間充質干細胞來源的外泌體治療糖尿病足潰瘍的機制研究進展

盧潔，許紅梅

濱州醫學院護理學院，山東濱州 256600

糖尿病足潰瘍（DFU）具有治療費用高和周期長的特點，是糖尿病患者截肢和死亡的主要原因［1］。局部潰瘍組織缺氧能顯著抑制低氧誘導因子（HIF）1α的活性，導致新生血管生成受阻［2］。同時，創面缺氧狀態下內皮祖細胞（EPCs）募集、增殖和生長因子釋放功能也受損，從而加重局部慢性炎癥，抑制新血管形成［3］。目前DFU的治療措施如清創換藥［4］、傷口外用敷料［5］、高壓氧治療［6］及負壓吸引治療［7］等療效并不理想。間充質干細胞（MSCs）是一種多功能干細胞，具有自我更新和多向分化能力［8］，能通過旁分泌功能促進傷口愈合［9］。外泌體，特別是MSCs來源外泌體（MSCs-Exos），在促進傷口愈合方面顯示出巨大潛力［10］。因外泌體具有良好的穩定性和低免疫原性，MSCs-Exos已經逐步應用于惡性腫瘤、心血管及呼吸系統疾病、內分泌代謝疾病、骨關節炎、子宮內膜損傷等的治療，可能比直接使用MSCs治療更安全［11］。一般情況下，皮膚傷口的愈合過程主要包括止血、炎癥、增殖和重塑階段［12］。外泌體在不同的傷口愈合階段所發揮的功能是不同的［13］。現就MSCs-Exos治療DFU的機制研究進展綜述如下。

1 促進凝血

研究表明，外泌體參與止血過程調控，其主要通過激活血小板發揮促凝功能［13］。在血管損傷時，組織因子與凝血因子Ⅶa形成復合體，后者能夠激活凝血因子Ⅹ，進一步將凝血酶原轉化為凝血酶，發揮促凝功能［14］。組織缺氧條件下產生的外泌體通過進一步上調組織因子活性、促進凝血酶轉化及纖維蛋白生成，從而提高其促凝功能［15］。在大鼠模型中，EPCs來源外泌體（EPCs-Exos）可高度富集miR-21-5p并特異性抑制受體內皮細胞中的血管生成抑制劑血小板反應蛋白表達，從而促進內皮細胞的修復［16］。循環外泌體中表達的豐富miRNA可能參與了炎癥反應和凝血級聯反應，這表明外泌體miRNA可能參與損傷器官修復［17］。還有研究證實，人類臍帶來源的MSCs-Exos在體外可誘導凝血［18］。

2 抑制炎癥反應

巨噬細胞在創面愈合過程中同時扮演促炎和抗炎的角色。創面組織中高血糖和氧化應激狀態均可引起巨噬細胞發生M1極化，M1型巨噬細胞通過分泌促炎因子在炎癥反應的早期階段發揮重要作用。巨噬細胞M1極化被認為是傷口愈合延遲的主要因素［19］。外泌體miRNA可維持創面組織穩態，通過調節免疫細胞分化和發育，降低炎癥信號通路的活性，減少炎癥介質分泌，加快創面愈合［20］。研究表明，外泌體在損傷部位通過調控免疫細胞活性來發揮抗炎功能，它可誘導巨噬細胞向抗炎作用強的M2型轉化；同時，外泌體可抑制B細胞的成熟和T細胞的增殖，激活調節型T細胞，降低炎癥因子水平，促進傷口愈合［21］。進一步研究顯示，外泌體通過調節巨噬細胞中的Nrf2/HO-1信號軸使巨噬細胞發生極化［22］。Nrf2有助于維持細胞中的氧化還原穩態［23］。研究顯示，2型糖尿病并發DFU患者創面組織中Nrf2表達顯著下調；大鼠糖尿病模型實驗表明，Nrf2過表達能夠增強脂肪干細胞來源外泌體抵抗葡萄糖誘導EPCs衰老的作用，其機制可能與抑制氧化反應和炎癥因子表達有關［24］。還有學者發現，生長抑制特異性基因5在糖尿病局部組織炎癥微環境的外泌體中過表達，并能促進創面愈合［25］。

