脐带间充质干细胞衍生的外泌体在化疗引起的口腔黏膜炎中的治疗疗效及机制研究

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Therapeutic Efficacy and Mechanistic Insights of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes in Chemotherapy-Induced Oral Mucositis

化疗性口腔黏膜炎（CIOM）是一种影响癌症患者生活质量的重要并发症，传统治疗方法效果有限。本研究利用脐带间充质干细胞衍生外泌体（hUCMSC-exos）治疗小鼠CIOM模型，通过临床评估、组织病理学分析及分子机制研究，发现hUCMSC-exos显著抑制IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子，激活Nrf2/Keap1通路增强抗氧化酶活性，加速黏膜修复并改善愈合评分。该成果为开发新型外泌体疗法提供了理论和实验依据。

　　化疗诱导的口腔黏膜炎（Chemotherapy-Induced Oral Mucositis, CIOM）是癌症患者在接受化疗治疗过程中常见且令人困扰的并发症之一。CIOM的发生与化疗药物的毒性密切相关，其临床表现包括口腔黏膜的红肿、脱落、溃疡，甚至伴随伪膜形成。这些溃疡通常形态不规则，周围伴有红肿，并且多出现在非角质化的黏膜表面，如嘴唇、脸颊、软腭以及舌头的侧面和底部。由于口腔黏膜细胞的快速更新，患者对化疗药物的毒性反应尤为敏感。CIOM不仅给患者带来显著的疼痛，还会影响进食和吞咽功能，进而严重降低患者的生活质量。此外，CIOM还可能削弱患者对最佳治疗方案的耐受能力，导致治疗周期延长、感染风险增加，以及医疗资源的过度消耗，从而推高整体的医疗成本。

因此，预防和管理CIOM对于改善患者生活质量、提高抗肿瘤治疗的耐受性以及加快化疗后的恢复具有重要意义。目前，CIOM的治疗手段相对有限，主要依赖于非甾体抗炎药（NSAIDs）缓解疼痛、角质形成细胞生长因子促进愈合、糖皮质激素控制炎症以及抗生素应对继发感染。然而，这些治疗方法的效果并不理想，往往难以从根本上解决CIOM的问题。

在再生医学领域，间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）因其多向分化能力、低免疫原性和自我更新特性而展现出巨大的应用潜力。MSCs已被证明在修复慢性伤口方面具有显著效果，例如糖尿病足溃疡、创伤性皮肤缺损以及严重烧伤导致的软组织损伤。其中，脐带来源的间充质干细胞（Umbilical Cord-Derived MSCs, UCMSCs）因其非侵入性采集方式、较低的免疫原性以及较少的伦理争议而被认为是临床应用中最具前景的一种。近年来，研究发现MSC来源的外泌体（Exosomes）在细胞无创治疗中同样具有重要价值。外泌体是一种由细胞分泌的纳米级囊泡，能够携带脂质、蛋白质和核酸等多种生物活性分子，这些分子在细胞间通讯和组织修复中发挥关键作用。与干细胞相比，外泌体具有更容易储存、更安全运输以及较低的免疫排斥或肿瘤形成风险等优势。此外，MSC来源的外泌体已被证实能够抑制炎症反应、促进血管生成以及加速伤口愈合。例如，人脐带间充质干细胞来源的外泌体（hUCMSC-exos）在糖尿病大鼠模型中通过促进M2型巨噬细胞极化、血管生成和胶原沉积等方式显著改善了伤口愈合情况。而人脂肪间充质干细胞来源的外泌体（hADSCs-exos）则在皮肤伤口修复和炎症缓解方面表现出良好效果。

基于上述背景，MSC来源的外泌体在治疗CIOM方面可能提供一种新的机制。然而，目前针对外泌体在CIOM治疗中的研究仍较为有限。因此，本研究旨在建立一个由化疗药物与化学刺激共同诱导的CIOM小鼠模型，并探讨在病变部位局部注射hUCMSC来源的外泌体（hUCMSC-exos）的治疗效果。通过研究hUCMSC-exos对CIOM的治疗作用及其可能的机制，我们希望为开发更有效的CIOM治疗策略提供理论和实验依据。

