干细胞衍生的外泌体在肝脏疾病治疗中的作用_王卓然.pdf

综述DOI:10 3969/j issn1001 5256 2023 03 034干细胞衍生的外泌体在肝脏疾病治疗中的作用王卓然1，2，朱冰2，余丽梅1，3，4，游绍莉21 遵义医科大学附属医院贵州省细胞工程重点实验室，贵州 遵义 563003;2 中国人民解放军总医院第五医学中心 肝病医学部，北京 100039;3 遵义医科大学教育部组织损伤修复与再生医学协同创新中心，贵州 遵义 5630001;4 遵义医科大学附属医院遵义市干细胞与再生医学工程研究中心，贵州 遵义 563003通信作者:余丽梅，ylm720 sina com(OCID:0000 0002 3377 1202);游绍莉，youshaoli1972 163 com(OCID:0000 0001 8689 8509)摘要:肝脏容易受多种病因影响发生肝损伤，严重情况下可引起其合成、解毒、代谢和生物转化等功能发生障碍，当前针对肝衰竭、失代偿性肝硬化等终末期肝病仍缺乏高效的临床治疗手段。近年来间充质干细胞的临床疗效已被证实，基于干细胞外泌体的相关治疗成为研究热点。本文介绍了干细胞外泌体治疗的优势、机制研究进展、临床前研究现状等。从目前研究结果来看，干细胞衍生的外泌体治疗肝脏疾病具有良好应用前景，但临床前研究仍需进一步深入，临床研究有待开展。关键词:肝疾病;干细胞;间质干细胞;外泌体基金项目:首都特色重点课题(Z151100004015019);国家科技重大专项项目(2017ZX10203201 004)ole of stem cell derived exosomes in treatment of liver diseasesWANG Zhuoran1，2，ZHU Bing2，YU Limei1，3，4，YOU Shaoli2(1 Guizhou Provincial Key Laboratory of Cell Engineering，Af-filiated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi，Guizhou 563003，China;2 Division of Liver Disease，The Fifth MedicalCenter of Chinese PLA General Hospital，Beijing 100039，China;3 Collaborative Innovation Center of Tissue Damage epairand egenerative Medicine，Ministry of Education，Zunyi Medical University，Zunyi，Guizhou 563001，China;4 Zunyi StemCell and egenerative Medicine Engineering esearch Center，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi，Guizhou563003，China)Corresponding author:YU Limei，ylm720 sina com(OCID:0000 0002 3377 1202);YOU Shaoli，youshaoli1972163 com(OCID:0000 0001 8689 8509)Abstract:The liver is easily affected by a variety of factors to induce liver damage，which can cause disorders in the synthesis，detoxification，metabolism，and biotransformation functions of the liver in severe cases，and at present，there is still a lack ofefficient clinical treatment methods for end stage liver diseases such as liver failure and decompensated liver cirrhosis ecentstudies have confirmed the clinical efficacy of stem cells，and treatment methods based on stem cell derived exosomes havebecome a research hotspot This article introduces the advantages of treatment based on stem cell derived exosomes，the re-search advances in related mechanisms，and the current status of preclinical research Current research findings suggest thattreatment based on stem cell derived exosomes has a good application prospect in the treatment of liver diseases，but it is stillneeded to conduct in depth preclinical and clinical studiesKey words:Liver Diseases;Stem Cells;Mesenchymal Stem Cells;Exosomesesearch funding:Capital Clinical Characteristic Application esearch on Funded Projects(Z151100004015019);NationalFoundation for Science and Technology Development(2017ZX10203201 004)996王卓然，等 干细胞衍生的外泌体在肝脏疾病治疗中的作用肝脏虽然是人体内少数具有强大再生能力的器官，但是当肝功能严重受损发展成肝衰竭或失代偿期肝硬化时，肝细胞强大的自我再生能力会受到抑制，不能维持肝脏的正常功能。