《Journal of Inflammation Research》：Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes: A Tool for Heart Failure Repair — From Molecular Mechanisms to Clinical Potential
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外泌体是广泛分布于生物体液中的纳米级囊泡，通过携带蛋白质、核酸和脂质等生物活性分子充当细胞间通讯的关键介质，并在多种生理和病理过程中发挥重要作用。间充质干细胞来源外泌体（MSC-exos）具有低免疫原性、低致瘤风险、来源丰富且易于工程化改造等优势。通过靶向递送
外泌体是广泛分布于生物体液中的纳米级囊泡，通过携带蛋白质、核酸和脂质等生物活性分子充当细胞间通讯的关键介质，并在多种生理和病理过程中发挥重要作用。间充质干细胞来源外泌体（MSC-exos）具有低免疫原性、低致瘤风险、来源丰富且易于工程化改造等优势。通过靶向递送生物活性分子，MSC-exos在心力衰竭（HF）修复中发挥多方面的治疗作用：它们不仅能保护心肌细胞从而维持结构完整性，还能调节免疫和炎症反应进而改善心肌微环境，此外还可抑制纤维化、促进血管新生并优化心肌代谢，为HF治疗提供了新的策略和工具。本综述旨在系统阐明MSC-exos的生物学特性，深入分析其在HF治疗中的分子机制，总结优化策略，并探讨其在药物递送和临床应用中的潜力。同时，本文还讨论了临床转化面临的挑战与未来方向，从而为MSC-exos作为HF修复治疗工具的基础研究与临床实践提供全面参考。
论文主体内容总结如下：
外泌体的生物学特性
命名说明：当前研究中，外泌体通常被定义为直径30–150 nm的囊泡，其鉴定基于该尺寸范围、超速离心或沉淀等分离方法以及常规外泌体标志物的存在。然而，根据国际细胞外囊泡学会最新指南（MISEV2023），"外泌体"这一术语应严格保留给具有内体起源证据的囊泡，即由多囊泡体（MVBs）内的腔内囊泡（ILVs）形成并与质膜融合后释放的囊泡。在本综述引用的许多研究中，并未提供内体生物发生的确定性证据，因此某些被称为"外泌体"的制备物可能更适宜归类为小型细胞外囊泡（sEVs）。为与原始文献术语保持一致，本综述在讨论具体研究时保留了原作者对"MSC-exos"的称谓，将其作为一个操作性定义，指代通过外泌体领域常用方法从间充质干细胞条件培养基中分离的小型细胞外囊泡，而非声称每种制备物均具有经证实的内体起源。
外泌体的生物发生与释放：外泌体的生物发生始于胞吞作用，质膜向内凹陷形成早期内体。早期内体负责货物的初始分选和命运决定，需回收的货物通过内体的管状外周区域返回质膜或高尔基体，而中央腔室内的剩余货物则促使早期内体成熟为晚期内体。晚期内体随后通过内膜出芽产生腔内囊泡（ILVs），形成多囊泡体（MVBs）。ILVs的生成受ESCRT依赖途径和ESCRT非依赖途径两种主要机制调控。MVBs与质膜的融合导致ILVs以外泌体形式释放，该过程依赖于囊泡对接和融合机制，主要由v-SNAREs、t-SNAREs、Rab GTPases和系链蛋白协同介导。
外泌体的组成：外泌体作为细胞分泌的纳米级囊泡，其组成复杂且具有细胞类型特异性，主要包括蛋白质、核酸、脂质和小分子代谢物。跨膜蛋白和膜联蛋白（如CD9、CD63、CD81）在维持外泌体结构稳定性和介导细胞间识别中发挥关键作用。热休克蛋白（如HSP70、HSP90）、细胞骨架蛋白（如肌动蛋白、微管蛋白）、信号转导分子（如PI3K、Akt）和酶类主要参与外泌体生物发生、靶向运输及受体细胞功能调控。核酸包括miRNAs、mRNAs、lncRNAs、circRNAs和DNA片段，被包裹在外泌体内实现细胞间转移，进入受体细胞后调控基因表达和细胞生理功能。外泌体膜的脂质组成与质膜相似但有所区别，富含胆固醇、鞘磷脂、神经酰胺和磷脂酰丝氨酸。
外泌体的摄取与功能：外泌体必须通过特定机制被靶细胞摄取才能发挥生物学效应，主要摄取机制包括膜融合和胞吞作用。膜融合通过外泌体脂质双层与靶细胞膜直接合并，将外泌体内容物释放至细胞质。胞吞作用包括网格蛋白介导的胞吞、小窝蛋白介导的胞吞、巨胞饮和吞噬作用。受体-配体相互作用可为摄取过程赋予特异性，这对实现外泌体的精确调控功能至关重要。
MSC-Exos在HF中的关键调控作用
发挥心肌细胞保护效应并调控程序性细胞死亡：心肌细胞凋亡是HF中心肌损伤和功能恶化的主要因素。MSC-exos通过递送抗凋亡分子和激活促存活信号通路减轻凋亡。例如，诱导多能干细胞来源的外泌体miR-21靶向磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）调节Akt磷酸化，从而抑制缺血性心肌细胞凋亡并刺激血管新生。大鼠骨髓间充质干细胞来源外泌体（BMSC-exos）递送miR-144至心肌细胞，靶向PTEN/Akt通路抑制缺氧条件下的凋亡。人脐带间充质干细胞来源外泌体（UCMSC-exos）所含miR-100-5p下调FOXO3，抑制NOD样受体家族含pyrin结构域蛋白3（NLRP3）炎症小体活化，减轻心肌细胞焦亡和损伤。
