外泌体的确是个宝，深度解析

1.简介

外泌体是直径为 30-150 nm 的膜状细胞外囊泡。外泌体已被发现由大多数细胞类型分泌，包括免疫细胞（B 细胞、T 细胞、肥大细胞、树突状细胞）、神经元细胞、上皮细胞、内皮细胞、胚胎细胞、癌细胞和间充质干细胞 (MSC) 。术语“细胞外囊泡”广泛涵盖几种类型的囊泡，包括外泌体、微囊泡和凋亡小体。然而，“外泌体”一词特指细胞内多囊泡体(MVB) 内形成的囊泡。外泌体携带来自其来源的重要信息和大分子，因此在细胞间通讯中具有重要作用。这些大分子由多种蛋白质、酶、转录因子、脂质、细胞外基质蛋白、受体和核酸组成，可以在外泌体表面的内部和外部找到（图1）。在健康和疾病状态下的几乎所有体液中都检测到了外泌体，包括尿液、血液、血清、母乳、羊水、脑脊液、恶性腹水、唾液、胆汁和淋巴液等液体（图2）。

图1：典型的外泌体。人体局部和远处细胞之间强大的通信系统，具有多效性功能。外泌体是一种由 MSC 等细胞分泌的细胞外囊泡，携带治疗有效负载，包括蛋白质、核酸、脂质、酶和代谢物。

图 2. 外泌体和干细胞的来源。几乎所有体液中都检测到了外泌体，包括羊水、尿液、脑脊液、血液、血清、母乳、恶性腹水、唾液、胆汁等。MSCs是非造血、多能、成体干细胞，可分离自骨髓、脐带、胎盘组织、脂肪组织、牙髓、神经元、皮肤、母乳等。

外泌体最初是由 Pan 和Johnstone在研究绵羊网织红细胞成熟机制为红细胞时发现的。研究人员发现了一种从网织红细胞释放的囊泡（他们后来将其命名为“外泌体”），其中含有网织红细胞来源的脂质、蛋白质和酶。外泌体最初被认为是细胞碎片或垃圾处理，并被认为是细胞死亡的迹象。自发现以来，人们进行了广泛的研究来确定外泌体的生物学、功能和潜在的临床用途。现在已经确定，外泌体由供体细胞释放到细胞外环境中以执行多种生物学功能，包括细胞内通讯以及亲本细胞和周围细胞之间遗传物质和蛋白质的交换（图1）。外泌体在癌症免疫治疗中作为脂质体介导的药物递送的替代品的用途已确立其临床重要性。由于其 microRNA 和 mRNA 含量，外泌体也是一种有前途的生物基因传递系统。然而，外泌体的许多方面仍然没有被完全理解或表达。例如，由于癌症治疗的许多潜在靶标是肿瘤特异性生物标志物，因此研究外泌体表面存在的生物标志物对于开发肿瘤靶向疗法至关重要。这些神奇的小囊泡在帮助基因传递、疾病诊断、细胞内通讯、药物传递和生物标志物驱动疗法方面的巨大潜力逐渐引起了研究人员的关注。

干细胞疗法在疾病治疗方面的势头日益强劲；近年来所做的许多研究都集中在应用 MSC 的潜在意义上。MSC 是非造血、多能、成体干细胞，可以从许多生物来源中分离，包括骨髓、脐带、脂肪组织、脑、脾、肾和肝（图2 ）。间充质干细胞可以分化为脂肪细胞、软骨细胞和骨细胞，以及内胚层（肝细胞）和外胚层谱系（神经细胞）。除了机械分化特性外，间充质干细胞还分泌外泌体和生物分子，包括细胞因子、趋化因子和生长因子。进一步的研究表明，间充质干细胞在修复中的应用的有益效果可归因于旁分泌信号传导，其中包括外泌体等分泌囊泡。有趣的是，多项研究表明，MSC 分泌的外泌体可以在各种损伤和疾病模型中取代基于 MSC 的干细胞疗法。例如，MSC 衍生的外泌体 (MSC-Exos) 已被证明可以诱导小鼠伤口愈合和心肌梗塞模型的修复（图3）。特别是，研究表明胎盘脐带间充质干细胞分泌的外泌体在伤口愈合和组织再生中发挥着重要作用。同样，在过去的几十年里，研究表明 MSC-Exos 可以在各种情况下产生有利的作用，包括神经、呼吸、软骨、肾脏、心脏和肝脏疾病、骨修复和癌症（图 3）。

图 3. MSC 衍生的外泌体方法。MSC分离、外泌体生物发生、外泌体分离的图示。外泌体在再生医学中的应用和治疗应用。

简而言之，MSC-Exos 可以作为一种智能药物输送方法，通过运输外源化学物质和生物分子来实现无干细胞再生医学。与合成纳米颗粒、脂质体、单分子和细胞相比，MSC-Exos 具有许多潜在的治疗优势。这源于它们新颖的有益特性，例如尺寸更小、复杂性更低、缺乏细胞核（从而防止肿瘤转化）、稳定性提高、生产更容易、保存时间更长，以及装载蛋白质、小分子或 RNA 来传递生物分子的潜力。MSC-Exos 还可以经过修饰以显示不同的抗体或表面受体，从而将治疗有效负载转移到特定的器官、组织和细胞。此外，MSC-Exos 含有多种类型的生物分子，使它们能够同时参与各种治疗方法，这是传统小分子无法实现的。因此，在这里，我们回顾了外泌体在再生医学和外泌体研究分子机制领域的最新进展，并探讨了外泌体在疾病和损伤恢复引起的组织再生中的潜在治疗方法。

2. 外泌体的生物发生、分泌和摄取

外泌体的结构和组成取决于多种因素，包括供体细胞、微环境和生理条件。外泌体是由内体囊泡通过胞吐作用形成的（图4）。作为货物转运蛋白，外泌体可以携带蛋白质、肽、核酸和脂质。调查外泌体蛋白质组成的研究表明，虽然有些蛋白质专门来自亲本组织，但有些蛋白质是外泌体所独有的。外泌体中包含的特定蛋白质包括存在于内体、质膜和细胞质中的蛋白质，这意味着差异选择。此外，一些研究表明外泌体携带包括不同RNA类型的核酸，例如microRNA、信使RNA和非编码RNA。有趣的是，外泌体中蛋白质、肽和核酸的组成与供体细胞类型无关。另一方面，外泌体中的脂质组成主要取决于外泌体产生细胞。通常，外泌体含有质膜脂质，包括鞘磷脂（SM）、去饱和磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸（PS）、去饱和磷脂酰胆碱（PC）、胆固醇（CHOL）、GM3和神经节苷脂。