3 促進細胞增殖和血管生成

外泌體所包含的RNA（包括mRNA、miRNA、tRNA）被認為是調節受體細胞活動的主要物質［26］。MSCs-Exos中的RNA或蛋白能夠發揮細胞歸巢作用，并調節細胞的增殖與分化，可以限制損傷、調節免疫反應并促進細胞損傷后的自我修復和組織再生［27］。如富含長鏈非編碼RNA（lncRNA）H19的MSCs-Exos可以促進抑癌基因同源性磷酸酶—張力蛋白表達，并顯著提高成纖維細胞的增殖和遷移能力，加速創面愈合［28］。lncRNA H19還可通過抑制p53的活性和生長分化因子的釋放，促進皮膚成纖維細胞增殖和受損皮膚中巨噬細胞浸潤，促進創面愈合。此外，外泌體釋放的miRNA（如miR-132和miR-146a）可顯著上調促血管生成因子表達，提高人臍靜脈內皮細胞增殖率和血管形成率［29］。ZHU等［30］研究證實，Wnt/β-catenin信號通路與糖尿病慢性潰瘍病灶中血管內皮細胞的增殖狀態密切相關，糖尿病慢性不愈合創面中該通路活性下調。有學者發現，DFU病灶中胎盤生長因子（PLGF）表達顯著下降［31］，而補充外源性PLGF后小鼠血管生成和組織修復顯著改善。同時，PLGF還可增加巨噬細胞數量，使其發生M2極化，促進DFU的血管生成及組織修復。研究表明，含有基質金屬蛋白酶的外泌體通過促進細胞遷移和血管內皮生長因子受體1的裂解，促進內皮細胞增殖，從而加快創面新生血管的生成［32］。有研究表明，EPCs在血管內皮細胞損傷和修復過程中主要借助兩種方式來發揮作用：一是直接分化為成熟內皮細胞進行修復；二是通過旁分泌方式表達多種細胞因子，提高內皮細胞的增殖和遷移活性，并提高血管內皮細胞在損傷狀態下的存活率。李羅成等［34］以EPCs-Exos干預經缺氧處理的人臍靜脈內皮細胞，發現缺氧內皮細胞的增殖、遷移能力有一定程度的恢復，證實EPCs-Exos可改善缺氧內皮細胞的增殖、遷移能力，減少內皮細胞凋亡，減輕血管內皮細胞的缺氧性損傷。

4 增加膠原沉積并減少瘢痕形成

細胞外基質異常堆積是瘢痕形成最重要的因素之一。人脂肪干細胞來源外泌體（ADSCs-Exos）可促進成纖維細胞中Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白、纖維連接蛋白、平滑肌肌動蛋白基因表達并有效抑制瘢痕中細胞外基質產生［34］。ADSCs-Exos可通過其衍生的外源性miR-29a抑制TGF-β2/Smad3信號通路，從而減少瘢痕形成［35］。臍血來源間充質干細胞外泌體也可通過miR-21-5p和mirR-125b-5p介導TGF-β受體通路，抑制創面愈合過程中瘢痕的形成［36］。之前研究也表明，ADSCs-Exos中富含miR-21、miR-23a、miR-125b及miR-145等，能夠在促進創面愈合的同時減少瘢痕形成。

MSCs-Exos因其來源廣泛、易獲取等優點，逐漸引起研究人員的興趣，顯示出十分廣闊的應用前景。多項研究已證實，外泌體可以與其他藥物、生物材料、納米技術等聯合應用，并借助轉運、調控或緩釋藥物等多種方式提高藥物的治療效果。SUN等［37］研究證實，外泌體能夠聯合多功能集成納米試劑，通過減輕組織創面氧化損傷和炎癥反應、促進血管生成、抑制細菌感染，促進糖尿病感染傷口的愈合。LIU等［38］將脂肪源性MSCs-Exos加載到甲殼素納米纖維（β-ChNF）水凝膠中，β-ChNF水凝膠能夠增強外泌體中蛋白質和miRNA的穩定性，延長外泌體在體內的停留時間，建立免疫隔離屏障，保護外泌體不被宿主免疫系統清除；與單獨使用β-ChNF水凝膠相比，負載ADSCs-Exos的β-ChNF水凝膠更有助于促進大鼠皮膚創面愈合。有學者提取吡格列酮預處理的MSCs-Exos，發現其通過激活PI3K/AKT/eNOS通路促進高糖損傷環境中HUVECs的血管生成能力，從而加速DFU傷口愈合［11］。更重要的是，MSCs-Exos在治療重癥新型冠狀病毒肺炎患者也成效顯著，患者康復率接近80%［39］。然而，外泌體的臨床轉化中尚有些問題待解決：其一，不同研究采用的MSC外泌體純化、分離等技術差異可能導致研究結果不一致［40］；其二，不同組織來源的外泌體是否具有相同的生物學功效尚未證實；其三，雖然MSCs-Exos在DFU模型中表現出潛在的治療價值，但多數相關研究為基礎實驗，僅有少數臨床試驗報道了MSCs-Exos的治療效果［41］；其四，按照《藥品生產質量管理規范/藥物臨床研究質量管理規范》指南要求，外泌體尚不能滿足大規模生產并應用于臨床治療［42］。另外，外泌體中的許多蛋白質、RNA、脂質和代謝酶的功能和作用機制尚不明確，值得進一步研究。未來還應建立統一規范的純化分離技術指導規范，獲得臨床應用許可，設計大樣本、多中心的臨床研究驗證外泌體在DFU治療中的安全性和有效性。