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本综述聚焦干细胞来源外泌体在胚胎着床中的作用。氧化应激（ROS 与抗氧化失衡）可致着床失败，而外泌体含多种生物分子，能调节氧化应激、促进血管生成等，有望为生殖疾病治疗提供新方向。
1. 引言
氧化应激是活性氧（ROS）与抗氧化防御生成的失衡。ROS 虽参与细胞和生理过程调控，但其过量会导致细胞毒性和生物分子损伤。在女性中，氧化应激可引发子宫内膜异位症、多囊卵巢综合征（PCOS）、子痫前期、复发性流产、自然流产、宫内生长受限（IUGR）和着床失败等生殖疾病和妊娠并发症。
胚胎着床是成功妊娠的关键阶段之一，需要母体组织与发育中的胚胎进行建设性相互作用，该过程中的任何紊乱都可能导致着床失败。尽管有许多治疗策略用于处理胚胎着床失败，但当前治疗可能不成功或存在副作用。新型治疗方法如无细胞外泌体疗法已被开发，有望在临床提供更有效的服务。
外泌体是几乎所有细胞分泌的 30-150nm 大小的细胞外囊泡，携带核酸、脂质、蛋白质和其他生物活性分子。外泌体具有调节生物过程、运输生物分子、稳定性和生物降解性等独特特性，使其成为生殖障碍和疾病中有前景的治疗选择。外泌体还可显著改善氧化应激相关发病机制的疗效。近年来研究显示外泌体具有抗氧化特性，能够通过减少 ROS 的产生来放大抗氧化防御系统并调节细胞内氧化还原平衡，从而发挥细胞保护作用。因此，外泌体可以调节细胞氧化应激。在胚胎着床过程中，干细胞来源的外泌体也可减轻氧化应激的负面影响，在该领域具有良好的应用前景。
2. 外泌体
外泌体是细胞外囊泡（EVs）的主要亚类之一，大小为 30-150nm，起源于内体，可分泌到细胞外空间。外泌体由细胞内吞后的内体衍生而来。经过处理后，外泌体可能加入多囊泡体（MVBs）并包含生物活性分子，然后可能通过胞吐作用释放或与溶酶体相遇并降解。包括干细胞在内的细胞分泌的外泌体携带核酸、脂质、蛋白质和其他生物活性分子。外泌体可以通过旁分泌或内分泌信号传导将 mRNA/microRNA、蛋白质或 DNA 从一个细胞转移到另一个细胞。因此，外泌体的功能通常取决于其内容物。鞘磷脂、胆固醇和神经酰胺是外泌体脂质的重要组成部分，通常位于外泌体膜上的脂筏中。蛋白质包括整合素、四跨膜蛋白、跨膜蛋白和胞质蛋白如肌动蛋白。此外，这些囊泡中还包含大量的 microRNA。外泌体具有 CD9、CD63、CD81、HSP70、Flotillin、TSG101 等标志物，可通过这些标志物识别。然而，仅基于这些标志物将外泌体与其他密度和大小重叠的 EVs 区分开来是困难的。因此，外泌体将蛋白质或核酸转运到靶细胞中，可影响细胞行为和表型特征。外泌体可通过内吞作用、扩散或受体介导的机制进入靶细胞，并转运货物以执行不同的生物学功能。干细胞来源的外泌体在许多生物学功能中发挥重要作用，包括细胞间通讯、细胞增殖和分化、细胞稳态、免疫和炎症调节、组织修复和再生。因此，鉴于这些基本特征，外泌体可成为治疗各种疾病的重要无细胞治疗选择。
3. 外泌体生物发生
外泌体的形成通过内体系统进行，早期内体成熟为晚期内体，内体内容物发生改变。当多囊泡体（MVBs）与细胞膜融合时，腔内囊泡（ILVs）将释放到细胞外空间并成为外泌体，因此 ILV 的生物发生就是未来外泌体的生物发生。许多分子和通路参与调节内体限制膜出芽形成 ILVs，可分为两大类：ESCRT（内体运输所需的分选复合物）依赖型和 ESCRT 非依赖型。形成 MVBs 和腔内囊泡的最佳描述机制是通过内体分选复合物运输 ESCRT 复合物。ESCRT 复合物包括四个分子复合物，ESCRT-0、-I、-II 和 - III。随着 ESCRT-0 与磷脂酰肌醇 - 3 - 磷酸的结合，开始了 ESCRT 复合物的组装。ESCRT-0 复合物识别并结合内体的泛素化跨膜蛋白及其在 ILVs 中的装载。