间充质干细胞来源的外泌体治疗糖尿病足溃疡的机制研究进展

卢洁，许红梅

滨州医学院护理学院，山东滨州 256600

糖尿病足溃疡（DFU）具有治疗费用高和周期长的特点，是糖尿病患者截肢和死亡的主要原因［1］。局部溃疡组织缺氧能显著抑制低氧诱导因子（HIF）1α的活性，导致新生血管生成受阻［2］。同时，创面缺氧状态下内皮祖细胞（EPCs）募集、增殖和生长因子释放功能也受损，从而加重局部慢性炎症，抑制新血管形成［3］。目前DFU的治疗措施如清创换药［4］、伤口外用敷料［5］、高压氧治疗［6］及负压吸引治疗［7］等疗效并不理想。间充质干细胞（MSCs）是一种多功能干细胞，具有自我更新和多向分化能力［8］，能通过旁分泌功能促进伤口愈合［9］。外泌体，特别是MSCs来源外泌体（MSCs-Exos），在促进伤口愈合方面显示出巨大潜力［10］。因外泌体具有良好的稳定性和低免疫原性，MSCs-Exos已经逐步应用于恶性肿瘤、心血管及呼吸系统疾病、内分泌代谢疾病、骨关节炎、子宫内膜损伤等的治疗，可能比直接使用MSCs治疗更安全［11］。一般情况下，皮肤伤口的愈合过程主要包括止血、炎症、增殖和重塑阶段［12］。外泌体在不同的伤口愈合阶段所发挥的功能是不同的［13］。现就MSCs-Exos治疗DFU的机制研究进展综述如下。

1 促进凝血

研究表明，外泌体参与止血过程调控，其主要通过激活血小板发挥促凝功能［13］。在血管损伤时，组织因子与凝血因子Ⅶa形成复合体，后者能够激活凝血因子Ⅹ，进一步将凝血酶原转化为凝血酶，发挥促凝功能［14］。组织缺氧条件下产生的外泌体通过进一步上调组织因子活性、促进凝血酶转化及纤维蛋白生成，从而提高其促凝功能［15］。在大鼠模型中，EPCs来源外泌体（EPCs-Exos）可高度富集miR-21-5p并特异性抑制受体内皮细胞中的血管生成抑制剂血小板反应蛋白表达，从而促进内皮细胞的修复［16］。循环外泌体中表达的丰富miRNA可能参与了炎症反应和凝血级联反应，这表明外泌体miRNA可能参与损伤器官修复［17］。还有研究证实，人类脐带来源的MSCs-Exos在体外可诱导凝血［18］。

2 抑制炎症反应

巨噬细胞在创面愈合过程中同时扮演促炎和抗炎的角色。创面组织中高血糖和氧化应激状态均可引起巨噬细胞发生M1极化，M1型巨噬细胞通过分泌促炎因子在炎症反应的早期阶段发挥重要作用。巨噬细胞M1极化被认为是伤口愈合延迟的主要因素［19］。外泌体miRNA可维持创面组织稳态，通过调节免疫细胞分化和发育，降低炎症信号通路的活性，减少炎症介质分泌，加快创面愈合［20］。研究表明，外泌体在损伤部位通过调控免疫细胞活性来发挥抗炎功能，它可诱导巨噬细胞向抗炎作用强的M2型转化；同时，外泌体可抑制B细胞的成熟和T细胞的增殖，激活调节型T细胞，降低炎症因子水平，促进伤口愈合［21］。进一步研究显示，外泌体通过调节巨噬细胞中的Nrf2/HO-1信号轴使巨噬细胞发生极化［22］。Nrf2有助于维持细胞中的氧化还原稳态［23］。研究显示，2型糖尿病并发DFU患者创面组织中Nrf2表达显著下调；大鼠糖尿病模型实验表明，Nrf2过表达能够增强脂肪干细胞来源外泌体抵抗葡萄糖诱导EPCs衰老的作用，其机制可能与抑制氧化反应和炎症因子表达有关［24］。还有学者发现，生长抑制特异性基因5在糖尿病局部组织炎症微环境的外泌体中过表达，并能促进创面愈合［25］。