图 4. 外泌体的生物合成、分泌和摄取。细胞外环境由多种成分组成，包括蛋白质、脂质、小分子、多种代谢物，通过内吞作用进入细胞。这个过程导致早期内体的形成；当膜向内出芽时，货物被包裹到多泡体（MVB）内的腔内囊泡中。此外，早期内体转化为晚期内体，后者随后产生多泡体。修饰的多泡体具有细胞外环境和细胞质成分的货物。多泡体及其外泌体内容物可以遵循两种主要途径。首先，它们可以与自噬体融合，并通过溶酶体遵循降解途径。在第二条路径中，多泡体可以通过微管和细胞骨架网络与质膜融合，并通过细胞膜出芽释放。此外，通过胞吐作用释放的外泌体通过各自表面上的细胞信号分子与受体细胞相互作用。外泌体还可以通过不同的机制进入受体细胞，例如胞吞作用、巨胞饮作用、吞噬作用和质膜直接融合。多种蛋白质参与外泌体的生物合成、分泌和摄取，包括 ESCRT、AAA ATP 酶、ESCRT相关蛋白、SNARE、Rab 和其他酶。表1）。

表1：与外泌体生物发生、分选、运输和分泌相关的复合物和关键酶的组成和功能。

外泌体的生物发生通过胞吐作用发生：图4详细描述了外泌体的生物发生、分泌和摄取。外泌体由多囊泡内体 (MVE) 产生；一般来说，MVE 的腔内囊泡 (ILV) 会受到水解酶的溶酶体降解。然而，逃逸的MVE，例如多泡体 (MVB)，可以直接与细胞质膜融合，并通过出芽过程，随后作为外泌体分泌到细胞外环境。在那里，外泌体通过旁分泌信号传导具有多效性功能 [ 20]。目前，人们对外泌体分类到不同群体背后的潜在机制知之甚少。研究表明，MVB 特异地含有各种溶酶体相关分子，如溶酶体相关膜蛋白 1、2 和 3 (LAMP-1、-2、-3)、四跨膜蛋白和一组分化因子(CD-107a、 CD-107b、CD-208 或 CD-63）（图 1），而晚期内涵体具有 II 类主要组织相容性复合体 (MHC)。Hanson 和 Cashikar 探索了 MVB 的形态发生机制，发现运输所需的内体分选复合体 (ESCRT) 在驱动外泌体和外体生物发生中起着至关重要的作用。ESCRT 包含大约 30 种不同的蛋白质，这些蛋白质被组织成四种机械复合体，即 ESCRT-0、-I、-II 和 -III，与液泡蛋白分选相关蛋白 4 (VPS4)、囊泡运输 1 和凋亡相关基因相关2-相互作用蛋白X（Alix）也称为程序性细胞死亡六相互作用蛋白。最初的 ESCRT-0 复合物有助于识别和分类用于溶酶体降解的泛素化细胞内货物。ESCRT-I 和 -II 有助于将膜变形为带有隔离囊泡的芽，而 ESCRT-III 在囊泡分裂中发挥作用。不依赖于 ESCRT 的生物发生机制被认为涉及四跨膜蛋白（CD63、CD9、CD37、CD82 或 CD81），它们已被鉴定为外泌体标记物。这些蛋白质对于细胞外囊泡的生物发生至关重要，并且对于受体细胞的细胞外囊泡分泌和摄取至关重要。鞘磷脂水解成神经酰胺也有助于外泌体的生物合成。总之，表 1包括积极参与外泌体生物发生、分选、运输和分泌的蛋白质的组成和功能，例如 ESCRT、AAA ATP 酶、ESCRT 相关蛋白、SNARE、Rab 和其他酶。

3. 外泌体的复杂结构

所有外泌体都具有供体细胞的典型特征组成，并且外泌体中可以包括蛋白质（四跨膜蛋白、膜联蛋白、热休克蛋白等）、脂质（鞘糖脂、鞘磷脂、胆固醇）、遗传物质（DNA、tRNA、mRNA、miRNA、小分子和小分子）。长非编码RNA（分别为sncRNA和lncRNA））和小分子代谢物（氨基酸、ATP、酰胺、糖等）（表2 、表3和表4 ）。外泌体中蛋白质含量的主要数据库是 ExoCarta（http://exocarta.ludwig.edu.au/于2021年4月17日访问）；ExoCarta 的最新版本包括来自超过 286 项外泌体研究的列表，并附有国际细胞外囊泡协会定义外泌体的最低实验要求：数据包括41,860 个蛋白质、1116 个脂质分子和超过 7540 个 RNA。其他数据库包括 Vesiclepedia（http://www.microvesicles.org/，于 2021年4月17日访问）和尿外泌体蛋白质数据库（http://dir.nhlbi.nih.gov/papers/lkem/exosome/，于 2021 年 4 月 17 日访问）。

表 2. 在不同细胞类型的外泌体中鉴定出的不同蛋白质家族

表 3.位于外泌体内部或外部的重要蛋白质家族

表 4.在各种细胞类型释放的外泌体中鉴定出的脂质家族

4. 蛋白质

外泌体蛋白具有多种功能，例如靶向/粘附、抗凋亡、膜融合、信号转导、代谢和结构动力学。物种之间的蛋白质含量存在相似性，因为从小鼠和人类树突细胞 (DC) 中分离的外泌体的可用蛋白质组学数据表明，约 80% 的蛋白质在两个物种中是保守的。然而，根据蛋白质组学研究，从不同细胞类型中分离的外泌体含有特定的蛋白质组，具体取决于分泌细胞类型（表2）。蛋白质印迹和荧光激活细胞分选分析可以鉴定从不同细胞类型制备的外泌体中已知的细胞蛋白。对于未知的细胞蛋白，与胰蛋白酶消化相关的质谱可以分析源自肥大细胞、DC 和肠上皮细胞等细胞的外泌体。这些方法已用于鉴定外泌体中存在的胞质蛋白，包括肌动蛋白、微管蛋白、细胞骨架成分和肌动蛋白结合蛋白，以及Rab和膜联蛋白，它们对细胞内膜融合和转运功能很重要（表 2 和表3 ）。外泌体还含有不同类型的 14-3-3、异三聚体 G 蛋白和蛋白激酶，它们在关键生理过程中的信号转导中至关重要。此外，源自人DC和肠上皮细胞的外泌体含有各种类型的代谢酶，例如烯醇化酶、过氧化物酶和脂质激酶。热休克蛋白的两种组成形式（即 HSP70 和 HSP90）存在于外泌体中，其执行抗原呈递功能并有助于将抗原肽加载到 MHC I 类分子上（表 3 ）。值得注意的是， MHC I类分子存在于大多数分离的外泌体中。

