外泌体：打破不可逆损伤的修复障碍

2020年12月，发表在《Stem Cells and Development》上的一文指出，间充质干细胞来源外泌体在治疗重症新冠肺炎患者成效显著，康复率高达71%。外泌体具有安全性、恢复氧合、下调细胞炎症因子和重建免疫系统功能等优点，是一种很有前途的新冠肺炎治疗候选药物[。

这项临床研究共涉及到24名新冠肺炎患者，这些患者均符合严重新冠肺炎伴中度至重度急性呼吸窘迫综合征的标准。他们接受单次15ml静脉注射间充质干细胞外泌体，并在治疗后第1天至第14天评估安全性和有效性。结果发现，在给药后72小时内未观察到不良事件，所有患者均达到安全终点；观察到83%的存活率以及高达71%的康复率。总体而言，经过一次治疗后，患者的临床状态和氧合情况都有所改善，动脉血氧分压氧压（PaO2）/吸氧浓度（FiO2)增加了192%，中性粒细胞计数有明显改善等。

这项研究结果也让人们对间充质干细胞外泌体治疗疾病的前景有了更多的认识。

外泌体：打破不可逆损伤的修复障碍

外泌体（Exosome）是一种直径为30-100nm的纳米级脂质包裹体结构，内部包裹了蛋白、mRNA和microRNA等物质。来源于不同组织的外泌体不仅具有其特异性蛋白分子，而且还包含其行使功能的关键分子。外泌体由细胞分泌释放出来，在血液等体液内传播，最后又可被其他细胞吞噬，是细胞间通讯的重要介质。

外泌体生物合成 图片来自https://doi.org/10.1002/sctm.19-0432

近年来，随着外泌体研究的不断深入，它的应用已经涉及肿瘤治疗领域、医学基础和免疫领域、寄生虫领域；临床研究上已涉及心血管系统、内分泌代谢系统等。

实际上先前就有研究者报道，间充质干细胞来源外泌体具有治疗多种疾病的潜力。例如，可以用同种异体间充质干细胞分泌的细胞外囊泡来治疗营养不良性大疱性表皮松解症，这是一种罕见的儿科皮肤起泡疾病。这项研究的关键是外泌体，外泌体携带特定的蛋白质和mRNA，这些物质对营养不良性大疱性表皮松解症的治疗至关重要。

干细胞来源的外泌体在心血管系统、生殖系统、肌肉骨骼系统、肝损伤、肾损伤、皮肤损伤、关节炎症等方面都展现出强大的修复再生和保护能力，因此外泌体有望成为再生医学“无细胞”治疗的一种新兴的修复工具，打破不可逆损伤这一修复障碍，使再生成为可能。

间充质干细胞外泌体在女性生殖系统修复中的应用

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）是一类来源于多种成体组织的多能干细胞，以其迁移能力强大、分化潜能多元、免疫原性低、组织来源广泛且便于体外分离扩增等优势在组织及器官损伤性疾病的治疗中得到广泛关注和应用。外泌体作为MSC旁分泌作用的主要方式之一，在MSC发挥治疗效应中扮演着十分重要的角色。外泌体不仅能够调节细胞间的物质运输和信息交流，更携带有蛋白质、脂质及核酸等多种生物活性成分，并能高效穿透多种生物屏障，进而改变靶细胞内的信号传导及基因表达，使其发展成一种高效的药物载体和基因治疗制剂。更重要的是，MSC外泌体能够模拟并发挥母细胞MSC的功能，有效促进组织再生能力，调节损伤局部的免疫反应，从而成为MSC治疗的潜在替代方案。目前，对于MSC外泌体在妇产科领域的基础研究也初露端倪，其在促进子宫内膜修复、治疗早发性卵巢功能不全（premature ovarian insufficiency，POI）和多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）、辅助压力性尿失禁（stress urinary incontinence，SUI）手术治疗及加速阴道手术创面修复等方面均展现出较大的治疗潜能。