3 促进细胞增殖和血管生成

外泌体所包含的RNA（包括mRNA、miRNA、tRNA）被认为是调节受体细胞活动的主要物质［26］。MSCs-Exos中的RNA或蛋白能够发挥细胞归巢作用，并调节细胞的增殖与分化，可以限制损伤、调节免疫反应并促进细胞损伤后的自我修复和组织再生［27］。如富含长链非编码RNA（lncRNA）H19的MSCs-Exos可以促进抑癌基因同源性磷酸酶—张力蛋白表达，并显著提高成纤维细胞的增殖和迁移能力，加速创面愈合［28］。lncRNA H19还可通过抑制p53的活性和生长分化因子的释放，促进皮肤成纤维细胞增殖和受损皮肤中巨噬细胞浸润，促进创面愈合。此外，外泌体释放的miRNA（如miR-132和miR-146a）可显著上调促血管生成因子表达，提高人脐静脉内皮细胞增殖率和血管形成率［29］。ZHU等［30］研究证实，Wnt/β-catenin信号通路与糖尿病慢性溃疡病灶中血管内皮细胞的增殖状态密切相关，糖尿病慢性不愈合创面中该通路活性下调。有学者发现，DFU病灶中胎盘生长因子（PLGF）表达显著下降［31］，而补充外源性PLGF后小鼠血管生成和组织修复显著改善。同时，PLGF还可增加巨噬细胞数量，使其发生M2极化，促进DFU的血管生成及组织修复。研究表明，含有基质金属蛋白酶的外泌体通过促进细胞迁移和血管内皮生长因子受体1的裂解，促进内皮细胞增殖，从而加快创面新生血管的生成［32］。有研究表明，EPCs在血管内皮细胞损伤和修复过程中主要借助两种方式来发挥作用：一是直接分化为成熟内皮细胞进行修复；二是通过旁分泌方式表达多种细胞因子，提高内皮细胞的增殖和迁移活性，并提高血管内皮细胞在损伤状态下的存活率。李罗成等［34］以EPCs-Exos干预经缺氧处理的人脐静脉内皮细胞，发现缺氧内皮细胞的增殖、迁移能力有一定程度的恢复，证实EPCs-Exos可改善缺氧内皮细胞的增殖、迁移能力，减少内皮细胞凋亡，减轻血管内皮细胞的缺氧性损伤。

4 增加胶原沉积并减少瘢痕形成

细胞外基质异常堆积是瘢痕形成最重要的因素之一。人脂肪干细胞来源外泌体（ADSCs-Exos）可促进成纤维细胞中Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白、纤维连接蛋白、平滑肌肌动蛋白基因表达并有效抑制瘢痕中细胞外基质产生［34］。ADSCs-Exos可通过其衍生的外源性miR-29a抑制TGF-β2/Smad3信号通路，从而减少瘢痕形成［35］。脐血来源间充质干细胞外泌体也可通过miR-21-5p和mirR-125b-5p介导TGF-β受体通路，抑制创面愈合过程中瘢痕的形成［36］。之前研究也表明，ADSCs-Exos中富含miR-21、miR-23a、miR-125b及miR-145等，能够在促进创面愈合的同时减少瘢痕形成。

MSCs-Exos因其来源广泛、易获取等优点，逐渐引起研究人员的兴趣，显示出十分广阔的应用前景。多项研究已证实，外泌体可以与其他药物、生物材料、纳米技术等联合应用，并借助转运、调控或缓释药物等多种方式提高药物的治疗效果。SUN等［37］研究证实，外泌体能够联合多功能集成纳米试剂，通过减轻组织创面氧化损伤和炎症反应、促进血管生成、抑制细菌感染，促进糖尿病感染伤口的愈合。LIU等［38］将脂肪源性MSCs-Exos加载到甲壳素纳米纤维（β-ChNF）水凝胶中，β-ChNF水凝胶能够增强外泌体中蛋白质和miRNA的稳定性，延长外泌体在体内的停留时间，建立免疫隔离屏障，保护外泌体不被宿主免疫系统清除；与单独使用β-ChNF水凝胶相比，负载ADSCs-Exos的β-ChNF水凝胶更有助于促进大鼠皮肤创面愈合。有学者提取吡格列酮预处理的MSCs-Exos，发现其通过激活PI3K/AKT/eNOS通路促进高糖损伤环境中HUVECs的血管生成能力，从而加速DFU伤口愈合［11］。更重要的是，MSCs-Exos在治疗重症新型冠状病毒肺炎患者也成效显著，患者康复率接近80%［39］。然而，外泌体的临床转化中尚有些问题待解决：其一，不同研究采用的MSC外泌体纯化、分离等技术差异可能导致研究结果不一致［40］；其二，不同组织来源的外泌体是否具有相同的生物学功效尚未证实；其三，虽然MSCs-Exos在DFU模型中表现出潜在的治疗价值，但多数相关研究为基础实验，仅有少数临床试验报道了MSCs-Exos的治疗效果［41］；其四，按照《药品生产质量管理规范/药物临床研究质量管理规范》指南要求，外泌体尚不能满足大规模生产并应用于临床治疗［42］。另外，外泌体中的许多蛋白质、RNA、脂质和代谢酶的功能和作用机制尚不明确，值得进一步研究。未来还应建立统一规范的纯化分离技术指导规范，获得临床应用许可，设计大样本、多中心的临床研究验证外泌体在DFU治疗中的安全性和有效性。