外泌体还由参与特定细胞功能的蛋白质组成。例如，外泌体中大量存在 MHC II 类分子。源自 DC 的外泌体含有CD86，可作为 T 细胞的共刺激分子，并且可以含有细胞特异性跨膜蛋白，如 DC 上的 αM、β2 和 T 细胞上的 α4B1。其他外泌体蛋白包括免疫球蛋白家族成员、B 细胞上的细胞间粘附分子 1 (ICAM1)/CD54 和细胞表面肽酶，例如肠上皮细胞上的二肽基肽酶 IV/CD26 和肥大细胞上的氨肽酶 N/CD13 。此外，外泌体含有多种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白、核蛋白和蛋白酶体相关蛋白。最后，各种细胞类型的外泌体的蛋白质组也分为几种信号分子和酶复合物（表2和表3 ）。

5. 脂质

脂质是外泌体膜内研究最少但最重要的成分。外泌体含有丰富的脂质，包括鞘糖脂、鞘磷脂 (SM)、胆固醇 (CHOL) 和磷脂酰丝氨酸 (PS)。脂质不仅在外泌体膜的结构中发挥重要作用，而且还促进外泌体的形成及其释放到细胞外环境中。外泌体主要含有单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸，尽管外泌体的脂质组成取决于外泌体来源的亲本细胞。有趣的是，外泌体可以运输多种生物活性脂质和脂质代谢相关酶。MSC-Exos 中发现了花生四烯酸 (AA)、白三烯前列腺素、磷脂酸、二十二碳六烯酸 (DHA) 和溶血磷脂酰胆碱 (LPC) 等脂肪酸。外泌体的脂质代谢酶可以调节受益者的细胞稳态。

根据已发表的研究，不同外泌体类型中发现的脂质类别如表 4所示。薄层色谱法、气相色谱法和质谱法等方法已被用来鉴定外泌体中的脂质。研究表明，外泌体中 CHOL、SM、糖脂和 PS 的含量比其亲代细胞高 2-3 倍。除此之外，大多数外泌体的 PC 和磷脂酰肌醇 (PI) 含量低于亲本细胞。此外，脂质含量因细胞类型而异。从肝细胞细胞（HepG2/C3a Oli-neu 细胞）、前列腺癌细胞（PC-3 细胞）和PC-3 细胞+十六烷基甘油（HG：醚磷脂的前体）分离的外泌体的脂质组成表现出一些相似性。此外，与从 PC-3 细胞中分离的外泌体相比，从 Oli-neu 细胞中分离的外泌体制剂具有较低的 SM 富集度和较高的 CHOL 富集度。与其他细胞相比，网织红细胞来源的外泌体呈现出高水平的 CHOL，而来自脂肪细胞的外泌体的富集被发现比表 4中的其他各种制剂含有更高水平的 SM 和更低水平的 PS。

尽管对从不同细胞类型分离的外泌体进行的脂质组学研究已经发表，但结果通常仅以不同脂质类别的数量形式给出。例如，从结直肠癌细胞 (LIM1215) 中分离的外泌体的脂质组学研究总共鉴定了 500 种脂质种类，而Brzozowski等人。据报道，在前列腺癌细胞系（即 PC-3、RWPE1 和 NB26）富集的外泌体中鉴定出总共 187 种脂质种类。进一步的研究表明，上皮细胞分泌的外泌体（RWPE1）含有大量的脂肪酸、异戊烯醇和甘油脂。来自前列腺癌细胞系（PC-3 和 NB26）的外泌体显示出丰富的甾醇脂质、甘油磷脂和鞘脂。Haraszti等人对从 U87（胶质母细胞瘤细胞）、Huh7（肝细胞癌细胞）和人骨髓来源的 MSC 中分离的外泌体进行脂质组学分析。研究表明，MSC 和 Huh7 外泌体的脂质组成彼此相似，但与 U87 外泌体不同。

6.RNA

外泌体的另一个重要包含物是RNA，导致外泌体作为细胞内通讯的介质和各种信号传导途径的组成部分的出现。MSC-Exos包含 RNA，被发现包裹在富含胆固醇的磷脂中。仅在十二烷基硫酸钠 (SDS) 裂解缓冲液、胆固醇螯合剂、环糊精和磷脂酶 A2 存在的情况下，RNA 货物才容易被 RNase 降解证明了这一点。

溴化乙锭染色是一种常规用于检测 MSC 外泌体 RNA 的技术，发现它们主要由短 RNA（<300 nt）组成，而28S和18S RNA 不可见。外泌体的主要作用机制被认为是通过 microRNA 含量（miRNA、miR）进行转录后基因调控，这些微小的内源性 RNA 分子长度约为 22 个核苷酸。miRNA已被证明在健康和疾病中发挥着关键作用，包括癌症、心血管疾病和伤口愈合。MSC 衍生的外泌体 RNA 与 151 种 miRNA 探针的微阵列杂交揭示了 60 种 miRNA 和核糖体 RNA降解产物的存在。对 MSC 外泌体 miRNA 与其细胞 miRNA 的组成进行比较分析表明，来自 MSC 的 106 种 miRNA 并未分泌到MSC 外泌体中。这些结果表明 MSC 通过受调控的过程分泌选定的 miRNA 群。此外，在 MSC-Exos 中发现了大量的过客 miRNA。

已经对参与细胞内通讯和疾病的外泌体miRNA进行了几项研究。血浆来源的外泌体 miR-92a 对成纤维样滑膜细胞表现出抗凋亡作用，最终导致类风湿关节炎患者骨质破坏。研究人员发现，MSC 衍生的外泌体 miRNA 既可以促进又可以减少肿瘤生长。例如，李等人。发现 miR-16（一种已知靶向血管内皮生长因子（VEGF）的 microRNA）大量存在于 MSC 外泌体中，从而对肿瘤细胞产生抗血管生成作用。MSC 衍生的外泌体 miRNA 在心血管保护和再生修复以及抑制心脏细胞凋亡和纤维化方面也发挥着重要作用。邵等人，发现与 MSC 相比，MSC-Exos 包含较高量的心脏保护性 miRNA，如 miR-29 和miR-24，以及较低量的心脏攻击性 miR-21 和miR-15。此外，人们发现人羊膜上皮细胞来源的外泌体 miRNA 通过促进细胞迁移和成纤维细胞增殖在伤口愈合中发挥着至关重要的作用。人羊膜 MSC 衍生的外泌体 miRNA，miR-135a，通过下调大肿瘤抑制激酶 2 的表达来促进伤口愈合和成纤维细胞迁移。吴等人。进一步发现，MSC 衍生的外泌体 miR-100 对关节软骨提供保护，并通过抑制 mTOR 自噬途径帮助调节 OA 小鼠模型的软骨稳态。此外，已经确定血浆来源的外泌体 miRNA 参与“细胞外基质-受体相互作用”，并通过干扰细胞连接导致先天性巨结肠。装载有 miR-21 模拟物的人脂肪干细胞来源的外泌体在细胞增殖和角质形成细胞迁移中发挥着关键作用，用 miR-21 模拟物治疗糖尿病慢性伤口可通过胶原蛋白重塑、增加上皮再形成、血管形成来加速愈合。

