关于干细胞外泌体

lyw 115 2026-02-21 13:48:32

一、干细胞外泌体简介

介绍干细胞外泌体之前先简单介绍一下外泌体,外泌体是直径约为30-150纳米,具有“杯状”或“碟状”形态,外侧含有脂质双分子层的,由细胞主动分泌释放到细胞外的腔内囊泡。其携带母细胞特征性生物信息分子,如蛋白、脂质、DNA、mRNA、miRNA及Non-coding RNA等多种生物活性物质,被认为是细胞间分子交换和信息传递的生物纳米颗粒。

干细胞外泌体是由干细胞分泌的细胞外纳米级囊泡,具有磷脂双分子层结构。它们携带特定的生物活性分子,包括蛋白质、核酸(如miRNA、lncRNA等)、脂质及代谢物,这些内容物反映了分泌干细胞的生物学特性和功能状态。

干细胞外泌体通过胞吞作用、膜融合或配体-受体相互作用等方式被靶细胞摄取,从而介导细胞间信息传递和功能调控。干细胞外泌体具有良好的生物相容性、低免疫原性及穿越生物屏障的能力,能够在不同组织和器官间传递信号分子,调节各种生物学过程,包括免疫调节、抗炎、抗凋亡、促血管生成及组织修复等,因此在再生医学领域展现出重要潜力。

细胞膜内陷,杯状的早期分选内体(Early sorting endosome,ESE),ESE中主要包含保外蛋白、膜蛋白以及回收的外泌体;随后,ESE膜向内凹陷,并将胞质中的蛋白质、核酸和代谢物等包裹至ESE内部形成包裹由腔内囊泡的晚期分选内体(Lately sorting endosome,LSE);最后,LSE成熟为多泡体(Multvesicular bodys,MVBs),部分MVBs通过与自噬体或者溶酶体融合发生降解,其他的MVBs则能够与质膜融合并释放腔内囊泡到细胞外,这些被释放到细胞外的腔内囊泡便是最终的外泌体。

二、干细胞外泌体生物学作用

近来研究已证实,干细胞外泌体具有多种生物学作用,包括促进干细胞归巢、提高细胞存活率并抑制细胞凋亡、促进干细胞分化、增强干细胞迁移、炎、促血管生成及增强基质完整性等作用。

 

促进干细胞归巢:外泌体能否发挥作用,取决于其对损伤部位定位和归巢能力。干细胞外泌体含有归巢效应整合蛋白的表面标记,其使外泌体具有在细胞间交叉通讯并促使细胞归巢的能力。

 

增强细胞存活率并抑制细胞凋亡:干细胞具有较高的增殖能力和抗凋亡潜能,这些特性在相应的外泌体中也表现出类似作用。据报道诱导多能干细胞(iPSC)来源的外泌体通过调控ERK1/2通路,影响人角质形成细胞的增殖率和活力。骨髓间充质干细胞(BMSC)来源的外泌体已被证明具有抗凋亡作用。

 

促进干细胞分化:促进干细胞向特定类型细胞分化是再生医学的关键环节。间充质干细胞(MSC)具有相关的生长因子,使其具备分化成骨细胞、软骨细胞及成脂肪细胞的能力。此外,一些外泌体也具有诱导和促进细胞分化的潜能,如向心肌和神经分化等。

 

增强干细胞迁移:脐带血间充质干细胞(UC-MSC)来源的外泌体可以增强成纤维细胞和软骨细胞的体外迁移能力。有研究发现脐带中含有大量α-2-巨球蛋白(α2M)的外泌体,其中α2M是促进伤口愈合的主要成分,携带α2M等重要生物活性物质的外泌体能够在伤口修复微环境中发挥积极作用。

 

抗炎:外泌体通过下调TNF和IL-6表达水平,调节炎症反应。研究发现UC-MSC来源的外泌体,可以下调高迁移率族蛋白 B1 (HMGB1)水平,从而抑制糖尿病大鼠的炎症反应。

 

促进血管生成:MSC来源的外泌体已被证明能促进血管生成,其通过传递不同促血管生成miRNA和促血管生成蛋白发挥作用。有研究报道BMSC来源的外泌体可以靶向myosin-10干扰黏着斑(FAs)的形成和组装,从而降低大鼠动脉内皮细胞(RAEC)与细胞外基质(ECM)的黏附强度,提高RAEC的迁移能力和血管生成潜能。

 

增强基质完整性:来自UC-MSC的外泌体已被证明可以通过上调软骨细胞中的Col-II、Sox9和Aggrecan,增强软骨基质的形成。

 