ESCRT-0 复合物还包含肝细胞生长因子（HRS），其可识别单泛素化蛋白并与信号转导衔接分子（STAM）、ESCRT-0 复合物的第二个组分 Eps15 和网格蛋白（两种非 ESCRT 复合物蛋白）结合。HRS 还与 ESCRT-I 复合物中的 TSG101 蛋白结合。之后，ESCRT-I 复合物参与 ESCRT-II 复合物的激活。ESCRT-I 和 - II 复合物通过内体的膜内陷诱导囊泡的形成。此外，ESCRT-II 和泛素去除酶有助于标记蛋白向 ILVs 的移动。ESCRT-III 也参与囊泡从膜上的脱离。另一方面，一些脂质和蛋白质参与 ESCRT 非依赖机制。例如，神经酰胺作为膜鞘脂，在很大程度上参与 ESCRT 非依赖的膜变形。四跨膜蛋白参与外泌体生物发生的不同步骤。最后，外泌体形成后，通过胞吐作用从细胞中释放出来，这些外泌体可影响靶细胞并调节各种生物过程。
4. 胚胎着床
着床是一个有组织的多阶段过程，涉及有能力的囊胚与容受性子宫之间的相互作用。胚胎着床包括三个步骤：定位、黏附和平滑肌侵入。在定位阶段，囊胚与子宫内膜着床部位接触；在黏附阶段，囊胚滋养层细胞附着在子宫内膜上皮上；在侵入阶段，滋养层细胞从上皮基底膜穿过并侵入子宫内膜基质。在每个步骤中，囊胚和子宫内膜上皮之间的串扰使着床得以进行。在这种串扰中，发生不同的功能和分子变化，以协调胚胎和子宫内膜组织以及子宫微环境。据发现，75% 的妊娠丢失是由于着床失败，这表明着床在妊娠结局中的重要性。这一统计数据突显了成功着床在整个妊娠成功中的重要作用。着床的成功取决于几个因素，如胚胎质量、子宫功能、子宫完整性、子宫内膜容受性以及胚胎和母体组织的相互作用。这些因素中的任何一个紊乱都可能导致胚胎无法着床，导致早期妊娠丢失。氧化应激是另一个可对胚胎着床过程产生负面影响的因素，因此，调节氧化应激可在支持成功着床中发挥重要作用。如上所述，外泌体可帮助胚胎着床，外泌体可影响胚胎和母体细胞及组织，并调节包括氧化应激在内的不同过程。
5. 氧化应激
氧化应激是一种如活性氧（ROS）等促氧化剂分子与抗氧化防御之间的失衡状态。ROS 是具有不稳定键或多余电子的含氧分子，这些分子的不稳定键或多余电子使其能够与核酸、蛋白质、脂质和碳水化合物等生物分子发生有害相互作用。依赖于酶促和非酶促抗氧化剂的抗氧化防御系统可对抗自由基，抑制其对关键生物分子和身体组织的破坏作用。当 ROS 的产生过高时，氧化损伤无法修复，就会产生氧化应激状态，导致各种病理。内源性和外源性来源均可产生 ROS。内源性 ROS 来源包括线粒体、氧化酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢、黄嘌呤氧化酶、内质网等。同时，外源性 ROS 可能通过电离辐射、紫外线（UV）光、重金属、污染物、药物、酒精和吸烟、食物和营养等产生。调节水平的 ROS 参与生理过程，如信号级联反应、细胞增殖和分化、凋亡和免疫反应。而 ROS 过量会损害身体的生物分子和组织，导致各种疾病的发生和发展，包括糖尿病、动脉粥样硬化、心血管疾病、多发性硬化症和生殖障碍。因此，维持 ROS 生成与抗氧化防御之间的平衡以防止 ROS 的有害影响是必要的。
6. 氧化应激与胚胎着床
在生殖系统中，ROS 的生物浓度在参与卵母细胞和精子成熟、受精过程和胚胎发育的氧化还原信号传导中很重要。此外，ROS 对于早期胚胎事件是必需的，包括精子介导的卵母细胞激活、压缩和囊胚形成、细胞增殖和第一次胚胎分裂事件以及囊胚孵化，这些事件是成功着床和妊娠过程所必需的。ROS 和程序性细胞凋亡也参与维持子宫内膜的稳态。然而，由于 ROS 过量引起的氧化应激可对女性的生殖过程产生有害影响，如胚胎病、卵母细胞衰老、胚胎死亡、胎儿生长受限、流产、子痫前期、低出生体重、多囊卵巢疾病和胚胎着床障碍。一般来说，ROS 的产生出现在妊娠和着床前胚胎中，这也可能由精子、卵母细胞和胚胎或外源产生。胎盘自由基超氧化物的产生增强和胎盘线粒体呼吸链活性可增加 ROS 的产生。因此，卵母细胞和胚胎暴露于 ROS 和氧化应激的影响，然而，生殖组织中的抗氧化剂可以保护胚胎。胚胎和子宫的抗氧化状态有助于在器官发生期间保护胚胎和胚胎外组织免受内源性和外源性来源的 ROS 的影响。在胚胎着床过程中，高水平的超氧化物可增强着床期间的血管通透性。