7. 外泌体在损伤和疾病中的应用

人们发现外泌体，特别是源自间充质干细胞的外泌体，通过其所含的蛋白质和 RNA 对多种疾病和损伤具有巨大的益处。此外，由于外泌体是其母细胞的代表，随着细胞环境的变化，外泌体也会发生变化。因此，外泌体的数量和含量可以用作疾病状况变化的生物标志物。在以下部分中，我们总结了伤口愈合、神经损伤和肝脏疾病等问题的最新发现。

8. 伤口愈合

皮肤损伤通常是由于阳光、寄生虫或跌倒等因素造成的，通常会导致开放性擦伤，并可能导致感染。皮肤损伤的愈合是一个复杂的过程，该过程分为四个重叠阶段：（1）止血，（2）炎症，（3）增殖；(4) 成熟/重塑（图 5）。在第一阶段，止血，血小板形成血凝块以防止失血。同时，血小板分泌激素、细胞因子和趋化因子，包括肿瘤生长因子-β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）、血小板源性生长因子（PDGF）和成纤维细胞生长因子（FGF），以吸引炎症细胞（对伤口愈合重要的生长因子总结于表6中。炎症是伤口愈合的第二步，在受伤后 24 小时内开始，中性粒细胞浸润伤口并分泌产物，如 Toll 样受体 (TLR) 和活化B 细胞的核因子 к-轻链增强子 (NF- кB)，吸引并激活促炎 (M1) 巨噬细胞 [ 9 , 40 , 201 , 202 , 204 ]。M1 巨噬细胞吞噬病原体，产生氧化爆发，并在信号转导子和转录激活子 3 (STAT-3)等产物促进 M1 巨噬细胞极化为抗炎 M2 巨噬细胞之前清除凋亡细胞，从而刺激炎症消退。随着角质形成细胞和成纤维细胞在伤口边缘增殖，增殖开始。VEGF 和 FGF 水平升高会刺激血管生成，即形成新血管以将必需的营养物质、氧气和生长因子输送到受损组织的过程。成纤维细胞分泌未成熟的III型胶原形成新的细胞外基质（ECM），然后分化为肌成纤维细胞。这些细胞具有收缩能力，将伤口边缘拉在一起。最后，在成熟阶段，随着 III 型胶原蛋白被成熟的 I 型胶原蛋白取代，以前的 ECM 被多种酶降解，包括基质金属蛋白酶和纤溶酶原激活剂。与伤口愈合的其他阶段相比，疤痕的重塑是一个更长的过程：经过数月或数年，疤痕组织达到最终外观。这些阶段的正确顺序、时间安排和调节对于伤口愈合至关重要。这一过程中的任何不当行为都可能导致慢性溃疡或肥厚性疤痕的形成。其中的主要风险因素是衰老、糖尿病和顽固性感染等潜在疾病。成纤维细胞过度活动会导致增生性疤痕，并可能退化为疤痕疙瘩。

图 5：伤口愈合的阶段。伤口愈合过程中涉及的主要事件是止血、炎症、增殖和重塑。(1)止血是血液凝固的过程，是伤口愈合最短的阶段，仅持续几分钟。(2)炎症期包括血液凝固、吞噬、异物清除以及损伤部位生长因子和抗炎细胞的募集。(3)增殖期包括纤维增生、血管生成和细胞迁移、细胞募集、上皮再形成和伤口收缩。(4)最后，在重塑阶段，I型胶原蛋白在伤口部位取代了III型胶原蛋白。最终，通过细胞凋亡发生疤痕形成。

表 6：主要生长因子家族及其在损伤愈合中的应用总结

其中一种有前途的方法是利用 MSC 进行细胞疗法以及 MSC-Exos 在伤口愈合和再生中的可能作用。尽管使用间充质干细胞的研究表明，自体和同种异体间充质干细胞都给出了有希望的结果，但一些研究表明，当应用于慢性伤口时，来自间充质干细胞的条件培养基的有效性和再生能力与间充质干细胞相似或更强。因此，我们发现，MSC 衍生的分泌组以外泌体的形式携带可溶性因子和代谢物，在伤口愈合过程中发挥重要作用。最近的研究强调了 MSC-Exos，特别是外泌体的生长因子和 microRNA 含量，作为慢性皮肤溃疡和肥厚性疤痕的治疗方法的潜力，以及外泌体在调节不同阶段的可能作用。伤口愈合（有关伤口愈合的 microRNA 的详细列表，请参见表 7。外泌体可以靶向多种途径，包括磷酸肌醇 3 激酶 (PI3K)/AKT、ERK和 STAT-3，这些途径对于通过肝细胞生长因子 (HGF)、胰岛素样生长因子-1 等下游靶点促进和加速伤口愈合至关重要、神经生长因子（NGF ）和基质细胞衍生因子。此外，Shabbir 和团队的一项研究表明，MSC-Exo 给药诱导 VEGF 呈趋势增加。除了通过下游过程激活生长因子外，还在从不同来源的 MSC 分离的外泌体中发现了 VEGF、HGF 和 PDGF 等生长因子。在脐带 MSC-Exos 中发现了低水平的 TGF-β，当外泌体进一步装载 TGF-β 货物时，可以刺激血管形成和基质重塑。外泌体通过其对生长因子的影响和抑制，具有细胞增殖和分化调节特性以及高免疫调节、免疫抑制和血管生成活性，这些特性已在细胞培养和动物模型中得到证实。