促进心脏修复:在急性心肌梗死(AMI)的早期移植外泌体,可以改善炎症,减少细胞凋亡,增加心肌基质细胞衍生因子1(SDF-1),促进心脏修复;用阿托伐他汀(ATV)预处理BMSC来源的细胞外囊泡(EV)(BMSCATV-EV)对AMI具有卓越的心脏修复作用。

三、干细胞外泌体作用机制

干细胞外泌体作为一种新型无细胞治疗策略,具有免疫调节、抗炎、抗纤维化、抑制氧化应激、增强血管生成等疗效。干细胞外泌体主要是通过三种途径影响靶细胞:直接融合内吞及旁分泌信号传导。通过将其内容物(如蛋白质、mRNA、miRNA等)释放入靶细胞内或与靶细胞表面受体相互作用,激活靶细胞内信号通路,进而影响其生物学功能。如干细胞外泌体富含糖酵解相关酶,可增加ATP产生,减少组织细胞死亡。干细胞外泌体还含有VEGF、TGF-β1、IL-6、IL-10及HGF等细胞因子,有利于血管生成和免疫调节。

 

1. 信号传递:外泌体可以携带和传递各种生物活性分子,这些分子可以作为信号分子影响邻近或远处细胞的状态;

 

2. 基因调控:外泌体中的miRNA和mRNA能够影响受体细胞的基因活动,调节细胞的功能和行为。这包括促进或抑制特定基因的表达,从而影响细胞的增殖、分化和凋亡;

 

3. 免疫调节:外泌体能够影响免疫细胞的活性,参与调节免疫应答和炎症过程;

 

4. 组织修复:外泌体通过促进细胞增殖和分化,参与损伤后的组织修复;

 

5. 细胞间通讯:外泌体作为细胞间通讯的介质,可以将信号从一个细胞传递到另一个细胞,协调远处的细胞活动。这种通讯机制在维持组织稳态和适应生理和病理条件中起着关键作用。

四、干细胞外泌体优势

体积小,易穿透:外泌体的纳米级尺寸使其能够穿越各种生物屏障,例如血脑屏障。同时其小尺寸允许通过过滤进行灭菌,安全性更高。

 

低免疫原性:外泌体作为无细胞成分,发生免疫排斥的风险较低。此外,外泌体膜结构使其表面的抗原性较稀疏,进一步降低了免疫原性。

 

生物相容性好:外泌体具有与细胞膜相同的膜结构,具有良好的生物相容性,容易被细胞吸收。

 

更易储存与运输:干细胞外泌体的制备和存储相较于干细胞可能更为简便和稳定,可以更大规模地生产和分发。例如,干细胞需要在-196°C的液氮环境中储存,而干细胞外泌体则只需在-80°C下即可长期保存。

 

给药方式多样化:干细胞外泌体可以通过多种途径递送给药,如雾化吸入、鼻腔喷雾、局部涂抹等,适用于不同治疗需求的患者。

 

无伦理问题:外泌体不是活细胞,因此也无干细胞相关的伦理限制。

五、干细胞外泌体功能与应用

组织修复和再生:干细胞外泌体富含生长因子、细胞因子等修复性因子,能够刺激受损组织的再生与修复。它们通过促进细胞增殖、分化及血管新生,加速伤口愈合和组织重构。这在皮肤损伤、神经损伤及心血管疾病的治疗中展现出巨大潜力。

 

免疫调节:干细胞外泌体能够参与免疫系统调节,通过抑制过度炎症反应或增强免疫细胞活性,帮助恢复免疫平衡。外泌体还携带特定抗原信息,引导免疫细胞对特定目标进行精确打击。

 

生物活性分子传递:干细胞外泌体作为天然药物递送系统,能够将生物活性分子高效传递至靶细胞,影响靶细胞基因表达和功能。这种特性使得外泌体在基因治疗、药物开发及再生医学领域具有广泛应用前景。

 

肿瘤治疗:干细胞外泌体能通过调控机体免疫应答增强机体抗肿瘤免疫能力,从而抑制肿瘤进展。

 

诊断与监测疾病:MSC来源外泌体中含有丰富生物标志物,例如miRNA、mRNA、蛋白质等,以及外泌体表面携带的糖类、抗原等,可以将其作为一种非侵入性的生物体外诊断工具,在诊断和疾病监测等方面发挥作用。
 
2025年,我国首款间充质干细胞药品艾米迈托赛注射液的成功获批上市,标志着干细胞治疗领域取得了重要突破,同时也将干细胞外泌体这一细胞衍生产物推向了行业前沿。干细胞外泌体在逆转多种与衰老相关的疾病和功能障碍屡屡展现出令人期待的效果。如上海交通大学医学院附属瑞金医院王刚教授团队开展的国际首个临床试验表明,间充质干细胞来源的外泌体喷鼻治疗阿尔茨海默病,中等剂量组受试者认知功能改善且疗法安全。 
 
