《Tissue Engineering and Regenerative Medicine》：Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes in Skin Wound Healing and Scar Prevention: Mechanisms, Comparison, and Clinical Prospects
编辑推荐：
背景：来源于间充质干细胞的外泌体因其在促进伤口愈合和预防瘢痕形成方面的作用而引起了研究人员的广泛关注。研究表明，间充质干细胞来源的外泌体通过多种机制加速皮肤和角膜伤口的修复，包括调节细胞迁移、抗炎反应、抑制细胞凋亡、胶原重塑以及促进血管生成。值得注意的是，外泌
背景：来源于间充质干细胞的外泌体因其在促进伤口愈合和预防瘢痕形成方面的作用而引起了研究人员的广泛关注。研究表明，间充质干细胞来源的外泌体通过多种机制加速皮肤和角膜伤口的修复，包括调节细胞迁移、抗炎反应、抑制细胞凋亡、胶原重塑以及促进血管生成。值得注意的是，外泌体微小RNA在抑制成纤维细胞向成肌纤维细胞转化和调节 TGF-β 信号通路中发挥关键作用，从而有效减少瘢痕形成。脂肪组织和脐带血来源的间充质干细胞外泌体在各种伤口模型中的良好结果突显了其临床潜力。方法：本综述系统阐述了间充质干细胞外泌体促进伤口愈合和抑制瘢痕形成的具体机制，并总结了它们在不同伤口模型中的应用结果。此外，还探讨了旨在优化外泌体递送的当前先进生物材料递送系统，旨在为间充质干细胞外泌体的临床转化提供见解和未来方向。结果与结论：间充质干细胞外泌体通过多靶点和多途径机制有效促进组织修复并减少瘢痕形成，展现出巨大的临床应用前景。结合生物材料的递送系统有望进一步增强其治疗疗效和稳定性。未来的研究应集中于阐明外泌体作用的分子机制，开发可规模化的制备方案，并开展临床前和临床评估，以推动其向临床治疗应用的转化。
1 引言
皮肤作为人体最大的器官，经常遭受损伤。伤口愈合是一个精密协调的事件序列，包括止血、炎症、增殖和重塑，其调节失调可能导致慢性伤口或病理性瘢痕，给患者和医疗系统带来巨大负担。目前的治疗方法往往难以同时实现快速愈合和美观、功能良好的瘢痕结果，凸显了对创新再生方法的需求。近年来，间充质干细胞来源的外泌体作为一种前沿的无细胞治疗模式出现。这些纳米级细胞外囊泡作为生物活性分子（如蛋白质、脂质、微小RNA等）的天然载体，介导细胞间通讯。它们重现了其亲本间充质干细胞的许多治疗功能，如调节炎症、促进血管生成和刺激组织修复，同时具有免疫原性更低和易于储存等优势。关键的是，新证据表明间充质干细胞外泌体不仅是愈合的加速器，更是能够通过微调伤口微环境中成纤维细胞、免疫细胞和内皮细胞的行为，将修复过程导向再生且瘢痕最小化结果的关键调节器。本综述旨在对间充质干细胞外泌体在皮肤伤口愈合和瘢痕预防领域的现状进行聚焦和批判性分析。
2 皮肤伤口愈合与瘢痕形成概述
皮肤伤口愈合是一个动态且连续的过程，传统上分为四个重叠的阶段：止血、炎症、增殖和重塑。止血期通过纤维蛋白凝块形成实现初始伤口闭合；炎症期的特征是中性粒细胞和巨噬细胞的募集，以清除组织碎片和病原体；增殖期依赖角质形成细胞、成纤维细胞和内皮细胞的协调作用，驱动再上皮化、肉芽组织形成和血管生成；最后，在重塑期，细胞外基质经历重组，胶原逐渐成熟，恢复组织结构和功能完整性。病理性瘢痕的形成通常源于重塑过程的异常，其核心病理机制涉及成肌纤维细胞的持续活化和存活。在正常愈合中，成肌纤维细胞短暂出现以介导伤口收缩，随后通过细胞凋亡被清除。在病理性瘢痕中，持续炎症刺激和 TGF-β 等信号通路失调抑制了成肌纤维细胞凋亡，导致细胞外基质过度沉积，尤其是I型与III型胶原比例失衡。这种异常代谢导致胶原纤维杂乱、增厚，形成纤维化瘢痕组织。因此，靶向成肌纤维细胞的分化、功能和存活，同时纠正胶原合成与降解之间的失衡，已成为预防和治疗病理性瘢痕的关键战略方向。
3 间充质干细胞外泌体在伤口愈合和瘢痕预防中的机制
3.1 间充质干细胞外泌体促进伤口愈合的机制