氧化应激似乎会导致几种类型的胚胎损伤，结果可能包括胚胎细胞生长受损、细胞凋亡、线粒体改变和 ATP 耗竭。ROS 引起的胚胎 DNA 损伤也可能导致着床失败、胚胎停滞或流产。此外，有证据表明，在受胎儿生长受限（FGR）影响的新生儿中，母体和胎儿 / 新生儿血液中的脂质过氧化、氧化应激标志物升高，以及酶促抗氧化剂水平降低。着床前时期的氧化应激也可能改变胚胎编程。此外，着床前胚胎发育期间的高水平 ROS 与胎儿缺氧及其生长受限有关，这随后可能与对小鼠、绵羊、牛和人类的胎儿器官如肝、心、肾和脑的有害影响有关。氧化应激还可影响子宫内膜容受性，受损的子宫内膜容受性可能降低着床潜力。
此外，氧化应激可对精子产生有害影响，DNA 损伤由着床前胚胎遗传，并可对妊娠过程产生不利结果。已经证明，在非男性因素不孕的胞浆内单精子注射周期中，精子 DNA 碎片化程度越高，着床率越低，胚胎发育不良，流产率越高。综上所述，由于 ROS 过量引起的氧化应激可对精子、卵母细胞和胚胎产生不利影响，随后影响胚胎着床过程。因此，自然妊娠和体外受精中胚胎着床条件的改善可与减少氧化应激的策略相关。尽管有许多治疗策略管理胚胎着床过程，但也需要开发更有效和更安全的针对氧化应激的治疗选择，以解决现有治疗的局限性和着床的成功。外泌体已被证明含有不同的分子，可有助于应对细胞中的氧化应激。通过将这些有益分子递送到应激或受损细胞中，外泌体可增加细胞的再生和修复能力，并调节免疫和炎症反应，最终改善氧化应激相关发病机制的整体疗效。因此，外泌体作为治疗工具在有效管理和治疗与氧化应激相关的疾病方面具有巨大潜力。
7. 外泌体与胚胎着床
外泌体可影响包括女性生殖系统在内的不同器官的细胞生理学。越来越多的证据表明，外泌体可调节女性的不同生殖过程，如卵丘扩展、卵母细胞减数分裂恢复、卵母细胞成熟、受精、胚胎发育、母胎通讯的建立、着床以及妊娠的维持。EVs 由子宫内膜上皮释放，参与将黏附分子和 microRNA 转移到囊胚和子宫腔的相邻子宫内膜。子宫内膜上皮细胞来源的外泌体也以自分泌方式影响子宫生理学并调节着床。为了成功的胚胎着床，外泌体参与胚胎和子宫内膜之间的适当相互作用。此外，外泌体将特定的 microRNA 转移到子宫内膜上皮细胞或囊胚以促进胚胎着床。已经确定，13 种 microRNA 是外泌体特异性的，并参与促进胚胎着床。此外，外泌体可通过调节滋养层细胞的增殖和黏附来促进着床过程。响应于子宫内膜上皮细胞来源的外泌体，滋养层细胞黏附能力的增加还与黏着斑激酶的表达和磷酸化的显著增强以及纤连蛋白的更高产生有关。外泌体 microRNA 也可从子宫内膜穿梭到胚胎。子宫内膜上皮来源的外泌体在着床窗口期间携带一些 microRNA，miR-30d 就是其中之一，其上调参与胚胎着床的基因，如钙黏蛋白 - 5、整合素 α-7 和整合素 β-3。此外，外泌体 microRNA 可通过靶向连接蛋白家族、Toll 样受体和 JAK-STAT 信号通路来调节子宫内膜容受性和着床。
干细胞来源的外泌体也已被证明在调节胚胎着床涉及的不同过程中发挥重要作用。促进血管生成是干细胞来源的外泌体影响胚胎着床的一种方式。在子宫内膜中，外泌体可刺激新血管的形成，为发育中的胚胎提供成功着床所需的氧气和必要营养。干细胞来源的外泌体还可增强子宫内膜中的细胞增殖和迁移，促进胚胎附着到子宫内膜。此外，干细胞来源的外泌体可调节子宫中的免疫反应。通过将免疫调节因子递送到子宫内膜内的免疫细胞中，这些外泌体可通过抑制炎症和促进对发育中胚胎的耐受性来帮助创造有利于胚胎着床的环境。因此，外泌体中包含的成分可调节各种生物过程并在胚胎着床中发挥支持作用。