 
 

半年来干细胞外泌体进展频频

 
今年1月,亦诺微与全球美业领军企业 Merz Aesthetics 达成合作,围绕工程化外泌体抗皱产品共同开发美国和加拿大市场。这一合作标志着亦诺微在医美领域的外泌体应用迈出重要一步,借助 Merz Aesthetics 的市场渠道和品牌影响力,有望加速其外泌体抗皱产品的商业化进程。 
 
1月,河南省科学院、中国科学院生物物理研究所姬广聚研究员等人在 Cell 子刊上发表了题为:Exosomal miR-302b rejuvenates aging mice by reversing the proliferative arrest of senescent cells 的研究论文,提出一种名为 “Senoreverse” 的 “返老还童” 新策略,证实人胚胎干细胞来源的外泌体(hESC-Exo)通过其携带的 miR-302b,可逆转衰老细胞的增殖停滞,让衰老小鼠 “返老还童”,表现为延长寿命、改善身体性能以及减少衰老标志物,且长期递送 miR-302b 可延缓衰老进程,无安全性问题 。 
 
2024年12月,佰炼医药推出了新品-HEK-293TS细胞外泌体标准品(货号:ES01),其是在GMP条件下由悬浮HEK-293TS细胞经过无血清培获得上清液后,经切向流超滤(TFF)、层析等步骤分离纯化获得高纯度外泌体原液,之后经过冻干过程制备而成的冻干粉外泌体标准品。可作为外泌体表征对照,也可作为负载药物(小分子药物,核酸药物等)的药物递送载体。 
 
12月,干细胞外泌体研发被纳入国家重点研发计划,该计划将干细胞衍生物的规模化制备、质量评价以及临床探索列为核心任务,并重点聚焦多领域的临床探索。由思德克索牵头的外泌体药物研发课题“干细胞衍生物规模化制备关键技术及评价研究”获得国家重点研发计划支持。 
 
12月,国典医旗下全资子公司泌生元生物收到国际化妆品成分命名委员会(INC)的回函,国典医药&泌生元“人血液细胞来源诱导多能细胞外囊泡”被正式准予纳入国际化妆品原料(INCI)目录,也标志着国典医药的诱导多能干细胞(iPSC)外泌体成为了中国大陆首个获得此殊荣的产品,为再生医学领域注入了新的活力。1月,国典医药的iPSC外泌体的第3项临床研究——“外泌体GD-iExo-003治疗急性缺血性脑卒中的探索性研究”在首都医科大学宣武医院顺利启动。 
 
8月,恩泽康泰全资子公司恩康医药的人源间充质干细胞外泌体(HUMSC DERIVEDEXOSOMES)药物原料GoldenExo®,获得美国FDA审批的DMF II型备案资格(备案号:040337)。 
 
8月,安龄生物分别联合上海长征医院和复旦大学附属闵行医院申报的基于安龄生物ANEXTSmart EX®技术平台打造的间充质干细胞外泌体“肺立赛”作为核心制剂,针对新冠肺炎及慢阻肺等病后损伤修复细胞疗法的两项临床试验顺利启动,成为全球首例专门针对于新冠感染后引发的器官损伤组织修复的细胞外泌体疗法临床试验。 
 
8月,北科生物自主研发和自主申报的人脐带间充质干细胞外泌体(HUMAN UMBILICAL CORD MESENCHYMAL STEM CELL)药物原料,已顺利获得美国食品药品监督管理局(FDA)的药物主文件(DMF)II型原料药备案资格(备案号:040063)。
 
外泌体的分离与纯化

“细胞囊泡运输的调节机制在2013年获得诺贝尔生理或医学奖后,外泌体Exosomes逐步成为全球生物医学领域研究的热门话题。在各领域中的应用也越来越广泛,其在临床应用中有以下研究方向。

 

1. 疾病诊断:外泌体因其能携带蛋白质、RNA和DNA等生物分子,已在疾病诊断中展现出潜在的应用价值。特别是在癌症诊断方面,外泌体因其较高的稳定性和含量较高的特点,使其成为液体活检中的重要生物标志物。

案例:在肿瘤诊断中,通过分析循环肿瘤细胞(CTCs)和循环肿瘤DNA(ctDNA)以外的泌体,可以实现更早的疾病检测和监控。

 

2. 治疗应用:外泌体在治疗领域中的应用主要包括利用其作为药物递送载体。由于其天然的靶向性和较低的免疫原性,外泌体可以作为一种有效的载体,用于递送药物到特定的组织或器官。