表 7：参与伤口愈合各个阶段的 miRNA 列表。高表达的microRNA以粗体显示

外泌体已被确定为炎症的重要调节因子。重要的是，外泌体甚至在慢性炎症的情况下也是有益的，例如在糖尿病患者中发现的，其中较高水平的葡萄糖阻碍了适当的巨噬细胞极化（M1→M2），使这些患者容易出现慢性皮肤伤口。MSC-Exos可以促进巨噬细胞极化并减弱细胞因子分泌以解决炎症阶段。这些效应可以部分通过 microRNA 来解释，因为 miR-132 等microRNA在炎症过程中高度上调，并且可以通过TLR 的调节诱导 M2 极化。研究发现，位于 MSC-Exos 内的 miR-132 可以提高 IL-10 表达并降低 NF-кB、IL-6 和 IL-1β 水平，有利于炎症消退。一般来说，外泌体对增殖、胶原蛋白沉积和血管生成显示出显着的有益作用，即使在慢性伤口和糖尿病等合并症的情况下也是如此。几种 microRNA 参与此步骤，包括 miR-132、miR-126 和 miR-21。miR-132在增殖中发挥作用，因为它可以增加 STAT-3 和 ERK 通路的活性，从而促进角质形成细胞生长。装载 miR-132 的外泌体通过增加内皮细胞的管形成来改善血管生成。在类缺氧环境中，外泌体被发现富含 miR-126，它通过 PI3K/AKT 信号传导的下游激活帮助血管生成。虽然外泌体中可以发现许多 miRNA，但有些 miRNA 高度表达，包括 miR-21。这种重要的 microRNA 已被证明对多种疾病和损伤有影响。miR - 21促进角质形成细胞和成纤维细胞的迁移，刺激上皮细胞再形成，并促进胶原蛋白合成。此外，miR-21 可以解决炎症，因为巨噬细胞中的 miR-21 在包裹凋亡的中性粒细胞后会增加，这是从炎症过渡到增殖阶段的关键过程。此外，miR-21 可以通过抑制程序性细胞死亡蛋白 4 的表达来下调 TLR-4 介导的炎症。miR29a 和 miR29b 也被证明在 MSC-Exos 中水平升高，并在调节 TGF-β 和细胞生长中发挥关键作用；除了高表达的miR-23a外，29家族对血管生成也有很大的影响。

外泌体，特别是MSC-Exos，在促进快速有效的伤口愈合方面显示出巨大的潜力。外泌体可以直接应用于损伤，在动物模型中已被证明可以促进胶原蛋白合成以及成纤维细胞和角质形成细胞的增殖和迁移（表8 ）。这些影响部分归因于外泌体对 microRNA 水平和蛋白酶活性的调节。然而，越来越多的创造性方法正在开发中，以在新技术中利用这些多功能颗粒，例如将外泌体掺入凝胶中，然后将其应用于损伤处。这种治疗方法已被证明比单次直接施用外泌体更有益，因为其递送速度缓慢、稳定，一些凝胶递送外泌体长达一周。这些支架提供结构、水合作用并提高治疗选择的灵活性，因为水凝胶可用于治疗从基本皮肤损伤到深部神经损伤的伤口。随着伤口愈合策略的不断发展，外泌体的广泛适用性和治疗益处只会扩大伤口愈合技术的前景和效率。

表 8：MSC 衍生的外泌体在伤口愈合治疗中的应用

9. 脑损伤

脑损伤，包括创伤性脑损伤 (TBI) 或中风，可能导致长期残疾和预期寿命缩短，从而成为重大健康和经济问题。这些创伤会对神经组织和功能造成快速、急性和长期的损害。由于需要快速诊断以及难以通过血脑屏障（BBB）提供治疗，脑损伤的成功治疗受到限制。由于脑损伤后发生的无数变化，还会出现其他并发症。MSC-Exos 不仅能够通过静脉或鼻内递送穿过 BBB，而且在治疗慢性炎症和促进健康愈合方面具有有益作用，使其成为复杂脑损伤的潜在治疗方法（图 6 ）。

图 6. 外泌体在神经细胞通讯中的功能示意图。从不同类型的间充质干细胞（例如人脐带、脂肪组织、骨髓和神经干细胞）释放的外泌体具有多种研究和建议的生物学功能。通过鼻内、静脉内或其他途径递送的外泌体可以迁移到大脑并穿透血脑屏障。从那里，外泌体可以进入全身循环并到达遥远的目标。相反，外泌体可以穿过血脑屏障从血管内部进入中枢神经系统，并被神经元和神经胶质细胞吸收。外泌体含有多种内容（如图1所示），可以影响炎症、错误折叠的蛋白质、损伤和疾病。在 TBI 或中风等损伤状态下，外泌体与突触活动和神经存活相互作用，促进神经突生长，并可以促进髓鞘形成和血脑屏障修复。

运动、车祸、军事经历或跌倒的影响可能会导致大脑损伤，称为脑震荡或创伤性脑损伤 (TBI)。最初被认为是一种急性事件，现在研究表明，创伤性脑损伤会对大脑功能造成长期影响，从而缩短预期寿命。创伤性脑损伤会对大脑造成直接创伤，神经元、神经胶质细胞和血管会拉伸或撕裂，从而诱导细胞凋亡并损害血脑屏障。接下来是促炎性免疫反应，将神经胶质细胞招募到损伤部位；到达损伤部位后，免疫细胞被激活，吞噬死亡和受损的细胞，并分泌促炎信号。在中度至重度损伤中，这种炎症免疫反应无法正确解决，导致慢性炎症：慢性炎症的并发症可能会在损伤后持续数周至数年。来自骨髓、脐带和脂肪组织等多种来源的 MSC-Exos 在调节 TBI 后的炎症反应方面显示出巨大的潜力。当在 TBI 模型损伤后 24 小时输送MSC-Exos 时，控制皮质影响，研究人员发现炎症反应减少，从而通过增强神经发生和血管生成改善恢复。这种效应部分归因于外泌体中包含的 microRNA，例如 miR-9、miR-124和 miR-125b。这些 microRNA 调节重要的细胞因子，例如 IL-1β，从而促进神经发生。研究发现，外泌体治疗可以以剂量依赖性方式减少炎症标志物。此外，外泌体可以调节TLR- 4和巨噬细胞极化，从而促进TBI 后的恢复。重要的是，脑震荡后给予 MSC-Exos 不仅可以帮助发生分子变化，还可以改善脑损伤后常见的运动和认知缺陷。

另一种常见的脑损伤是中风，这是全球发病的主要原因，全球每年估计有 1500 万例中风。中风有多种类型，在诊断时很难区分所产生的并发症，包括缺血性中风（形成血栓，阻止血液流向大脑的一部分）和出血性中风（血管破裂）。中风后，大脑会缺氧、细胞死亡和过度炎症。有趣的是，外泌体被认为是中风严重程度的潜在生物标志物，对于诊断中风类型也很重要。卡拉尼等人，发现分泌的外泌体中的 microRNA 含量取决于患者所患中风的类型，缺血性中风患者中 miR-21-3p、miR-27b-3p 和 miR-132-3p 等 miR 升高。。除了作为中风生物标志物的外泌体之外，MSC-Exos 在治疗中风方面也具有非常有益的特性。缺血性中风护理的主要标准是输送组织纤溶酶原激活剂（tPA）；有趣的是，与单独使用 tPA 治疗相比，在 tPA 治疗中添加外泌体可显着改善中风后的功能结果。在中风模型中传递 MSC-Exos可实现长期神经保护、改善神经发生和神经血管重塑，以及增强运动功能、协调、感觉运动和空间学习方面的行为和神经性能。不同含量的外泌体已被证明有助于康复，从 VEGF 等生长因子到 microRNA。郑等人，发现 MSC-Exos 中的 miR-25 通过调节 BCL2/腺病毒 E1B 19 kDa 蛋白相互作用蛋白 3 改善了中风后的细胞活力，而在大脑中动脉闭塞模型中，MSC 分泌的 miR-133b 改善了神经发生和中风恢复。与 TBI 中的研究类似，MSC-Exos 可以通过调节炎症来改善恢复。赵等人的一项研究，发现 MSC 外泌体的递送显着减少炎症信号传导并促进小胶质细胞从 M1 极化到 M2 激活。miR-21、miR-199a、miR-124a 和miR-17 是众多外泌体 microRNA 中的一部分，已被证明在神经保护、免疫调节和损伤后恢复中发挥有益作用。总之，这些研究表明，外泌体对于神经损伤非常有益，不仅因为外泌体内容物提供了巨大的治疗价值，还因为这些囊泡可以通过静脉内和鼻内给药绕过血脑屏障。参见图 6，了解外泌体在脑愈合中的作用。

