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干细胞源性外泌体:自身免疫性疾病的新曙光

发布时间:2023-10-10    浏览量:0

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)目前被广泛应用于组织损伤的修复、免疫功能紊乱性疾病的稳态再平衡以及异体移植后的免疫排斥反应抑制,可通过调节炎症反应和参与组织修复再生应用于一些炎症性相关疾病研究表明,免疫调节功能是影响MSCs治疗效果的主要因素


MSCs来源的外泌体因为其免疫源性更低、穿透能力更强,被大众所关注,也被更多的研究学者所青睐。近年来,研究发现外泌体对于许多疾病有着临床应用的意义。

在《Stem Cell Research & Therapy》中的一篇文章中,研究人员表示,外泌体是一种极具潜力的无细胞治疗工具

相比于传统的干细胞疗法,外泌体的应用不仅副作用更小,而且可应用范围十分广泛,对阿尔茨海默氏症、1型糖尿病、胰腺癌、慢性肾病甚至皮肤的痤疮疤痕等,可作为一种未来新的临床应用策略

“新星”—外泌体

关于干细胞源性外泌体,之前也在文章中详细为大家进行了介绍:它是一种细胞内吞来源的直径在30~100nm之间的细胞外囊泡,由细胞膜内陷形成细胞内囊泡,囊泡膜经过体内各种酶类的修饰,形成多囊体,一部分多囊体被送入溶酶体降解,一部分多囊体与细胞膜融合,将外泌体分泌到胞外。


外泌体内含有大量蛋白质、脂质、转录因子以及DNA、mRNA、miRNA这些物质能作为细胞的营养和生物活性信号传导给其它细胞,从而指导细胞的生命活动,执行吸收、修复、生长等细胞行为,通过与靶组织受体结合或与质膜融合的方式作用于靶细胞并发挥其功能


研究表明,间充质干细胞来源外泌体在心肌损伤、急性肾小管损伤、神经组织再生、肺损伤等多种疾病中具有重要的作用间充质干细胞还可通过外泌体发挥免疫调控作用[1]

干细胞源性外泌体具有免疫调节作用

间充质干细胞来源外泌体可以调控固有免疫与适应性免疫应答,可通过抑制T淋巴细胞功能、降低B细胞的活化增殖与分泌、影响巨噬细胞分化与树突细胞成熟、抑制NK细胞细胞毒活性来发挥其免疫调控作用,见下图。

干细胞源性外泌体的免疫调控

干细胞源性外泌体调控固有免疫应答

①巨噬细胞:巨噬细胞可分为M1型和M2型,M1型巨噬细胞表面标志物有:CD86、CD197、HLA- DR等,主要参与促炎反应,能分泌大量的炎症介质,它们均具有很强的抗原提呈作用。M2型巨噬细胞表面标志物有:CD163、CD206、CD209 等,它主要是抑制炎症反应促进损伤组织的修复,通过减少炎症因子的释放和分泌Arg- 1、VEGF、IL-10等发挥抗炎效应。Domenis等[2]证实脂肪来源的MSCs在细胞因子刺激后产生的外泌体与单核细胞共培养时,将促进单核细胞向抗炎型M2型巨噬细胞转化

②自然杀伤细胞:NK细胞不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关,而且在某些情况下参与超敏反应和自身免疫性疾病的发生,能够识别靶细胞、杀伤递质。研究表明,在败血症小鼠模型体内,MSCs的分泌物可通过激活JAK/STAT 信号通路,上调细胞因子信号转导抑制因子3的目的基因,从而抑制NK细胞的增殖和功能。此外,用人胎肝MSCs和其来源的外泌体分别处理NK细胞时,外泌体可发挥与干细胞相似的功能,包括抑制NK细胞的增殖、活化和细胞毒性[3]


干细胞源性外泌体调控适应性免疫

①T淋巴细胞:T淋巴细胞按照功能和表面分子标志为:细胞毒性、辅助性、记忆性和调节性T细胞,其中辅助性T细胞17和调节性T细胞已成为近年来在自身免疫炎性疾病中研究的热点。一旦辅助性T细胞17和调节性T细胞这种抑制炎症和促进炎症的平衡发生紊乱,将导致移植物排斥和多种自身免疫性疾病的产生,见下图。

△T细胞亚群失衡相关疾病

研究表明将人脐带MSCs来源的外泌体加入到正常人外周血单个核细胞培养基中,作用72h后,CD4+CD25+FoxP3+调节性T细胞比例升高,同时细胞分泌的TGF-β1升高,IL-6、IFN-γ、TNF-α水平降低。


