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外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

随着社会的发展和人类审美的变化,疤痕、面部衰老、色素沉着、脱发等皮肤问题越来越受到人们的关注。医学美容干预有利于改变个人印象,改善情绪和自尊。外泌体为促进皮肤美容中的皮肤再生和修复提供了多方面的策略。

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

上图:外泌体在Scar removel  疤痕修复、Skin rejuvenation 皮肤再生、Pigmentation regulation 色素沉着调节、Hair growth头发的生长中的应用。

外泌体在皮肤医学美学中的作用机制(上图)。(A) 来自脐带来源的 MSCs 的外泌体,富含 miR-21、miR-23a、miR-125b 和 miR-145,靶向 TGF-β2/SMAD2 通路,抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化,导致减少过度纤维化和疤痕形成。(B) 外泌体可以改善角质形成细胞和成纤维细胞的功能,增强胶原蛋白和弹性蛋白的合成,增加真皮脂肪,从而促进皮肤抗衰老的再生和恢复能力。(C) 暴露于 UVB 后,角质形成细胞衍生的外泌体通过 miR-3196 和 MITF 依赖性信号通路或 miR-203 和 MITF 非依赖性信号通路调节其 miRNA 含量以增加黑素细胞色素沉着。在角质形成细胞衍生的外泌体中过表达的 miR-330-5p 降低了黑色素细胞中黑色素的产生和 TYR 的表达。来自角质形成细胞外泌体的 miR-675 通过抑制 MITF 表达参与 H19 lncRNA 下调刺激黑素生成。(D) 真皮乳头细胞衍生的外泌体促进了 DPCs、ORSCs 和 HFSCs 的活力,增加了 IGF-1、KGF、HGF、β-catenin 和 Shh 的表达,还加速了 HF 生长期的发生,延缓退行性变,小鼠皮肤中的毛干较长。毛囊干细胞,HFSC;真皮乳头细胞,DPC;毛囊,HF;外根鞘细胞,ORSC;转化生长因子 β,TGF-β;角质形成细胞生长因子,KGF;胰岛素样生长因子,IGF;肝细胞生长因子,HGF;刺猬索尼克;紫外线B、UVB;黑素细胞诱导转录因子,MITF;酪氨酸酶,TYR。

皮肤色素沉着特征

在皮肤最薄的最外层,日光照射会激活各种调节剂和通路,从而增加黑色素细胞中的黑色素合成。黑色素细胞将黑色素输送到表皮细胞中,并与表皮细胞结合形成功能性表皮黑色素单元,在调节表皮的色素沉着和体内平衡中起关键作用。

皮肤保护防御的第一道防线之一是黑色素的合成。然而,在接触有害物质后,黑色素过度生成和皮肤细胞中的不规则积累也会导致皮肤灼热、晒黑和色素沉着,包括日光性色斑雀斑老年斑黄褐斑

肤色素沉着取决于表皮中角质形成细胞和黑素细胞之间的相互作用。外泌体将多种膜蛋白和细胞溶质成分携带至黑色素细胞,并通过调节基因表达和酶活性来调节健康和疾病状态下的色素沉着。

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

色斑/ains

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

老年斑/age spots

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

黄褐斑/chloasma

外泌体调节色素沉着的机制

(1)外泌体对色素沉着的抑制作用

中国科学家YingLiu等2019年在国际科技期刊Journal of Dermatological Science上发表的研究指出Exosomal miRNA derived from keratinocytes regulates pigmentation in melanocytes(来自角质形成细胞的外泌体 miRNA 调节黑素细胞的色素沉着,下图),证明了外泌体对色素沉着的抑制作用。

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

该报告指出,色素沉着由复杂的机制控制。有证据表明,miRNA 可以调节色素沉着。然而,该机制尚未完全阐明。目的 在这项研究中,研究人员揭示了一种调节色素沉着的新机制,涉及外泌体、miRNA 以及角质形成细胞和黑素细胞之间的串扰。

在本实验中,研究人员在角质形成细胞中使用 miR-330-5p 来验证角质形成细胞衍生的外泌体对黑色素细胞色素沉着的影响。首先,科学家发现角质形成细胞分泌携带 miR-330-5p 的外泌体;此外,在源自过度表达 miR-330-5p 的角质形成细胞的外泌体中发现了更高的 miR-330-5p 表达。其次,研究人员发现来自角质形成细胞的外泌体具有过表达 miR-330-5p 导致黑素细胞中 miR-330-5p 的显着增加。最后,源自过度表达 miR-330-5p 的角质形成细胞的外泌体诱导黑色素的产生和黑色素细胞中 TYR 的表达显着降低。同时,研究人员在黑素细胞中过表达了miR-330-5p,这也证明了miR-330-5p对色素沉着的抑制作用。

这个发现表明,角质形成细胞通过外泌体 miRNA 与表皮黑色素单元中的黑色素细胞相互作用。这些研究揭示了外泌体在黑色素细胞色素沉着中的重要作用,从而开辟了一条黑色素调节的新途径。

外泌体在人类色素沉着中的重要生理功能

2015年巴黎居里研究所的科学家Alessandra Lo Cicero等研究指出 ,角质形成细胞释放的外泌体调节黑素细胞色素沉着(Exosomes released by keratinocytes modulate melanocyte pigmentation),相关研究发表在《自然》杂志子刊nature communications  上(下图)。