案例:因其有调节免疫反应,具有潜在的抗炎和免疫调节效果,对于治疗诸如心血管疾病、神经系统疾病等具有应用前景。

 

3. 组织修复与再生:外泌体在组织修复与再生领域中也表现出巨大的潜力。

案例:研究表明,外泌体可以参与心脏、肝脏、大脑等器官的组织修复与再生过程,通过携带特定的生物分子,如miRNA和蛋白质,来促进细胞的生存、增殖和分化。

 

4. 美容抗衰:在美容抗衰领域,外泌体也被用来促进皮肤修复和抗衰老效果。(但并非所有的外泌体都具有美容功效,目前,能作为美容产品的外泌体主要来源于干细胞,特别是间充质干细胞、脂肪干细胞和多能干细胞。)外泌体中的生物活性分子能够促进皮肤细胞的再生和修复,增加胶原蛋白的表达,从而改善皮肤质量和抗衰老效果。

 

干细胞和外泌体都可用于促进修复再生,但它们在体内发挥作用的机制迥然不同。干细胞的疗效主要源自两个方面:一是分化替代——干细胞能够直接分化成目标组织所需的功能细胞,融入并替补损伤部位,从而恢复组织功能;二是旁分泌效应——干细胞在体内分泌多种生长因子、细胞因子,调节局部微环境(如抑制炎症、促进血管新生等),间接促进组织修复。简单说,干细胞既能亲自上阵变成所需细胞,又会释放营养汤去影响周围细胞。

而外泌体恰恰是干细胞旁分泌作用的核心介质之一——它本身不具备变成组织的能力,却携带了干细胞的指令和营养外泌体被靶细胞摄取后,释放出其中的mRNAmiRNA、蛋白质等分子,从而改变靶细胞的行为。比如说,外泌体可以将抗炎和促再生的信号传递给免疫细胞和受损组织细胞,减少细胞凋亡、抑制瘢痕和炎症、促进血管生成等。

越来越多研究表明,干细胞治疗的很多疗效是通过分泌外泌体实现的。有研究指出,即使将干细胞的细胞核去除,其分泌的外泌体依然能够产生类似药理作用。但是这并不代表外泌体完全是干细胞的精华部分。而现实是,外泌体被视为干细胞发挥作用的执行者之一。但另一方面,干细胞仍有外泌体无法替代的功能:尤其是在需要实体组织重建时,干细胞的分化能力至关重要。外泌体只能指挥宿主自身的细胞去修复,不能变成新的细胞补位,这一点是根本区别。

而外泌体方面,对于以功能调节为主的问题,如全身性抗衰老、慢性炎症、轻度退行性变,日本许多机构则提供干细胞培养上清液(富含外泌体)疗法,通过全身点滴或局部注射,利用其中的外泌体所携带信号来刺激机体自我修复。

举例来说,日本的一些医疗机构采用牙髓干细胞来源的高纯度上清液,静脉输注或滴鼻给药,用于阿尔茨海默病的预防和认知障碍改善。这类疗法背后的逻辑是:外泌体可以穿透血脑屏障等屏障,将干细胞的修复信号送达到大脑等部位,减少炎症、促进神经再生,而不需要把细胞本身植入大脑。

作用机制上的差别也影响着客户的疗程体验和效果感知。有些使用外泌体点滴的抗衰客户反馈皮肤润滑度提高、睡眠质量改善,这是外泌体抗炎和促再生信号发挥作用的结果

EXOSOME 外泌体

EXOSOME外泌体的主要功效:

1.高度的组织修复能力:hUC-MSCs 来源的外泌体能促进骨骼、软骨、肌肉、神经等多种组织的修复和再生。特别是在创伤

愈合、关节疾病、肌肉损伤、神经再生等方面效果显著。


2.强大的抗炎作用:与其他外泌体相比,hUC-MSCs 来源的外泌体表现出更强大的抗炎作用。因此在治疗关节炎、炎症性肠病

等疾病时展现出卓越的效果。


3.低免疫原性:hUC-MSCs 来源的外泌体具有低免疫原性,与其他外源干细胞和来源外泌体相比,不引发免疫系统的强烈排异

反应,因而在精准治疗和长期治疗中具有更高的安全性。


4.神经保护与再生:由于含有神经生长因子,因此对脑部损伤、脊髓损伤、神经退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)

有潜在的治疗作用。


5.广泛的适用范围:hUC-MSCs 来源的外泌体可用于血管疾病、肝脏疾病、肾脏疾病等器官和组织的损伤及治疗,具有更强的

修复能力,因此在广泛的再生医学领域中具有重要应用。

 

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