8. 外泌体与氧化应激的调节
干细胞及其外泌体可调节氧化应激并减少氧化损伤。氧化还原环境调节许多生理和病理生理机制。在不同的疾病模型中，如糖尿病对肾脏、感觉神经元、视网膜、大脑和骨形成的损伤，已观察到干细胞及其衍生外泌体的抗氧化作用。干细胞的抗氧化潜力通过捐赠线粒体、上调抗氧化防御、清除 ROS、抑制炎症、刺激线粒体功能和细胞生物能学来体现。这些机制可调节氧化应激，这与干细胞在一系列病理中的治疗益处相关。已经发现，干细胞来源的外泌体几乎具有与这些细胞相似的特征和治疗特性，因此，有人提出外泌体也可通过类似机制调节氧化应激。
干细胞来源的外泌体在细胞对氧化应激的反应中的作用是多方面和复杂的，因为它们可通过运输蛋白质、mRNA、microRNA（miRNA）等生物分子来调节氧化应激。外泌体包含蛋白质，包括直接对抗 ROS 并减少其有害影响的额外抗氧化分子。此外，这些蛋白质的递送有助于受体细胞恢复或建立氧化还原稳态，尤其是在氧化应激条件下。例如，外泌体的热休克蛋白（HSPs）在抗氧化应激中发挥重要作用。当细胞暴露于氧化应激和热应激时，HSPs 的表达增强，这可以保护细胞蛋白质。受保护的蛋白质还可以增加抗氧化能力，减少氧化应激引起的细胞凋亡和炎症反应。外泌体还可以捐赠线粒体相关蛋白质并消除自由基，此外，外泌体可以改善细胞生物能学。外泌体可能通过解读线粒体功能参与调节细胞的能量代谢和氧化应激反应。已发现外泌体通过递送可调节关键代谢通路的特定货物分子来影响细胞能量代谢，这些囊泡可有助于控制 ROS 的产生并维持细胞氧化还原平衡。外泌体调节能量代谢和氧化应激反应的能力突显了它们在维持细胞稳态中的重要性。外泌体还可参与减轻细胞凋亡、抑制炎症和线粒体保护，这可减少细胞氧化应激。
此外，外泌体的 mRNA 分子被受体细胞摄取后可翻译为具有抗氧化特性的蛋白质，这些蛋白质如谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶 1-6、SOD1-2 和硫氧还蛋白可直接中和 ROS，从而降低氧化应激。这种机制还可通过增加内源性抗氧化酶的表达水平来放大细胞防御，从而促进对高氧化还原状态的快速反应。此外，外泌体的 miRNA 可通过调节特定基因的表达来改善氧化应激。例如，miRNA 可能下调作为 ROS 产生来源的 NOX 家族酶的表达水平。此外，miRNA 可通过调节细胞内离子稳态来减少氧化应激。miRNA 还可通过激活保护性信号传导如 NAD (P) H 氧化酶（NOX）、二价金属转运蛋白 1（DMT1）、沉默调节蛋白 4（SIRT4）、钙 / 钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II（CaMKII）、核因子 -κB（NF-κB）、磷脂酰肌醇 - 3 - 激酶 / 蛋白激酶 B（PI3K/Akt）、软骨酸性蛋白 1（CRTAC1）和核因子红细胞 2 相关因子 2（Nrf2）来放大细胞的抗氧化防御。此外，干细胞来源的外泌体可作为 Nrf2 的有效激动剂，Nrf2 是一种转录因子，可通过不同的信号通路减轻氧化应激和炎症引起的损伤。在外泌体中，环状 RNA（circRNAs）作为一类非编码 RNA，也可调节氧化应激。自噬货物是外泌体的另一个组成部分，其通过靶细胞中的分子事件级联诱导自噬，称为外泌体诱导的自噬。然后，自噬可以去除受损的蛋白质和细胞器，这有助于维持细胞稳态，调节细胞 ROS 水平，并减少氧化损伤。因此，自噬可能在保护细胞免受氧化应激中发挥抗氧化作用。总的来说，外泌体通过上述机制调节氧化应激的能力突显了外泌体在促进细胞存活和维持最佳细胞功能中的治疗潜力，表明外泌体在氧化应激相关发病机制中的有前途的特性。
9. 结论
氧化应激是一个涉及各种通路的复杂机制，它可能是
