脂肪干細胞外泌體功能研究進展

張森鵬，全 明，葉爾柏，周玉其，張維炊，楊 春*，杜以寬（.廣東醫(yī)科大學干細胞與再生組織工程重點實驗室，廣東東莞 523808；2.東莞市人民醫(yī)院中心實驗室，廣東東莞 523059）

脂肪干細胞(ADSCs）具有分化成不同細胞系的能力，還具有促進內皮細胞、纖維細胞遷移和增殖等功能[1]。研究表明，ADSCs 主要通過其外泌體發(fā)揮作用[2]。外泌體是一種直徑小于150 nm 的細胞外囊泡結構，將蛋白質或核酸運輸到需要修復的靶細胞，介導局部和系統(tǒng)的細胞間通信和信號轉導，調節(jié)受損組織細胞的多種生物學行為[3]。相比于ADSCs，脂肪干細胞外泌體（ADSCs-Exos）具有性質更穩(wěn)定、便于管理和運輸、不含活細胞、生物學功能不隨時間延長而衰減、低抗原性等優(yōu)點[1,4]。因此ADSCs-Exos 作為一種無細胞療法，在組織修復與再生等方面具有廣闊的應用前景。本文就ADSCs-Exos 的研究成果及現(xiàn)狀作一綜述。

1 促進傷口愈合和血管新生

1.1 促進成纖維細胞增殖、遷移及分化

Hu[5]和Zhang[6]等發(fā)現(xiàn)ADSCs-Exos 通過增加N-鈣粘蛋白、cyclin-1、增殖細胞核抗原和Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白基因的表達，或通過PI3K/Akt 信號通路促進膠原的合成，刺激成纖維細胞增殖與遷移，促進皮膚無瘢痕修復。Ren 等[7]研究報道ADSCs-Exos 可顯著上調成纖維細胞增殖標志物（cyclin D1、cyclin D2、cyclin A1、cyclin A2）的表達，能夠顯著促進成纖維細胞以及過氧化氫誘導的表皮角質細胞、人皮膚成纖維細胞的增殖與遷移。進一步研究發(fā)現(xiàn)透明質酸結合ADSCs-Exos能夠明顯促進急性皮膚傷口的愈合[8]。

1.2 促進血管內皮細胞增殖、遷移和分化

研究表明ADSCs-Exos 可上調生長因子（VEGFA、PDGFA、EGF、FGF2）的表達，在體內外顯著促進人臍靜脈血管內皮細胞的增殖、遷移及血管形成[1,7]，且低氧情況下效果更加顯著[9]。同樣在缺氧[10]或缺糖損傷情況下[11]，ADSCs-Exos 的miR-181b、miR-126 可促進內皮祖細胞的遷移和血管生成，且在過氧化氫存在的情況下更有利于血管的生成[12]。ADSCs-Exos 富含的miR-125a 和miR-31，可轉移到血管內皮細胞中刺激細胞增殖以及促進血管生成[13]。此外，ADSCExos還能促進皮瓣的血管化[14]。ADSCs-Exos促進血管新生的作用為缺血再灌注損傷、人工皮膚中皮瓣新生血管不足、愈合不良的治療提供了新策略。

1.3 調節(jié)膠原合成，減少疤痕形成

Yang 等[15]發(fā)現(xiàn)，ADSCs-Exos 高表達的miRNA-21 可以增強膠原合成，優(yōu)化膠原沉積，顯著改善小鼠全層皮膚傷口的愈合效果。ADSCs-Exos 早期通過Ⅰ、Ⅲ型膠原的合成促進膠原重塑，晚期則通過抑制膠原形成減少瘢痕形成[5]。Wang 等[16]發(fā)現(xiàn)具有ADSCs-Exos的水凝膠和水凝膠支架載體材料釋放的ADSCs-Exos 可以顯著增加皮膚附件的再生，減少疤痕組織的形成。

2 協(xié)調成骨與破骨作用

ADSCs-Exos 具有顯著的成骨誘導能力[17]。體外研究證實ADSCs-Exos 可通過減少核因子κb 配體受體激活劑的表達從而拮抗缺血、缺氧引起的骨細胞凋亡，減少破骨細胞生成[18]。研究表明多巴胺的羥基乙酸共聚物（PLGA）/聚多巴胺（PDA）［19］、β-磷酸三鈣支架［20］與ADSC-Exos 組合，可增強ADSC-Exos 促進人骨髓來源干細胞成骨、增殖和遷移的能力。此外，ADSCs-Exos 高表達的miR-375 可以促進骨再生，且50 mg/L 的Exos（miR-375）可促進人骨髓間充質干細胞的成骨分化[21]。

