外囊泡协会为 EVs 的循证框架分离和分析提供了建议。EVs 的分离方法包括超速离心、超滤、免疫亲和捕获、基于电荷中和的聚合物沉淀、尺寸-排除色谱和微流体技术。 然而,现有的分离 EV 的方法不能满足一刀切的要求。例如,超速离心仍然是最常用的分离方法。但它耗时且需要精密设备。

 

发布者:木木夕,转转请注明出处:https://www.cells88.com/cells/wmt/14680.html

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