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

作者指出,细胞分泌细胞外囊泡 (EV)、外泌体和微泡,它们转移蛋白质、脂质和 RNA 以调节受体细胞功能。皮肤色素沉着依赖于表皮中角质形成细胞和黑素细胞之间的紧密交流。

在这里,作者报告了角质形成细胞分泌的外泌体通过增加黑素体蛋白的表达和活性来增强黑色素合成。此外,研究表明角质形成细胞衍生的外泌体的功能是光型依赖性的,并受紫外线 B 的调节。

总之,该研究揭示了外泌体在人类色素沉着中的重要生理功能,并为我们理解色素沉着如何调节开辟了新途径通过健康和疾病状态下的细胞间通讯。

对于黑色素形成原因作者强调,在皮肤最薄的最外层,黑色素细胞和周围的角质形成细胞形成表皮-黑色素。太阳辐射激活信号级联,诱导包括激素和生长因子在内的分子分泌,导致黑色素细胞中黑色素合成增加。皮肤色素沉着需要密切的细胞间通讯并导致皮肤晒黑,但也构成了针对紫外线 B 暴露的光保护的重要防御机制。

细胞通过可溶性分泌因子或膜囊泡进行交流,通常称为细胞外囊泡 (EV)。外泌体是内体衍生的 EV,对应于在多泡体 (MVB) 与质膜融合时释放到细胞外环境中的腔内囊泡 (ILV)。

外泌体含有膜和细胞溶质成分,例如蛋白质、脂质和 RNA。在这项研究中,科学家首次表明,除了可溶性因子 1、10、11、12 外,正常人角质形成细胞 (NHK) 还会释放在调节色素沉着中起作用的外泌体。携带选定 microRNA (miRNA) 的外泌体靶向黑素细胞并通过改变基因表达和酶活性来调节黑素细胞的色素状态。

图 :细胞外囊泡 (EV)特性和吸收。

外泌体在皮肤色斑、雀斑、老年斑和黄褐斑调节中的应用

(a) 来自 NHK 免疫金标记的内源性 CD63 外泌体的 EM 分析(PAG 10 nm,箭头)。(b) 使用抗 Alix、-CD63 和 -Tsg101 抗体对来自 NHK 的外泌体 (Exo; 10 μg) 和总细胞裂解物 (L; 20 μg) 或 OptiPrep 梯度 (c) 后回收的级分进行 WB 分析。(d) IFM 分析来自 NHK 的 PKH67 标记(绿色)外泌体与标记为 TYRP1(红色)和 DAPI(蓝色;比例尺,10 μm)的黑素细胞的相互作用。(e) 用来自 NHK 的 FITC 标记的外泌体在 37°C 下孵育 1 小时的黑素细胞的 FACS 分析。用最后一次 FITC 标记洗涤孵育的黑素细胞用作对照。

总的来说,这项研究结果突出了角质形成细胞和黑素细胞之间的一种新的交流方式,并赋予外泌体调节皮肤色素沉着的新功能。这项研究还为了解色素表型如何维持和调节提供了新的思路。除了角质形成细胞释放的可溶性因子外,外泌体作为携带膜蛋白和细胞溶质成分的膜包裹囊泡,可能参与皮肤的稳态。它们可能参与皮肤色素状态的调节/维持,这一过程可能会在疾病中发生改变。这些研究为在健康和疾病状态下控制色素沉着的新策略开辟了道路,因为几种色素沉着过度和色素沉着不足疾病会影响所有皮肤光型的个体。

色素沉着调节中的外泌体

据报道,角质形成细胞在表皮黑色素单元中占据重要位置,可分泌含有可溶性因子和 miRNA 的外泌体,参与色素沉着调节和皮肤稳态。研究发现从 UVB 照射的角质形成细胞中分离出的外泌体部分显着激活了黑色素细胞,这表明角质形成细胞分泌的外泌体的定量变化对人类皮肤颜色发育的实质性调节是有效的。

实验表明角质形成细胞通过外泌体 miRNA 与表皮黑色素单元中的黑色素细胞串扰。他们发现角质形成细胞外泌体过表达 miR-330-5p,并诱导黑色素细胞中黑色素的产生和酪氨酸酶 (TYR) 的表达显着降低。

据报道,角质形成细胞外泌体的 miRNA 谱在 UVB 的刺激下被修饰。他们发现含有 miR-3196 的角质形成细胞的外泌体通过黑素细胞诱导转录因子 (MITF) 依赖性信号通路增加了人类黑素细胞的细胞内黑色素含量。

此外,角质形成细胞衍生的外泌体高度表达 miR-203,以调节黑色素瘤细胞中的黑色素生成,增加色素沉着和 TYR 蛋白水平。研究还表明 miR-675 从参与 H19 lncRNA 下调的角质形成细胞外泌体释放,通过靶向其 3'-非翻译区抑制 MITF 表达来刺激黑素生成。

外泌体作为色素从黑色素细胞转移到角质形成细胞的通讯,继续被探索以防止异常色素沉着。对角质形成细胞和黑素细胞之间外泌体的研究将为在健康和疾病状态下控制色素沉着的新策略开辟道路。

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