10. 肝脏疾病

肝脏疾病包括肝硬化（肝脏疤痕）和肝细胞癌等疾病，全世界每年约有 200 万人死亡。肝脏疾病的治疗方法各不相同，但一些与急性肝损伤和其他肝脏疾病相关的研究已经确定，外泌体可能具有治疗药物和肝脏疾病诊断的特异性生物标志物的双重功能。最近， Momen-Heravi等人的一份报告表明，在酒精性肝炎患者中，与健康人群相比，外泌体的数量被发现有所升高。某些 RNA 在源自肝病患者的外泌体中受到不同程度的影响，例如 miR-21 等 RNA 在肝细胞癌患者的外泌体中升高。这些发现为外泌体作为无创检测肝细胞癌和其他急性肝病的生物标志物奠定了基础。

外泌体在肝脏中的再生能力已被探索作为治疗剂，因为外泌体可以长距离携带货物以进行细胞通讯。多项研究发现，外泌体治疗有利于肝衰竭后的肝脏修复和再生，这种作用被认为是通过 Wnt 信号通路促进血管生成所致。此外，肝细胞来源的外泌体可以传递合成机制，在靶肝细胞中形成 1-磷酸鞘氨醇，从而在缺血、再灌注损伤或部分肝切除后实现细胞增殖和肝脏再生。还证明，肝细胞来源的外泌体在体外刺激肝细胞增殖，并在急性肝损伤期间促进体内肝再生；其潜在机制被认为涉及外泌体介导的中性神经酰胺酶和鞘氨醇激酶 2 在再生部位的转移。此外，研究表明，肝损伤后，循环外泌体水平升高具有增殖作用。MSC-Exos在四氯化碳 (CCl4) 诱导的肝损伤中的再生潜力也得到了研究。研究发现，这些外泌体通过促进增殖和再生反应有效减轻 CCl4 诱导的肝损伤。研究了源自人诱导多能干细胞来源的间充质基质细胞的外泌体在肝缺血再灌注损伤中的潜在作用。施用此类外泌体在肝缺血再灌注损伤的恢复中显示出良好的效果，抑制炎症反应，减弱氧化应激反应，并抑制细胞凋亡，表明外泌体是肝病的可行治疗选择。

11. 心血管疾病

心力衰竭和冠状动脉疾病等心血管疾病 (CVD) 是美国发病和死亡的主要原因，每年导致约 655,000 人死亡，并与巨额健康和财政支出相关。传统的CVD治疗主要包括移植和治疗；然而，接受移植可能是一个非常漫长的过程，而且治疗方法的临床疗效有限。因此，重点已转向新疗法的开发和验证，并启动了许多基于细胞的治疗干预措施来治疗心血管疾病。尽管基于细胞的治疗方法前景广阔，但它们面临着植入率低、移植细胞存活率低、致瘤潜力和免疫排斥等挑战。有趣的是，最近的实验数据表明，通过细胞疗法的自分泌和/或旁分泌作用实现的心肌保护功能可以通过外泌体来实现（图7）。外泌体在生理和病理性心血管过程中发挥着重要作用，包括调节血管生成、心肌细胞肥大、心脏纤维化、血压控制和抗凋亡作用，已得到广泛认可。此外，在心脏中，包括心肌细胞、心脏成纤维细胞、内皮细胞、血管、心脏祖细胞和干细胞在内的细胞释放外泌体。此外，外泌体由于其低免疫原性、最小的栓塞风险和生物相容性而缺乏基于细胞的疗法的一些问题，并且可以通过多种方式递送至心脏，包括工程外泌体、内源性外泌体、靶向外泌体或补体中包含的外泌体。在心肌梗塞（MI）等心脏应激源之后，心脏会经历广泛的心脏重塑，以恢复收缩功能。大量研究表明，心脏应激后，内源性外泌体可以改善心脏功能（图7 ）。这表明外泌体在心血管疾病的治疗中具有有效的治疗效用。

图 7. 用于心脏修复疗法的干细胞衍生的外泌体。( A ) 从不同类型的间充质干细胞中分离出的外泌体携带并递送蛋白质、核酸（DNA、miRNA、mRNA 和其他 RNA）和代谢物至损伤的心脏组织，从而促进心脏保护作用。（B）基于外泌体的心脏修复疗法中组织工程方法的示意图。可以使用 tRNA、miRNA 或 mRNA 对 MSC 或外泌体进行基因修饰，以使用基因递送方法或 CRISPR/Cas9 表达所需的基因。MSC衍生的外泌体可以作为治疗载体来递送生物分子或药物分子，并进一步浸入支架中并以贴片、可注射支架或3D组织构建体的形式递送，以增强外泌体的功能。同样，外泌体可以与靶向肽化学缀合，以进一步增强静脉内递送时的功效和保留。

基于外泌体的无细胞疗法对心血管疾病的治疗潜力适用于多种疾病，包括心肌梗死、动脉粥样硬化和扩张型心肌病。外泌体的心脏保护作用可以通过缺氧预处理、基因编程或药物干预等预处理来增强。在心肌梗死中，越来越多的证据表明外泌体的施用可以增强心脏修复。例如，一项研究表明 MSC-Exos 通过下调 CD68 的表达来改善心脏功能。从 miR-146a 修饰的脂肪源性干细胞 (ADSCExos) 获得的外泌体已被证明可以通过抑制促炎细胞因子（IL-6、IL-1β、和肿瘤坏死因子-α）。同一份报告进一步证明，ADSCExos 通过早期生长反应因子 1 下调来阻止心肌细胞凋亡，从而改善心脏功能。来自阿托伐他汀 (ATV) 预处理的 MSC (MSCATV-Exos) 的外泌体可通过降低 IL-6 和 TNF-α 水平、促进血管生成和预防 MI 后的细胞凋亡来改善心脏功能障碍并减少梗塞面积。MSCATV-Exos 在 lncRNA H19 中含量丰富，可调节 miR-675 表达和促血管生成因子的激活。脂肪基质细胞 (ADSC) 衍生的含有 miR-93-5p 的外泌体也通过提供针对自噬、细胞凋亡和炎症的保护而有益于 MI 的治疗。另外，在 MI 小鼠模型中，缺氧衍生的外泌体 miR125b-5p 通过抑制促凋亡基因p53和p53 的表达发挥心脏保护功能并增强心脏修复。BAK1，从而抑制心肌细胞凋亡。