3 雙向調節(jié)作用

3.1 細胞凋亡中的抑制與激活

ADSCs-Exos 在心臟、神經系統(tǒng)、骨組織、腎臟等損傷以及血清饑餓處理或化療藥物5-氟尿嘧啶誘導的乳腺癌中具有抑制細胞凋亡的作用，而其在轉移性前列腺癌、A2780 和SKOV-3 卵巢癌細胞中則起到激活細胞凋亡的作用。ADSCs-Exos可抑制缺血再灌注損傷[12]、氧化應激[22]、缺氧[23]情況下的心肌細胞凋亡。在缺血再灌注損傷情況下，Bai等[12]研究中指出，在過氧化氫刺激下可促進ADSCs-Exos抑制心肌細胞凋亡的作用。在小鼠腎臟缺血再灌注損傷中，ADSCs-Exos抑制腎臟細胞凋亡，促進腎臟細胞增殖[24]。ADSCs-Exos可通過上調Bcl-2/Bax抑制坐骨神經損傷部位的施旺細胞（SCs）[25]、血清剝奪誘導的骨樣細胞系MLO-Y4細胞[18]的凋亡。在各類癌細胞中，Wang等[26]指出ADSCs-Exos 可激活Hippo 信號通路的兩個關鍵下游效應蛋白YAP 和TAZ，在體外促進乳腺癌細胞的增殖和遷移，并保護其免受血清饑餓處理或化療藥物5-氟尿嘧啶誘導的早、晚期癌細胞的凋亡。但ADSCs-Exos 對不同類型癌細胞的效果不同。如ADSCs-Exos 分泌的miR-145 可通過caspase-3/7 途徑抑制轉移性前列腺癌細胞增殖，誘導癌細胞凋亡[27]。Reza 等[28]則證明了ADSCs-Exos 通過誘導細胞周期S、G2期阻滯，從而抑制A2780和SKOV-3卵巢癌細胞的增殖與集落形成能力，促進其凋亡。

3.2 細胞自噬中的抑制與激活

ADSCs-Exos在細胞自噬中具有雙向作用，如在肝受損細胞和糖尿病、腎病的足細胞中起到激活自噬的作用，而在坐骨神經損傷的SCs中起到抑制自噬的作用。Qu 等[29]指出ADSCs-Exos 能選擇性轉移miR-181-5p到受損的肝細胞，通過抑制其STAT3/Bcl-2/Beclin 1途徑增加自噬，有效治療肝病。也有研究表明ADSCs-Exos 攜帶的miR-486 可以抑制足細胞中Smad1/mTOR 信號通路的激活，導致自噬增加以及足細胞凋亡減少[30]。相反，ADSCs-Exos 通過減輕坐骨神經損傷部位的SCs自噬作用，還可以加速周圍神經損傷的修復[31]。

4 免疫反應中的作用

4.1 抗炎

ADSCs-Exos可介導miR-21-3p、miR-17、miR-223 等抑制炎癥反應。其中ADSCs-Exos 通過miR-21-3p 抑制缺氧/再氧化處理細胞的凋亡，還可通過miR-21-3p 上調MAT2B，進而抑制腦組織的凋亡和炎癥反應[32-33]。ADSC-Exos 也可介導miR-17 和miR-223 發(fā)揮作用，通過靶向硫氧還原蛋白互作蛋白（TXNIP）和抑制肝巨噬細胞炎癥小體激活，減少炎癥的發(fā)生[34]。另有研究報道ADSCs-Exos 可通過抑制NF-κB 和MAPK 信號通路，抑制BV2 小膠質細胞的活化，從而抑制TNF-α、IL-6、IL-1β、iNOs 等炎癥因子的基因表達和蛋白分泌，保護細胞免受損傷[35-36]。在IL-1β 刺激的關節(jié)炎軟骨細胞中，ADSCs-Exos使核因子-κB 和激活蛋白1 活化降低，增強抗炎細胞因子IL-10 的產生和膜聯(lián)蛋白A1 的表達，減少炎癥反應[37]。此外ADSCs-Exos 可誘導巨噬細胞向抗炎M2 細胞極化[38]，并促使其表達高水平的酪氨酸羥化酶、精氨酸酶-1 和IL-10[39]。ADSCs-Exos 還可以通過調節(jié)Treg細胞數量、降低血脂和炎癥因子，緩解葡聚糖硫酸鈉誘導的急性結腸炎模型小鼠的癥狀[40]。

4.2 免疫調節(jié)