3.1.1 促进细胞迁移和增殖
间充质干细胞外泌体通过携带生物活性分子激活 PI3K/AKT 和 ERK 等关键信号通路，促进伤口相关细胞（如角质形成细胞、成纤维细胞）的迁移和增殖。这是加速伤口闭合的基础机制。其货物和靶细胞偏好因来源而异。例如，骨髓间充质干细胞来源的外泌体促进脑微血管内皮和肌腱干细胞的迁移，展示了与皮肤修复相关的普遍促迁移能力。脂肪来源的间充质干细胞外泌体激活 AKT/HIF-1α 轴促进角质形成细胞增殖和迁移。脐带华通氏胶来源的间充质干细胞外泌体富含纤维蛋白原，有效促进角质形成细胞的生长和迁移。总之，间充质干细胞外泌体通过多种途径增强细胞运动和生长，为伤口愈合提供了坚实的细胞基础。
3.1.2 抗炎和免疫调节作用
间充质干细胞外泌体在伤口愈合过程中发挥关键抗炎和免疫调节作用，主要通过促进巨噬细胞向抗炎、促修复的M2表型极化，同时抑制促炎的M1表型。这种转变减少了 TNF-α 和 IL-1β 等因子的分泌，增强了 IL-10 等抗炎介质的释放。这些免疫调节功能由外泌体微小RNA（如 miR-16、miR-21）和蛋白质（如半乳糖凝集素）介导，它们调节 IL-10/STAT3 和 NF-κB 等通路。然而，将这种抗炎能力转化为可预测的瘢痕预防需要谨慎，因为间充质干细胞外泌体的免疫调节输出高度依赖上下文，受亲本细胞状态和疾病环境影响，在特定促纤维化微环境中甚至可能出现促纤维化的悖论情况。
3.1.3 抗氧化和抗凋亡功能
间充质干细胞外泌体能保护组织免受氧化损伤和细胞死亡。脂肪间充质干细胞外泌体可调节 Bax/Bcl2 比率抑制细胞凋亡，保护角膜细胞并防止 α-SMA 表达。抗氧化作用通常通过 Keap1/Nrf2 通路介导。骨髓间充质干细胞外泌体激活该通路，上调 SOD 和 GPx 等抗氧化酶，降低活性氧水平。同样，脐带间充质干细胞外泌体中的 miR-200a-3p 靶向 Keap1 激活 Nrf2，减轻紫外线引起的皮肤氧化损伤。抗凋亡作用也通过微小RNA实现，如骨髓间充质干细胞外泌体携带的 miR-24-3p 通过靶向 MAPK9 抑制 JNK/c-Jun/c-Fos 通路，减少细胞凋亡。
3.1.4 促进血管生成和组织重塑
充足的血管化对伤口愈合至关重要。间充质干细胞外泌体通过传递促血管生成因子促进血管生成。脂肪间充质干细胞外泌体携带 miR-132 和 miR-146a 上调促进血管内皮细胞增殖和管腔形成的通路。缺氧预处理的脐带间充质干细胞外泌体传递 miR-205-5p 激活 PTEN/PI3K/AKT/mTOR 通路。同时，间充质干细胞外泌体在促进伤口结构重塑和降低纤维化风险方面也发挥关键作用。它们调节胶原沉积和排列，促进细胞外基质有序重建，从而减轻过度纤维化和瘢痕形成。其携带的活性分子（如特定微小RNA和长链非编码RNA）形成的调节网络，协同促进功能性组织重塑。
3.2 间充质干细胞外泌体在预防瘢痕形成中的作用及分子机制
3.2.1 抑制成肌纤维细胞分化
成纤维细胞转化为 α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性的成肌纤维细胞是瘢痕形成的基石，主要由 TGF-β 信号驱动。间充质干细胞外泌体可抑制此过程。一个典型例子是富含 miR-21-5p 和 miR-125b-5p 的脐带血间充质干细胞外泌体。这些微小RNA直接靶向并抑制 TGF-β 受体II（TGFBR2）和受体I（TGFBR1），有效阻断 TGF-β1/Smad2/3 信号通路，降低 α-SMA 和I/III型胶原表达。抑制 TGF-β/Smad 通路是间充质干细胞外泌体发挥抗纤维化作用的核心机制。
3.2.2 调节胶原合成和重塑
瘢痕组织的特征是杂乱和过度的胶原沉积，特别是I型/III型胶原比例增加。间充质干细胞外泌体可调节这种平衡。脂肪间充质干细胞外泌体抑制 TGF-β1 诱导的I型和III型胶原过度合成，同时上调基质金属蛋白酶（如MMP1、MMP3）促进胶原降解。在韧带修复中，骨髓间充质干细胞外泌体促进I型胶原合成同时相对抑制III型胶原，形成更有序的纤维。这种调节涉及 miR-181a 和 p38 MAPK 及 PI3K/Akt 等信号通路。
