脐带间充质干细胞衍生的外泌体通过调节炎症和血管生成来促进伤口愈合和皮肤再生

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes promote wound healing and skin regeneration via the regulation of inflammation and angiogenesis

hUCMSC-Exos通过抗炎、促进血管生成和胶原沉积加速伤口愈合，其机制涉及miRNA调控关键基因如ULK2、COL19A1和IL6ST的表达。

伤口愈合与皮肤再生已成为全球性的健康挑战，对个体的生理和心理健康造成显著影响。许多研究表明，来源于人脐带间充质干细胞的外泌体（hUCMSC-Exos）在促进组织修复和再生方面具有重要潜力。然而，目前仍需进一步探索hUCMSC-Exos在治疗中的具体效果及其作用机制。本研究旨在系统分析hUCMSC-Exos对皮肤愈合过程的调控作用，揭示其在细胞增殖、迁移和血管生成等方面的功能，并通过生物信息学方法识别可能参与皮肤修复的关键分子。

### 皮肤修复的复杂过程

皮肤是人体最大的器官，不仅作为抵御外界环境的第一道屏障，还具有显著的自我修复能力。然而，当皮肤受到严重损伤，如烧伤、压疮、糖尿病或静脉淤积等，往往会导致急性或慢性伤口，进而影响皮肤的结构和功能。皮肤的修复过程通常分为四个阶段：止血、炎症、增殖和组织重塑。在炎症阶段，多形核细胞、单核细胞和巨噬细胞会大量浸润伤口部位，分泌生长因子和细胞因子，为后续的组织修复提供必要的信号支持。增殖阶段包括成纤维细胞增殖、基质沉积、血管生成和表皮再生，是伤口修复的关键时期。组织重塑阶段则涉及多种胶原蛋白的沉积与降解，以恢复皮肤的正常结构和功能。

在这一过程中，若管理不当，可能会导致病理性瘢痕的形成，严重影响伤口的外观和功能。因此，寻找更加有效且经济的治疗手段成为当前医学研究的重要方向。尽管皮肤具有一定的自我修复能力，但有效的伤口管理仍然是促进愈合、减少瘢痕形成的关键。现有的治疗方法包括清创、消毒、细胞治疗、敷料应用等，但其效果参差不齐，且存在一定的局限性。因此，探索新型治疗策略，如外泌体疗法，具有重要的临床意义。

### 外泌体的生物学特性与作用机制

外泌体是一种由多种细胞分泌的纳米级细胞外囊泡（30–150纳米），富含蛋白质、mRNA和miRNA等生物分子。研究表明，来源于间充质干细胞（MSCs）的外泌体在组织修复中表现出与MSCs相似的生物学功能，因此被视为一种有潜力的治疗工具。外泌体能够通过多种机制促进伤口修复，包括调节细胞行为、抑制炎症反应、促进血管生成和胶原沉积等。

在本研究中，我们选择了来源于人脐带间充质干细胞的外泌体（hUCMSC-Exos），因其具有非侵入性来源、丰富的供应量、低免疫原性以及在促进血管生成、成纤维细胞增殖和免疫调节方面的优越性能。与脂肪来源的MSC外泌体（ADMSC-Exos）和骨髓来源的MSC外泌体（hBMSC-Exos）相比，hUCMSC-Exos在促进组织修复方面展现出更高的效率。这一特性使其成为本研究的理想选择。

### hUCMSC-Exos的体外效应

我们通过一系列实验评估了hUCMSC-Exos对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人皮肤成纤维细胞（HSFs）的影响。实验结果表明，hUCMSC-Exos能够被这两种细胞高效内化，并显著促进HSFs的增殖和迁移，以及HUVECs的增殖和管状结构形成。此外，我们还观察到hUCMSC-Exos能够降低细胞凋亡水平，增强相关生长因子的表达，如PCNA、MCP-1、TGF-β、PDGFα、PEGF、VEGF、EGF和FGF2，这些因子在皮肤修复过程中起着关键作用。