外泌体在动脉粥样硬化治疗中的治疗前景也得到了研究。MSC-Exos 通过上调 miR-let7 诱导 M1→M2 巨噬细胞极化，在阻碍动脉粥样硬化进展中发挥保护作用，这种作用在不同的缺血再灌注 (I/R) 损伤动物模型中也显示出来。心肌 I/R 损伤后，外泌体主要通过 miRNA（miR-182、miR-146a、miR）的穿梭，通过限制心脏成纤维细胞增殖、创造抗炎微环境和改善心脏功能，帮助心脏修复并缩小心肌梗死范围。此外，兰克福德和同事已经证明，MSC-Exos 对扩张型心肌病有效，因为外泌体通过阻碍炎症细胞因子的表达并增强抗炎性M2 巨噬细胞相对于 M1 巨噬细胞的产生来减少心室扩张。在慢性心力衰竭中，一项研究表明外泌体 miR-146 水平显着升高，可以抑制炎症反应。

尽管外泌体的治疗潜力已被广泛研究，但它们也能够传播心脏病中的有害病理。在 MI 中，激活的巨噬细胞分泌的富含 miR-155 的外泌体被发现可以负向调节成纤维细胞分化并促进炎症，从而加剧心脏破裂。在动脉粥样硬化方面，Gao等人，报道称，树突状细胞来源的外泌体通过引发炎症反应来诱导动脉粥样硬化的进展。总而言之，尽管这些关于CVD的初步研究取得了有希望的结果，但在外泌体治疗能够完全实现有用的临床结果之前，仍然有许多问题必须得到解答（图7）。

12. 骨再生

骨骼健康是一个日益严重的问题和公共卫生问题，在美国，每年约有 850,000 人遭受骨折，而约 2500 万人因骨密度低而面临受伤的高风险。在骨重塑和骨折愈合过程中，破骨细胞重新吸收旧骨或受损骨，而新骨则由成骨细胞合成。愈合级联启动，导致炎症细胞的募集、新血管的形成以及骨折部位血肿的形成。这些骨折的治疗包括自体和同种异体移植；然而，这些手术的恢复时间较长，因此增加了并发症的可能性。近年来，基于组织工程的生物材料和细胞疗法已成为骨折治疗的主要参与者。研究发现，基于细胞的疗法的生物学效应主要是通过外泌体来实现的，因此，外泌体对骨修复的调节已成为一种可行的治疗策略。外泌体由成骨细胞、破骨细胞、骨细胞和骨髓间充质干细胞等细胞类型分泌，已知它们介导细胞通讯并参与骨微环境的调节。此外，大量研究证实了外泌体在骨重塑和骨折愈合中的潜在调节作用，表明外泌体可以用作促进骨组织修复的个体化治疗策略。

各种来源的外泌体已被证明有益于骨修复。其中最主要的是 MSC-Exos，它通过 microRNA 调节在诱导骨分化活性方面发挥着有前途的作用。从脂肪组织间充质干细胞中获得的外泌体，经过 TNF-α 预处理，通过调节 Wnt 通路促进原代成骨细胞分化。另外，源自矿化成骨细胞的外泌体通过直接调节成骨细胞增殖并通过介导 miRNA 谱刺激成骨细胞前体分化为成熟成骨细胞来促进新骨生长。这依次激活了骨形成和基质矿化的下游信号通路。另一组报道，从人诱导的多能干细胞来源的 MSC 中分离出的外泌体通过激活 PI3K/AKT 通路有效增强 β-TCP 的骨诱导能力。此外，这项研究表明，在免疫功能正常的大鼠骨软骨缺损模型中，MSC-Exos通过增强早期细胞浸润和增殖、诱导滑膜巨噬细胞极化并表现出抗凋亡活性来促进软骨再生。

骨重塑是一个持久的过程，外泌体在其中发挥着至关重要的调节作用。源自成骨细胞的外泌体刺激体内破骨细胞的分化，因此外泌体治疗可用于增强受损组织的去除。研究还表明，在缺乏外泌体产生的 CD9 - / -小鼠股骨骨折模型中，愈伤组织形成延迟，导致骨愈合缓解。MSC-Exos的施用挽救了这种延迟的修复，进一步支持了外泌体在骨修复中的有益作用。该研究进一步解释说，与从预条件培养基中培养的 MSC 分离的外泌体相比，对照外泌体缺乏与骨修复相关的细胞因子，例如单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)、MCP-3 和基质细胞。在大鼠骨软骨缺损模型中，关节内施用人胚胎 MSC-Exos 可诱导外观增强并改善组织学评分；经过12周的治疗，软骨和软骨下骨完全恢复。此外，研究表明，过度激活的炎症反应或炎症减弱分别导致骨组织损伤或坏死组织积聚。MSC-Exos 被证明可以通过有效抑制促炎因子 IL-1β 和 TNF-α 的水平，同时增加抗炎因子 TGF-β 的水平，减少炎症引起的骨折愈合延迟。

血管化是骨形成中的一个重要事件，因为它改善了氧和营养成分的扩散，这对于新骨形成至关重要。各种报告表明外泌体参与内皮细胞（EC）的活动，包括迁移、增殖和管形成。源自内皮祖细胞的外泌体通过激活人脐静脉内皮细胞和人哺乳动物 EC 中的 eNOS 和PI3K/AKT 途径，在体外和体内诱导血管样结构的形成 [403 ]。此外，MSC-Exos 在血管生成中的贡献已得到充分证实。研究人员表明，MSC-Exos 内化到基于组织工程的基质中，从而产生促血管生成和促骨生成活性，表明外泌体可以调节协同骨再生并增强血管生成。此外，在一项体内研究中，给予骨质疏松大鼠的 MSC-Exos 在给药后八周后血管生成和成骨作用增强。然而，血管生成和骨生成的耦合潜在机制仍不清楚。