3.2.3 抗血管生成作用
血管生成在愈合早期至关重要，但在重塑期过度或持续的血管化可能导致瘢痕增生。间充质干细胞外泌体展现出依上下文的双相血管生成调节能力。在重塑阶段，它们可发挥抗血管生成作用以预防瘢痕形成。例如，来自脱落乳牙干细胞的外泌体携带 miR-100-5p 和 miR-1246 下调血管内皮生长因子A（VEGFA），抑制内皮细胞增殖和管腔形成。这表明其具备从促血管生成向抗血管生成模式切换的能力，发挥着愈合过程微调器的作用。
3.2.4 抗炎和免疫调节作用对瘢痕预防的贡献
抗炎作用通过解决驱动纤维化的慢性炎症直接促进瘢痕预防。间充质干细胞来源的外泌体调节免疫细胞，特别是将巨噬细胞从促纤维化M1表型转变为抗纤维化M2表型，从而减少纤维化介质的释放。然而，免疫调节功能并非普遍有益。特定亚群的间充质干细胞分泌富含血清淀粉样蛋白A3（SAA3）的外泌体，激活巨噬细胞上的 Toll 样受体2（TLR2），导致SAA3过度产生并聚集成僵硬的淀粉样纤维，加剧瘢痕僵硬。这表明间充质干细胞外泌体在特定条件下可能促进病理纤维化，凸显了其功能的关键“上下文依赖性”。
3.3 不同来源间充质干细胞外泌体的比较
3.3.1 脐带血间充质干细胞外泌体
脐带血间充质干细胞外泌体在促进皮肤伤口愈合和抑制瘢痕形成方面展现出巨大治疗潜力。其核心优势在于通过特异性靶向转化生长因子-β（TGF-β）通路提供最直接且强效的抗瘢痕证据。这些外泌体富含 miR-21-5p 和 miR-125b-5p，这两种微小RNA分别直接靶向并抑制 TGF-β 受体II和受体I，从而有效阻断 TGF-β1/Smad2/3 信号通路。该机制在实验中被证实能显著抑制人皮肤成纤维细胞向成肌纤维细胞的转化，减少瘢痕组织中胶原过度沉积，促进皮肤细胞增殖和迁移，最终实现快速且高质量的伤口修复。
3.3.2 骨髓来源间充质干细胞外泌体
骨髓间充质干细胞外泌体是最早被研究的来源之一，在促进组织修复方面表现出多方面的生物活性。其机制包括激活 Keap1/Nrf2 通路发挥抗氧化作用，携带 miR-24-3p 进行抗凋亡和促进神经修复，以及通过工程化过表达 HIF-1α 促进血管生成。在免疫调节方面，它促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化。此外，它也展现出抗纤维化潜力，抑制成纤维细胞活化和胶原表达，并调节I/III型胶原比例。尽管这些促愈合机制共同创造了不利于病理性瘢痕形成的微环境，但目前仍缺乏专门针对骨髓间充质干细胞外泌体在皮肤瘢痕模型中预防疗效的头部对头比较研究。
3.3.3 脂肪来源间充质干细胞外泌体
脂肪间充质干细胞外泌体因富含生物活性物质，在组织修复特别是角膜和皮肤伤口愈合中展现出强劲潜力。其功能多样，包括调节 Bax/Bcl2 比率保护细胞，促进角质形成细胞和成纤维细胞增殖迁移，以及调节巨噬细胞极化发挥抗炎作用。在抑制瘢痕方面，它具有直接证据：在角膜损伤模型中可抑制成肌纤维细胞标志物 α-SMA 的表达；其携带的 miR-181a-5p 可通过靶向 Smad2 抑制 TGF-β1 诱导的胶原过度合成，从而发挥抗纤维化作用，展示了极大的转化潜力。
3.3.4 脐带（华通氏胶）间充质干细胞外泌体
脐带间充质干细胞外泌体在促进伤口愈合方面较为全面。它富含纤维蛋白原，有效促进角质形成细胞生长和迁移，具备强效抗炎能力，并通过传递血管生成素-2等分子促进血管生成从而加速伤口愈合。此外，它还通过 miR-200a-3p/Keap1/Nrf2 通路发挥抗氧化作用。在抗瘢痕潜力方面，三维培养的脐带间充质干细胞外泌体携带的 let-7i-5p 靶向 TGFBR1 抑制肺纤维化模型中的成纤维细胞活化。尽管其促愈合证据充分，但抗纤维化证据多源自非皮肤器官模型，其在皮肤瘢痕形成中的直接抑制作用仍需进一步研究确证。