在血管生成方面，hUCMSC-Exos表现出显著的促进作用，特别是在管状结构形成实验中，其在24小时内的作用效果尤为明显。这些结果表明，hUCMSC-Exos在促进细胞增殖、迁移和血管生成方面具有良好的潜力，为皮肤修复提供了重要的分子支持。

### hUCMSC-Exos的体内作用

为了验证hUCMSC-Exos在体内的治疗效果，我们建立了一个小鼠皮肤烧伤模型，观察其对伤口愈合的影响。结果显示，与对照组相比，hUCMSC-Exos处理组的伤口愈合速度明显加快，瘢痕形成减少。在组织病理学分析中，hUCMSC-Exos处理组的皮肤结构恢复更为完整，表现出更少的炎症细胞浸润和更均匀的胶原沉积。此外，通过免疫组织化学分析，我们发现hUCMSC-Exos能够显著上调TGF-β1、CD31和VEGF的表达，这些分子在血管生成和组织修复中发挥重要作用。

在胶原蛋白合成方面，hUCMSC-Exos处理组的胶原蛋白成熟度明显优于对照组，且在第4天和第7天时，胶原蛋白III的表达水平显著增加，同时胶原蛋白III与胶原蛋白I的比例趋于正常化。这一现象表明，hUCMSC-Exos能够促进胶原蛋白的沉积和重组，有助于皮肤的修复和再生。此外，通过检测小鼠血清中的炎症因子水平，我们发现hUCMSC-Exos能够有效降低IL-1β、IL-6、IL-17、TNF-α和IFN-γ的表达，从而减轻炎症反应，加速伤口愈合。

### 外泌体的miRNA成分及其作用

为了进一步揭示hUCMSC-Exos的作用机制，我们通过miRNA测序和生物信息学分析，鉴定了其可能参与皮肤修复的关键miRNA及其靶基因。结果显示，hUCMSC-Exos中高表达的miRNA包括let-7a-5p、miR-26a-5p、let-7f-5p、miR-126-3p、miR-127-3p、miR-222-3p、let-7i-5p、miR-100-5p和miR-92a-3p。这些miRNA可能通过调控细胞增殖、迁移和炎症反应，发挥其在皮肤修复中的作用。

通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析，我们发现这些miRNA的靶基因主要涉及细胞周期调控、细胞迁移、信号传导以及免疫反应等多个生物学过程。其中，ULK2、COL19A1和IL6ST被识别为潜在的关键分子。ULK2是自噬过程中的重要激酶，参与细胞自噬的启动，有助于清除受损细胞器和蛋白质，促进细胞存活和再生。COL19A1是胶原蛋白家族成员，是细胞外基质（ECM）的重要组成部分，对于维持组织结构和促进细胞附着具有重要作用。IL6ST则在炎症反应和免疫系统激活中发挥关键作用，能够促进细胞增殖、分化和迁移，从而加速受损组织的修复。

### 临床意义与未来研究方向

本研究的结果表明，hUCMSC-Exos在促进皮肤修复和再生方面具有显著的潜力。其通过调节炎症反应、促进血管生成和胶原沉积，有效改善伤口愈合过程，减少瘢痕形成。此外，hUCMSC-Exos的miRNA成分在调控细胞行为和组织修复中发挥重要作用，为未来的研究提供了新的方向。

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。例如，我们尚未明确特定miRNA在皮肤修复中的主导作用，这将是未来研究的重点。此外，hUCMSC-Exos在不同组织环境中的作用机制仍有待进一步探索。因此，后续研究应结合体内和体外实验，进一步验证这些miRNA的具体功能，并探索其在不同病理条件下的应用潜力。

总之，hUCMSC-Exos作为一种新型的“无细胞”治疗策略，为皮肤修复提供了新的可能性。其在促进细胞增殖、抑制炎症反应、增强血管生成和胶原沉积方面的效果，使其成为一种具有广阔前景的治疗手段。随着对hUCMSC-Exos作用机制的深入研究，其在临床中的应用有望进一步拓展，为皮肤修复和再生领域带来革命性的进展。