② B淋巴细胞:B淋巴细胞是机体内体液免疫的主要效应细胞当B淋巴细胞功能异常时可分泌针对自身组织的抗体导致多种抗体相关的自身免疫性疾病的发生。目前关于MSCs来源的外泌体与B淋巴细胞的研究报道较少,但以往的研究表明MSCs分泌的TNF-α、TGF-β、IFN-γ等可以抑制B淋巴细胞的增殖,减少IgA、IgG、IgM抗体的分泌,同时抑制趋化受体CXCR4、CXCR5、CXCR7的表达,以上间充质干细胞对B细胞的作用是来源于细胞间直接接触还是通过外泌体的调控作用,或两者皆有还需继续研究来确定。


干细胞源性外泌体可调节抗原提呈

树突状细胞是目前所知功能最强的抗原提呈细胞,可摄取、加工处理抗原并提呈给T、B淋巴细胞,刺激并使其活化。正常情况下体内绝大多数的树突状细胞属于未成熟树突状细胞,它们在摄取抗原或者受到细胞因子刺激时就会逐渐分化成熟。


研究报道,间充质干细胞来源外泌体可以抑制树突状细胞的成熟,在间充质干细胞来源外泌体与单核细胞共培养条件下,未成熟树突状细胞经脂多糖刺激后表达成熟树突状细胞特异性标志CD83和共刺激分子CD80、CD86,这说明间充质干细胞来源外泌体可以维持树突状细胞在未成熟状态。此外,间充质干细胞来源外泌体还促进细胞因子的分泌[4],从而促进T细胞的增殖,并且增强了Treg细胞的分化

干细胞源性外泌体

自身免疫性疾病方向的临床应用

自身免疫炎性疾病是一种免疫应答紊乱,免疫系统对机体自身组织抗原产生攻击,造成组织长期处于慢性非细菌性炎症状态的疾病,具有较高的发病率且严重影响患者的生活质量


目前,利用MSCs来源的外泌体治疗各种自身免疫炎性疾病的研究已经逐步展开并取得了一定的疗效,但各种报道还是基于各种动物模型上,其基本情况见下表所示。

从这些报道可知,用于临床应用的MSCs外泌体既有来自于自身或者同一种属的也有跨物种的,这种同种异体和异种异体均没有引起排异或过敏反应,因此外泌体没有免疫源性;在应用方式方面,外泌体既有局部也有通过尾静脉注射的全身应用,MSCs外泌体均取得了明显的效果;在机制上,MSCs外泌体是通过所含的各种信号分子来影响免疫细胞发挥免疫调控和抗炎作用,但外泌体除了含有这些效应分子,还含有多种其他分子,这些分子在治疗中扮演着何种角色是未知的,需要进一步探究

干细胞源性外泌体

在临床应用方向面临的挑战

虽然MSCs来源的外泌体在自身免疫性疾病方面显示出良好的应用前景,但是其广泛应用还存在着诸多挑战:

①MSCs种类多,不同来源的外泌体之间是否存在着差异,这种差异对免疫调控作用的影响有多大目前还不明确;

②外泌体的提取方法较多,每种方法对外泌体的纯度、形态和功能均有影响,采用何种方法最优目前没有定论;

③外泌体的功能在保存过程中会受到温度、pH 值、溶剂等的影响,何种保存条件最为理想,目前没有标准

④外泌体、微囊泡和脂蛋白等成份在目前条件下很难全面的分离纯化,它们的存在影响了外泌体功能的研究;

⑤各个外泌体之间存在异质性,如何调控MSCs产生外泌体的过程并对外泌体进行修饰,提高外泌体在自身免疫炎性疾病应用中的一致性和靶向性还需要继续研究。


外泌体在体内稳定,穿透能力强,在应用中未见有不良反应报道。相信随着外泌体制备工艺和修饰手段的不断进步以及对MSCs来源外泌体免疫调节机制的深入研究,MSCs来源的外泌体将为自身免疫炎性疾病的临床应用提供一种全新的手段。

【注】文章所分享内容案例仅供参考,不构成任何应用建议。







参考文献


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[1] Zhang, J., et al., Exosomes released from human induced pluripotent stem cells-derived MSCs facilitate cutaneous wound healing by promoting collagen synthesis and angiogenesis. Journal of Translational Medicine, 2015. 13(1): p. 49.

[2] Domenis, R., et al., pro inflammatory stimuli enhance the immunosuppressive functions of adipose mesenchymal stem cells- derived exosomes open. 2019.

[3] Ye, F., et al., Human Fetal Liver Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Impair Natural Killer Cell Function. Stem Cells and Development, 2020. 28(1): p. 44-55.

[4] Enrica, et al., Human mesenchymal stem cells and derived extracellular vesicles induce regulatory dendritic cells in type 1 diabetic patients. Diabetologia, 2016. 59(2): p. 325-333.








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