ADSCs-Exos 具有免疫調節(jié)作用，可降低體內的IFN-γ、IL-1β、TNF 等的水平，抑制體外刺激下T 細胞的增殖、分化及活化，調節(jié)機體的免疫功能，促進組織修復[41-42]。此外，ADSCs-Exos 攜帶的miR-223 可誘導巨噬細胞極化，具有免疫調節(jié)的作用，且低氧條件下作用更顯著[43]。在血管復合異體移植術中，ADSCs-Exos 處理后的供體細胞嵌合性、Tr1、Treg 明顯增加，CD4T、Th1細胞明顯減少，抑制同種異體免疫反應[44]。

5 作為靶向治療的轉運載體

研究表明含有聚吡咯鈦的ADSCs-Exos 可以顯著促進體內成骨[45]。Li 等[46]以ADSCs-Exos 為載體，將CD63-血管內皮生長因子靶向輸送到淋巴內皮細胞，顯著促進了淋巴內皮細胞的增殖、遷移和淋巴管形成，從而治療淋巴水腫。此外Zhang 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs-Exos是miRNAs或circRNAs的重要載體，在非小細胞肺癌中，circ-100395 過表達的ADSCs-Exos 可以抑制非小細胞肺癌細胞的生物活性，從而抑制非小細胞肺癌的惡性轉化。而載有miR-381 的ADSCs-Exos 可在體外抑制人乳腺細胞系MDA-MB-231的增殖、遷移和侵襲能力[48]。研究表明，對奧沙利鉑耐藥的結直腸癌細胞Exos 可將circ-0005963（即ciRS-122）傳遞給敏感細胞，促進糖酵解和耐藥性，而Exos 轉運的si-ciRS-122 在體內可通過調控ciRS-122-miR-122-PKM2 通路抑制糖酵解，逆轉對奧沙利鉑的耐藥[49]。同樣，ADSCs-Exos 是否可以通過某些機制參與調控細胞的耐藥性也值得我們探討，這將為癌癥耐藥性治療提供新思路。

6 其他作用

除上述的功能外，ADSCs-Exos在調節(jié)肥胖、調控胰島素抵抗、促進組織再生等方面也具有一定功能。ADSCs-Exos 可以轉移到巨噬細胞中誘導抗炎M2 表型，增加解偶聯(lián)蛋白1 的表達，促進白色脂肪組織的形成，從而改善肥胖相關的炎癥和代謝。在肥胖小鼠模型中，ADSCs-Exos 可以降低肥胖引起的全身胰島素抵抗和肝臟脂肪變性[39]。ADSCs-Exos 可以通過刺激PI3K-Akt、Jak-STAT 和Wnt 等與神經再生相關的信號通路，促進SCs 的增殖、遷移、分化，進而促進神經再生[50-51]。ADSCs-Exos 還可以通過激活內皮細胞中PI3K/AKT 信號通路減輕組蛋白誘導的內皮損傷，從而改善急性肺損傷[52]。此外，Wu 等[53]研究發(fā)現(xiàn)ADSCs-Exos 可以促進毛囊的發(fā)育與再生，促進頭發(fā)的再生。

7 小結與展望

本文通過總結ADSCs-Exos 的功能和研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)ADSCs-Exos 在血管重建、組織修復與再生、抑制腫瘤生長、靶向治療等領域有較大的發(fā)展空間，其活性和生物學功能受環(huán)境影響。如在低氧環(huán)境或過氧化氫刺激下，ADSCs-Exos 促血管新生和免疫調節(jié)的效果更加顯著。此外，ADSCs-Exos 可作為靶向治療的轉運載體，利于定向治療，減少副作用。其聯(lián)合治療效果較為明顯，如透明質酸、多巴胺的PLGA、β-磷酸三鈣和水凝膠支架等與ADSCs-Exos 結合，可以更好地發(fā)揮作用，這些都為ADSCs-Exos 的功能優(yōu)化提供了策略。

ADSCs-Exos 具有雙向調節(jié)作用，如促進或抑制細胞凋亡及自噬、對炎癥反應和免疫調節(jié)的正負調控等。在損傷情況下，為實現(xiàn)組織修復再生，ADSCs-Exos 往往起到抑制細胞凋亡的作用；但在癌細胞中，ADSCs-Exos 既可抑制細胞凋亡，也可促進凋亡，這一作用可能取決于癌癥的類型或ADSCs-Exos中miRNAs的種類。如前所述，ADSCs-Exos 抑制乳腺癌細胞凋亡時，伴隨有Hippo 信號通路的兩個關鍵下游效應蛋白YAP和TAZ的激活，而miR-151等家族成員被證實具有促癌功能[26]。那么ADSCs-Exos 是否通過介導miR-151 抑制乳腺癌細胞凋亡，ADSCs-Exos 與miR-151 之間與Hippo 信號通路效應蛋白YAP 和TAZ 是否存在聯(lián)系，如何利用好ADSCs-Exos 這把“雙刃劍”調節(jié)腫瘤生長，還有待進一步研究。