在本研究中，hUCMSC-exos的提取和鉴定过程是确保其治疗有效性的关键步骤。外泌体的提取通常通过超速离心法完成，首先对细胞上清液进行初步离心（2,000×g，15分钟）以去除较大的细胞碎片，随后进行二次离心（10,000×g，30分钟）以去除较小的细胞成分。为了进一步纯化外泌体，上清液需进行第三次超速离心（120,000×g，70分钟），收集形成的沉淀物。经过磷酸盐缓冲盐（PBS）洗涤后，最终的沉淀物即为提取的外泌体。通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察，提取的外泌体呈现出典型的杯状形态，符合外泌体的标准结构。纳米颗粒追踪分析（Nanoparticle Tracking Analysis, NTA）结果显示，hUCMSC-exos的平均直径为129.9纳米，表明其具有良好的物理特性。此外，通过Western Blot分析，确认了hUCMSC-exos表面标志物CD81和TSG101的表达，这些标志物均为阳性，进一步验证了外泌体的纯度和有效性。

在CIOM小鼠模型的建立过程中，研究人员采用了一种结合化疗药物和化学刺激的方法。具体而言，使用5-氟尿嘧啶（5-FU）与醋酸灼烧相结合的方式诱导口腔黏膜炎。这种方法能够有效模拟CIOM在人体中的病理过程，为后续的治疗效果评估提供了可靠的实验基础。在模型建立后，研究人员对hUCMSC-exos的治疗效果进行了系统评估，包括临床症状、组织病理学变化以及分子标志物的检测。结果表明，hUCMSC-exos能够显著减轻炎症反应，加速黏膜愈合，并改善组织病理学评分，相较于单纯使用5-FU的对照组，其治疗效果更为显著。

从机制角度来看，hUCMSC-exos的治疗作用主要体现在其对炎症反应的调节能力上。研究发现，hUCMSC-exos能够有效抑制多种促炎细胞因子的产生，如IL-1β、IL-6和TNF-α。这些细胞因子在CIOM的发病过程中起着关键作用，它们的过度释放会导致组织损伤的加剧和炎症反应的持续。同时，hUCMSC-exos还能增强抗氧化酶的活性，特别是在调节Nrf2/Keap1通路方面表现出积极作用。Nrf2/Keap1通路是细胞应对氧化应激的重要机制，其功能的正常发挥有助于减少自由基的积累，从而减轻氧化应激对口腔黏膜的损伤。通过抑制促炎细胞因子的产生和增强抗氧化酶的活性，hUCMSC-exos能够在多个层面发挥作用，从而达到缓解CIOM的效果。

此外，hUCMSC-exos在促进黏膜修复和组织再生方面也表现出良好的潜力。研究表明，外泌体能够通过多种途径促进细胞迁移、增殖和分化，从而加速组织修复过程。在CIOM模型中，hUCMSC-exos的治疗作用不仅体现在减轻炎症和氧化应激，还能够促进黏膜上皮细胞的修复和再生，帮助恢复口腔黏膜的完整性。这种多靶点的作用机制使得hUCMSC-exos在治疗CIOM方面具有更高的综合效果，相较于传统的治疗方法，其优势更加明显。

在本研究中，研究人员通过系统的实验设计和严谨的分析方法，全面评估了hUCMSC-exos的治疗潜力。实验结果不仅验证了其在减轻炎症、促进黏膜愈合和改善组织病理学评分方面的有效性，还揭示了其作用机制，为未来进一步开发CIOM的治疗策略提供了重要的理论支持和实验依据。此外，hUCMSC-exos的使用还具有一定的安全性，其较低的免疫原性和潜在的抗肿瘤作用使其成为一种值得深入研究的治疗手段。

总的来说，本研究的发现表明，hUCMSC-exos在治疗CIOM方面具有重要的应用前景。其能够有效缓解炎症反应，促进黏膜修复，并改善组织病理学评分，为癌症患者提供了一种新的、有效的、安全的治疗策略。未来的研究可以进一步探索hUCMSC-exos在不同化疗药物和不同患者群体中的应用效果，并评估其在临床中的可行性和安全性。此外，研究还可以深入探讨hUCMSC-exos的作用机制，以期找到更有效的靶点和途径，从而优化其治疗效果。通过不断的研究和探索，hUCMSC-exos有望成为CIOM治疗领域的重要突破，为改善患者生活质量、提高治疗效果提供新的解决方案。