调节免疫应答并减轻炎症：MSC-exos通过重塑心肌免疫微环境减少炎症损伤展现保护HF的潜力。小鼠脂肪间充质干细胞来源外泌体（ADMSC-exos）携带的miR-671抑制转化生长因子β受体2（TGFBR2）表达和Smad2磷酸化，显著降低促炎因子IL-6和TNF-α的分泌。Xu等人发现低剂量脂多糖预处理的BMSC-exos促进M2巨噬细胞极化，抑制M1极化和NF-κB信号，并通过部分激活AKT1/AKT2信号发挥抗炎和抗凋亡作用。
抑制纤维化并逆转心室重构：过度心肌纤维化是进行性心功能障碍和HF发展的关键驱动因素。MSC-exos通过递送特定miRNA和直接干预纤维化信号通路减轻心室重构并阻碍纤维化进展。Shao等人报道大鼠UCMSC-exos富集miR-24，通过miR-24/Bim通路抑制心脏纤维化并恢复心功能。小鼠BMSC来源外泌体miR-129-5p通过抑制TRAF3/NF-κB信号通路改善HF小鼠心肌细胞的氧化应激、细胞凋亡、炎症和纤维化，从而减轻心室功能障碍。
促进血管新生并改善灌注：在HF病理过程中，MSC-exos不仅通过递送促血管生成因子和调节内皮细胞功能促进血管新生并改善心肌血流灌注，还通过特定机制减轻缺血再灌注引起的心肌损伤。Komaki等人证明人足月胎盘间充质干细胞来源外泌体（PMSC-exos）在体外促进内皮管形成和迁移，上调血管新生相关基因Tie-2和Ang-2的表达，并在小鼠耳廓缺血模型中增强血管新生和血流灌注。人ADMSC-exos可将miR-125a转移至内皮细胞，抑制血管新生抑制因子delta样配体4（DLL4），刺激内皮细胞增殖和迁移，延缓HF进展。
改善心肌代谢与线粒体功能：心肌代谢紊乱、自噬失调和线粒体功能障碍显著加剧能量供应不足和心肌细胞功能受损。MSC-exos通过调控相关分子机制改善这些病理状态。研究表明，BMSC来源外泌体lncRNA GAS5通过抑制UL3/Hippo通路介导的铁死亡减轻心力衰竭，减少心肌细胞氧化应激并改善线粒体功能。Zhuang等人证明BMSC-exos通过激活AMPK/PGC-1α信号通路限制心肌缺血再灌注损伤，减轻心肌细胞氧化应激和线粒体功能障碍。Feng等人提出MSC-exos通过特定的磷脂货物变构调节葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD），增强磷酸戊糖通路活性和NADPH依赖性氧化还原平衡，将外泌体旁分泌信号与氧化还原驱动的心肌再生联系起来。
MSC-Exos从功能优化到临床应用的发展
构建功能增强型MSC-Exos的策略：主动干预策略是提高MSC-exos治疗特异性和效能的核心途径。具体策略包括预处理优化、基因工程改造以及微环境调控与通路干预。缺氧预处理的ADMSC-exos富集促血管生成蛋白及其受体，如血管内皮生长因子（VEGF）和表皮生长因子（EGF）。基因工程技术可实现对MSC-exos货物的精确控制，例如过表达GATA-4的MSCs产生的功能增强型外泌体（ExoGATA-4）富集抗凋亡miRNA如miR-19a，通过下调PTEN和BIM激活Akt和ERK信号抑制凋亡。
MSC-Exos作为靶向递送系统的设计与优势：MSC-exos因其高生物相容性、低免疫原性、能够穿越生物屏障以及共载多种分子的能力，成为理想的药物递送载体。作为独立递送系统时，其天然靶向能力源自表面表达的多种黏附分子，可特异性识别受损心肌组织标志物。通过化学偶联或基因工程掺入心肌特异性配体可提高靶向精度。作为混合递送系统时，MSC-exos与其他载体结合形成杂合递送系统，整合不同载体的优势。例如，外泌体-脂质体杂合纳米颗粒保留了外泌体特性，同时利用脂质体对大核酸的高包封效率，可有效装载大型质粒如CRISPR/Cas9表达载体。
MSC-Exos用于HF治疗的临床转化路径与应用场景：目前，MSC-exos用于HF治疗的转化研究主要停留在临床前阶段，正逐步向大型动物研究和早期临床探索推进。Yao等人测试了基于MSC外泌体和生物材料的微创外泌体喷雾剂，证明了其在心脏修复中的可行性和安全性。Mayourian等人结合系统生物学与人工程化心脏组织技术，揭示miR-21-5p是通过PI3K信号通路介导人MSC-exos促收缩功能的关键分子。
挑战与未来展望：尽管MSC-exos具有广阔的应用前景，当前临床研究仍面临若干局限：MSC-exos的功能受细胞来源、微环境和货物分子影响，其调控网络尚未完全阐明；分离纯化存在技术瓶颈，纯度低、产量不稳定；临床证据极其有限。未来研究应聚焦于整合组学技术解析功能异质性与调控网络，开发高效可扩展的分离纯化工艺并建立统一质控标准，以及优先设计多中心随机对照试验评估疗效和长期安全性。