目前针对终末期肝病的治疗尚缺乏特效药物和手段，最有效的治疗手段是肝移植，但是肝移植存在肝脏供体短缺、费用昂贵、术后免疫排斥等诸多问题，寻找相应的替代疗法成为近年来肝脏疾病的研究热点。干细胞作为一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，近年来被广泛应用于组织的修复与再生。大量研究1 4 证实，干细胞移植可以有效促进心、肺、肝、肌肉、骨骼等器官组织损伤的恢复，对多种疾病起到良好的治疗效果，因此干细胞移植作为肝移植的第一代替代疗法已经展开了深入的研究。干细胞治疗的机制最初认为是干细胞在损伤部位直接增殖分化，替代受损细胞以恢复组织功能5。随着对细胞疗法的深入研究发现，干细胞通过旁分泌机制释放的外泌体等多种生物活性物质，参与调节机体生物学功能，因而可能是更主要的治疗机制6，于是基于旁分泌机制的干细胞外泌体疗法作为第二代肝移植替代技术得到了重视和发展，是在干细胞疗法基础上衍生而出的新兴疗法。1干细胞衍生外泌体治疗机制研究进展1983 年，研究者在网织红细胞内首次发现细胞外囊泡(extracellular vesicles，EV)7，起初 EV 被认为是细胞为了处理胞内不需要的物质而形成的“垃圾袋”，但是经过多年的研究发现，EV 是几乎所有类型细胞都会分泌的纳米级囊泡微粒，其中包含蛋白质、脂质、核酸、细胞因子等生物活性物质，广泛存在于机体的体液之中8，EV 也是细胞间通讯的重要载体，可以介导细胞间的信息交流，在人体正常生理活动以及疾病的发生和进展中发挥重要的作用9。国际细胞外囊泡协会将 EV 依据大小、生成机制等因素分为:外泌体、微囊泡以及凋亡小体三种类型10，外泌体是其中发挥生物学功能最为强大且研究较为深入的一类。外泌体经细胞释放后通过胞吞、胞饮、受体介导等多种方式与靶细胞相结合，对靶细胞产生多种作用，其磷脂双层膜结构，可将其中的内容物稳定传递并避免被降解。膜上含有特定蛋白标志物，可通过识别靶细胞上特异受体并与之结合或直接与靶细胞膜融合等途径11，激活靶细胞内信号通路、调节活性酶维持组织稳态、影响靶细胞内 mNA 的转录以及蛋白质的生成等，实现细胞间信息交流，从而参与机体免疫调节、刺激血管生成、抑制氧化应激反应、调节细胞增殖凋亡、诱导组织干细胞分化等12，实现损伤修复。已有研究13 15 证明干细胞所分泌的外泌体可以发挥与亲代细胞类似的治疗效果。干细胞外泌体在治疗肝脏疾病方面进行了较为深入的研究，其治疗机制主要包括以下方面(图 1):(1)调节肝脏免疫稳态。干细胞通过抑制炎症相关信号通路、抑制促炎细胞因子、分泌抗炎细胞因子等调节免疫细胞功能，控制免疫反应状态16 21。(2)调节细胞增殖与凋亡:促进肝细胞再生、减少肝细胞凋亡，保护受损肝组织22 23。(3)改善氧化应激:调节组织抗氧化蛋白的表达，抑制活性氧的产生24 26;(4)减轻肝纤维化进展:抑制肝星状细胞的活化和成纤维细胞的产生，抑制胶原蛋白的分泌，减少细胞外基质的沉积14，27。但干细胞外泌体在疾病中发挥的治疗作用机制十分复杂，目前研究仍未能完全明确阐述，仍需要研究者不断地探索研究。2不同来源干细胞衍生的外泌体发挥的生物学功能可能不同不同组织来源的干细胞具有相似的细胞表型，但外泌体受亲代细胞的来源、培养条件等诸多因素的影响，其中所含的蛋白质、核酸以及细胞因子等活性物质会产生不同程度的表达差异28，因此，不同来源的干细胞产生的外泌体对受体细胞的作用也不尽相同6，29。已有研究针对不同干细胞来源的外泌体进行了差异蛋白的分析，Pires 等30 基于富含外泌体的间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)培养基，分析其中的差异蛋白发现，骨髓间充质干细胞来源外泌体(bone marrow MSC derived exosomes，BMSC Exo)可能有较好的抗凋亡和氧化应激的能力，而脂肪间充质干细胞来源外泌体(adipose tissue MSC derived exo-somes，AMSC Exo)可能有抗神经细胞兴奋性毒性的能力。Wang 等31 的研究则认为 BMSC Exo 可能有着良好的再生能力，AMSC Exo 可能有更好的免疫调节作用，而脐带间充质干细胞来源外泌体(umbilicalcord MSC derived exosomes，ucMSC Exo)可能具有007临床肝胆病杂志第39 卷第3 期2023 年3 月J Clin Hepatol，Vol39 No3，Mar2023更为突出的组织损伤修复能力。当然，这些差异仍需要在临床实际应用中加以论证。不同组织来源干细胞的外泌体应用于肝脏疾病治疗的动物实验研究在国内外均有开展(表 1)。Zhao 等32 发现 BMSC Exo 可以通过激活细胞自噬来减轻 D GalN/LPS 诱导的肝细胞损伤和凋亡。Haga 等33 发现 BMSC Exo 可调节巨噬细胞的募集和功能，抑制IL 1、MIP 3、干扰素诱导蛋白图 1干细胞外泌体治疗肝脏疾病相关机制示意图Figure 1The function of stem cells derived exosomes in the treatment of liver diseases表 1干细胞外泌体治疗肝脏疾病的实验研究Table 1Experimental studies of stem cells derived exosomes in the treatment of liver diseases外泌体来源重要活性因子疾病模型