干细胞外泌体修复骨软骨缺损的机制

既往研究表明间充质干细胞（MSC）外泌体进行修复临界尺寸骨软骨缺损有效，以及在软骨修复过程中外泌体介导的调节机制。

外泌体介导的骨软骨缺损修复的特点是增加了细胞的增殖和浸润，增强基质合成和再生的免疫表型。

通过软骨细胞培养，瓦米提介导的软骨修复可以促进细胞的快速增殖和浸润，其原因是外泌体介导胞外体CD73介导腺苷激活Akt和ERK信号转导。Akt和ERK磷酸化抑制剂可抑制外泌体介导的细胞的增殖和迁移，但不影响基质的合成。  通过AMPCP衰减Akt和ERK信号通路可证实外泌体CD73的作用。外泌体处理的骨缺损也显示一个再生的免疫表型，其特征是CD163 +再生M2巨噬细胞浸润多于CD86+ M1型巨噬细胞，伴随着促炎症滑膜细胞因子IL-1和TNF-α的相应减少。  综上所述，该研究结果表明，MSC外泌体有效的骨软骨再生作用是通过协调调动多种类型的细胞和多种细胞过程激活而发挥的。

干细胞来源的外泌体促进心肌“补丁”修复损伤的心脏

由干细胞制成的人体心肌“补丁”有助于修复心脏病引起心脏功能缺损，这一结论已在猪心肌梗死模型中被证实。来自伯明翰阿拉巴马大学的一个研究团队在近日的的Circulation 杂志中描述了该实验的发现。

由阿拉巴马大学生物医学工程系主任Jianyi Jay Zhang主导的研究团队正在寻求更好的心脏病治疗方法，旨在靶向心肌组织不会自行再生的心肌组织损伤进行治疗。该病发作的原因是供应给的心脏肌肉的冠状动脉氧气和营养物质减少或切断，比如在动脉周围形成斑块积聚而引起的心脏病发作。当缺乏氧气和营养时，心肌会受到损伤或死亡，从而导致生命危险。美国心脏协会表示，在美国每40秒就会有一次心脏病发作。

该论文的作者说，早些时候试图利用干细胞培养心脏肌肉组织，或者注射到患病区域，或者在薄膜上生长，但是迄今为止，受损肌肉存活或移植的比率非常低。所以，该研究团队开始着手建立一个三维的“补丁”，为再生新的心脏肌肉所需的细胞类型提供了三维生长环境。这些细胞包括心肌样细胞或心肌细胞、能够生成血管的内皮细胞和平滑肌细胞。所有的细胞均来源于人类诱导的多能干细胞，即所谓的成体干细胞，来源取自皮肤和其他组织。

将干细胞接种在由纤维蛋白制成的基质上，这种纤维蛋白是帮助血液凝结并形成血块以止血的纤维蛋白。为了帮助干细胞转化为心肌细胞和组织，基质在生长培养过程中连续摇动一周。研究人员认为这种细胞摇摆运动能够更好的分化成为心脏“补丁”，比以前的尝试的其他方法更好，在生理上和收缩上更像真实的心脏组织。补丁尺寸为40 x 20毫米，厚度为1.25毫米，大约与一美分硬币厚度相同。

研究人员在13只心脏病模型的猪中植入了2个干细胞衍生的心肌“补丁”。猪的器官大小和功能与人类相似。作为对照组，其他具有相似心脏损伤的猪被植入没有干细胞的纤维蛋白基质，进行无意义的手术处理或未经任何处理。研究小组通过核磁共振扫描测量心脏功能，并追踪移植到受损区域的心率、心脏节律和心肌蛋白的表达，发现外泌体可以从“补丁”中释放出来。

参考文献：Gao L, Gregorich ZR, Zhu W, Mattapally S, Oduk Y, Lou X, Kannappan R, Borovjagin AV, Walcott GP, Pollard AE, Fast VG, Hu X, Lloyd SG, Ge Y, Zhang J. (2017) Large Cardiac-Muscle Patches Engineered from Human Induced-Pluripotent Stem-Cell-Derived Cardiac Cells Improve Recovery from Myocardial Infarction in Swine. Circulation [Epub ahead of print].  新闻来源：http://www.uab.edu/news/research/item/8797-saving-hearts-after-a-heart-attack-overexpression-of-a-cell-cycle-activator-gene-enhances-repair-of-dead-heart-muscle