骨病修复的主要作用机制是通过 microRNA 活性和调节进行，其中许多已在外泌体中得到鉴定。例如，研究人员发现miR-199b 参与 Runx 2 的调节，Runx 2 是成骨细胞和骨细胞分化的主要转录因子。Let-7通过下调高迁移率组AT-hook 2表达来正向调节成骨和新骨形成，而上调miR-135b水平显着抑制MSC的成骨分化。在人类 MSC 和人类非限制性成体干细胞中，miR-221 下调显示可刺激成骨分化。miR-21 在提高骨折愈合率方面的关键作用也在大鼠闭合股骨骨折模型中得到了证实。富含miR-21 的外泌体具有抗细胞凋亡特性，可以通过调节小母体对抗十肢瘫痪 7 (Smad7) 和调节 PI3K/β-catenin 通路来促进成骨细胞生成。外泌体还可以作为生物标志物，因为在成骨过程中发现了 MSC-Exos 中 miRNA 图谱的改变。因此，富含特定因子（例如 miRNA、细胞因子或生长因子）的外泌体中的特殊货物的参与可以在骨修复和诊断过程中发挥至关重要的作用。这些集体数据和积极的结果为基于外泌体的骨折愈合协同疗法提供了新的见解。

13.新冠肺炎 (COVID-19)

2019年底，中国卫生部门报告武汉市爆发不明原因肺炎。这导致了全球大流行（现在称为 COVID-19）的发生，导致全世界数千人死亡并感染数百万人（https://coronavirus.jhu.edu/map.html于 2021 年 6 月 25 日访问）。COVID-19 对社会产生了巨大的不稳定影响，包括医疗保健部门和经济，甚至是最发达国家的经济。已知一种名为 2019-nCoV（后更名为 SARS-CoV-2）的新型冠状病毒是其病原体，首次从患者的气道上皮细胞中分离出来。SARS-CoV-2 首次在中国进行测序，发现与之前发现的病毒（包括 MERS-CoV 和 SARS-CoV）不同。它现在被认为是已知感染人类的冠状病毒家族的第七个成员。SARS-CoV-2主要通过易感人群个体内的飞沫传播。它还被证明可以在玻璃和纸币表面存活 24-72 小时。然而，SARS-CoV-2 感染的确切分子机制目前尚不清楚。

由于高增殖率、高分化和巨大的来源潜力等特性，间充质干细胞已被广泛研究为基于干细胞的退行性疾病、心血管疾病和肺部疾病治疗的有用工具。最近，多项研究表明，COVID-19 可以劫持人体的免疫系统并引发过度反应，最终导致极度炎症和器官损伤。在COVID-19 中，感染肺部后，SARS CoV-2 病毒会与其他免疫细胞一起触发细胞因子分泌的免疫反应，从而导致称为细胞因子风暴的过度炎症状况。大量研究表明，MSCs可以与B细胞、DC、自然杀伤细胞、巨噬细胞、T细胞和中性粒细胞等免疫细胞相互作用并调节其功能。在 COVID-19 中，SARS-CoV-2 通过与血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 结合进入体内，血管紧张素转换酶 2 是一种位于许多细胞类型膜上的酶，包括肺中的细胞膜。MSC 不包含任何 ACE2 受体，因此对 SARS-CoV-2 具有免疫力。最近的研究发现，在COVID-19患者体内移植间充质干细胞具有免疫调节作用，可以通过间充质干细胞的再生潜力来预防细胞因子风暴并减少对组织的损伤。

有趣的是，多项研究表明，源自 MSC 的外泌体可抑制细胞因子释放并降低炎症水平。除此之外，Dinh 等人。研究表明，外泌体可以帮助肺纤维化条件下的肺再生。因此，外泌体有可能与其他疗法联合用于治疗重症COVID-19患者（图8）。迄今为止，已有 90 多项基于 MSC 的呼吸系统疾病研究已注册进行临床试验 ( https://clinicaltrials.gov，访问日期：2021 年 6 月 25 日）。此外，中国瑞金医院注册了一项试点临床研究，探索在 COVID-19 危重患者中吸入同种异体脂肪间充质干细胞衍生的外泌体（ClinicalTrials.gov标识符：NCT04276987）。同样，其他几项类似的临床试验研究也已在世界范围内注册（表 9）。因此，越来越多的证据表明，在 COVID-19 治疗中使用 MSC-Exos 可能会限制患者的呼吸系统并发症。

图 8. 细胞因子风暴在 SARS-CoV-2 感染中的作用以及 MSC 和 MSC 衍生的外泌体可能的治疗作用的示意图。（A) SARS-CoV-2 的发病机制；SARS-CoV-2 病毒以肺上皮细胞为目标。在此过程中，巨噬细胞等免疫细胞识别病毒颗粒并开始产生促炎细胞因子。这些细胞因子吸引更多的免疫细胞，从而增强细胞因子的产生。这会产生一个炎症循环，通过纤维蛋白的形成损害肺细胞。这种损伤会导致血管衰弱，导致液体渗入并填充肺腔，导致呼吸衰竭和多个器官衰竭。间充质干细胞和间充质干细胞衍生的外泌体具有抑制炎症反应和防止多器官衰竭进展的强大能力。（B) MSC 和 MSC 衍生的外泌体治疗严重 SARS-CoV2 病例的假定机制；间充质干细胞和间充质干细胞衍生的外泌体具有抑制炎症反应和防止多器官衰竭进展的强大能力。在诱导外泌体释放的条件培养基中培养的分离的 MSC。MSC 识别细胞外信号并开始将几种调节因子包装到外泌体中，然后释放到条件培养基中。这些外泌体含有不同的生长因子、代谢酶、参与免疫调节的分子、细胞因子受体、对细胞分裂和增殖重要的分子、DNA 和调节 miRNA。在MSC衍生的外泌体疗法中，外泌体通过静脉内或通过气雾吸入施用。

表 9. 已注册的基于外泌体细胞的治疗 COVID-19 的临床试验列表

14.结论与感悟

近年来，人们已经确定外泌体具有调节潜力，并在多种生物过程中发挥关键作用。外泌体对慢性伤口愈合、神经损伤和心血管功能障碍等疾病显示出巨大的治疗潜力。外泌体在生物标志物研究领域也获得了广泛关注，现在甚至被视为基于干细胞的再生疗法的替代策略。外泌体可以通过基因工程将不同的治疗部分递送至所需靶点。这些货物包括重组蛋白、antagomir、短干扰RNA、反义寡核苷酸和免疫调节剂。

此外，为了更好地利用外泌体，需要在外泌体的生物发生、细胞摄取和运输领域进行广泛的研究。此外，涉及在再生医学中使用外泌体的其他关键挑战需要进一步研究，例如分离、纯化、优化、标准化、质量控制，并进一步探索外泌体与靶细胞通讯的分子机制。总体而言，各种来源的外泌体在再生医学和组织工程中的潜力非常有前景。