3.4 临床应用与挑战
3.4.1 标准化与制造
间充质干细胞外泌体的临床转化从根本上受限于标准化、规模化生产的需要。传统的超速离心等分离方法产率和纯度低，导致批次间变异性大。遵循药品生产质量管理规范（GMP）标准和国际细胞外囊泡学会（MISEV）等提出的表征指南至关重要。未来的进步依赖于开发可规模化技术，如三维细胞培养和新型分离平台，以确保持续生产高质量的细胞外囊泡。
3.4.2 效力测定与质量控制
超越基本的物理表征（大小、浓度、标志蛋白）至关重要。迫切需要建立与临床疗效直接相关的稳健且具有生物学意义的效力测定，例如量化外泌体抑制 TGF-β 诱导的成肌纤维细胞分化的能力，或在标准化测定中促进内皮管腔形成的能力。这些功能性质控对于确保批次一致性和预测体内疗效不可或缺。
3.4.3 递送与靶向策略
优化递送以提高疗效并减少脱靶效应至关重要。虽然局部应用、可注射水凝胶和支架系统提供了各种途径，但实现精准靶向仍具挑战。外泌体的表面工程修饰，例如缀合 RGD 等靶向肽，是改善其在特定伤口部位归巢和滞留的有前景策略，从而提高治疗精度并减少所需剂量。
3.4.4 安全性与监管前景
尽管间充质干细胞外泌体通常被认为是安全且免疫原性低，但仍缺乏全面的长期安全数据。关键问题包括体内生物分布、潜在的脱靶免疫调节以及理论上的致瘤风险。外泌体作为治疗产品的监管途径仍在发展中，需要与监管机构进行明确对话，并通过严格的临床前和临床研究构建稳健的安全性特征。
3.4.5 功能异质性与上下文依赖性
一个深刻且常被忽视的挑战是间充质干细胞外泌体功能的高度上下文依赖性。其作用并非普遍促愈合，而是基于亲本细胞来源、预处理和特定疾病微环境产生巨大变化。特定亚群外泌体可能通过促进淀粉样沉积加剧纤维化，凸显了其潜在的双重作用。这种固有的异质性告诫人们避免过度概括，并强调在确保可预测临床结果之前，必须进行严格的特定疾病临床前验证。
3.5 基于先进生物材料的间充质干细胞外泌体递送策略
尽管间充质干细胞外泌体在伤口愈合和瘢痕预防中展现出巨大潜力，但裸露应用面临快速清除、局部滞留时间短、靶向不足及活性成分不稳定等显著挑战。将间充质干细胞外泌体与先进生物材料载体结合是克服这些障碍的关键策略。
3.5.1 载体系统的类型和功能
间充质干细胞外泌体的载体系统主要分为三大类。纳米纤维支架（如电纺纳米纤维）具有高孔隙率和模拟细胞外基质的结构优势，能为外泌体提供保护微环境并引导细胞行为。水凝胶系统基于透明质酸、壳聚糖和明胶等材料，能够持续释放外泌体并在伤口部位保持有效治疗浓度。多功能复合材料通过整合生物活性纳米颗粒、靶向肽和磁性颗粒等赋予载体系统智能化特性，可同时发挥抗菌、促血管生成和抗炎作用，或在外部磁场下实现时空精准的靶向和调控。
3.5.2 临床转化挑战与未来方向
尽管前景广阔，生物材料载体系统与间充质干细胞外泌体的结合在临床转化中仍面临挑战。未来应关注以下方向的深度整合与优化：载体与外泌体界面的精准工程化，旨在提高装载效率并实现响应伤口微环境的智能控释；可规模化制造与质量控制的无缝整合，需建立涵盖物理特性、装载效率、释放动力学等全面标准；通过表面修饰或柔性贴片设计增强靶向和个性化递送，提高复杂伤口表面的滞留与精准治疗；加强以复杂动物模型和分层结果评估为核心的长期安全性和有效性临床前验证与严谨的临床试验设计。
4 结论
间充质干细胞外泌体代表了一种变革性的无细胞治疗方法，在皮肤伤口愈合和瘢痕预防方面具有巨大潜力。其疗效源于多机制能力，包括促进细胞增殖、调节炎症、保护免受氧化应激和刺激受调节的血管生成。特别地，某些外泌体能直接靶向纤维化的核心驱动因素，如 TGF-β/Smad 通路，以抑制成肌纤维细胞分化。然而，通往临床的道路仍存障碍，关于最佳细胞来源、时间窗口和剂量的确定，以及外泌体的上下文依赖性双重作用，均需深入研究。未来的研究应优先开展不同来源外泌体的比对研究、工程化改造增强功能、开发先进生物材料载体，并推进严谨的临床试验，以充分将其潜力转化为全球患者瘢痕最小化的再生愈合方案。
