摘 要： 软组织损伤是指因急性或慢性积累性损伤而导致的机体多系统结构或功能异常, 损伤后修复不良可引起疼痛、肌肉痉挛、功能障碍甚至畸形等;探索软组织损伤及修复的病理生理机制, 促进软组织损伤后相关功能的恢复、缓解患者病痛已成为当今医学研究的热点。外泌体是近年来发现的一种新型细胞间信号通讯方式, 因其在维持组织微环境稳态中的重要作用而备受关注, 近年来的研究发现外泌体可通过多种途径参与软组织损伤后修复的病理生理过程。本文将对外泌体在软组织损伤修复中的作用机制的相关研究进展加以综述。
关键词： 外泌体; 软组织; 损伤后修复;
人体软组织涵盖皮肤、肌肉、神经、血管等多种组织, 而软组织损伤涉及内外科、神经科、妇科、康复科等多学科范畴, 因病患人数广、病程迁延、生活质量受影响程度深, 而日益受医学界人士的关注。近年研究证据表明, 局灶微环境内同种或异种细胞胞间通讯在软组织损伤后修复过程中起着重要作用。
外泌体是一种由脂质双分子层包裹、直径在40~100 nm的囊泡状结构, 通过携带DNA、RNA、蛋白质等生物活性物质, 在局灶及全身微环境稳态中扮演重要角色。随着研究的深入, 对外泌体的了解已从单纯排泄细胞废物的运载体拓展到具备各种病理生理功能的新型胞间信号载体。外泌体作为新型细胞通讯方式, 通过胞间生物活性物质传送, 可在细胞分化、迁移、侵袭及组织损伤后修复等多种生理、病理过程中扮演重要角色[1]。故本文就外泌体在软组织损伤修复方面的研究进展作一综述, 以期为后续研究提供思路。
1、 外泌体参与多种软组织损伤的修复作用
1.1、 外泌体与骨骼肌组织:
骨骼肌是软组织重要组成成分之一, 其损伤后修复过程及机制一直是软组织领域研究的重要方向。骨骼肌的生成可简要概括为成肌细胞增殖分化后融合成多核肌管, 再由多核肌管发育为肌纤维及肌肉[2]。随着研究的不断深入, 学者已证实外泌体在肌肉生成、再生、萎缩等病理生理过程中扮演重要的角色。2010年Guescini M等[3]首次发现、纯化成肌细胞来源外泌体, 并进一步证实其内含有供能线粒体DNA及多种蛋白质。Alexis F[4]等深入对比成肌细胞来源外泌体和肌管细胞来源外泌体, 发现后者较前者更富含肌肉收缩蛋白, 且可促进成肌细胞分化, 同时抑制其增殖, 说明骨骼肌生成分化过程中其外泌体内功能性特异蛋白亚群发生了变化;进一步就肌肉外泌体内的mi RNA进行分析, 发现其内含有mi R-1、mi R-206等可调节肌肉分化的mi RNA, 且可在成肌细胞及肌管细胞间进行信息传递。Fry C等[5]研究则发现肌肉前体细胞来源外泌体可通过mi R-206调节肌肉局灶微环境中成纤维细胞的核糖体结合蛋白1抗体 (Rrbp1) , 影响其胶原蛋白的合成, 最终调节骨骼肌微环境中胞外基质沉积和组织重塑;表明骨骼肌细胞及其前体细胞可通过外泌体与他种类型细胞相互作用, 进一步调节肌肉组织修护和再生的细胞外微环境稳态。同时, 间充质干细胞、脂肪细胞等其他类型细胞来源外泌体也可作用于肌肉细胞, 通过调节蛋白激酶B的磷酸化水平等途径调控肌肉的生成、修复[6]。以上数据表明外泌体可通过功能性内容物参与肌细胞间及肌细胞与他种细胞间的通讯, 进而参与软组织骨骼肌损伤后修复相关过程。
1.2、 外泌体与皮肤组织:
皮肤组织是表面软组织主要构成部分, 其损伤后修复是极为复杂的过程, 需受损局部及周围微环境中细胞、细胞外基质及多种细胞因子的密切合作方可重塑、修复受损组织;越来越多研究表明外泌体参与软组织皮肤的损伤后修复过程。Moulin VJ等[7]研究证实皮肤肉芽组织中含大量外泌体, 而相关动物实验发现抓伤可诱导大量外泌体脱落, 越靠近伤口的部位该现象越明显[8]。成纤维细胞是皮肤损伤后修复的重要细胞, 研究发现成纤维细胞具合成并分泌相关外泌体的功能, 同时进入基质胶原层的成纤维细胞可释放携带MMP-9的外泌体, 在胶原纤维化中起特殊作用, 使基质胶原由分层状转变为纤维状结构[9]。同时皮肤自身来源的间充质干细所释放的外泌体也可刺激成纤维细胞生长、增殖和迁移, 增加胶原和弹性蛋白的合成与分泌[10];最终可导致皮肤再上皮化, 促进皮肤损伤的再修复。Zhang B等[11]发现通过皮下注射间充质干细胞分泌的外泌体可明显促进烫伤后皮肤的修复及再生, 而这一过程可能是通过外泌体激活Wnt4/β-Catenin通路加快新血管生成实现的。而Huang P等[12]的研究发现角质细胞来源外泌体也可促进成纤维细胞合成MMP-1、MMP-3、IL-6、IL-8等与皮肤损伤修复相关的活性分子。以上研究均提示, 外泌体在皮肤损伤后修复及其他皮肤相关病理生理过程中扮演重要角色。
1.3、 外泌体与血管组织:
血管在组织营养支持方面起不可替代的重要作用, 故其在软组织病理生理变化过程中也发挥相应的影响。近些年, 外泌体在血管调控中的生物学作用日益受关注。学者首先发现外泌体在血管生成方面可能发挥一定的影响。Al-Nedawi K等[13]提出部分肿瘤细胞可通过外泌体激发血管内皮生长因子的生成, 随后经由血管内皮生长因子R2的自分泌信号活化来诱导血管生成。同时, Kucharzewska P等[14]在高度恶性多形性胶质细胞瘤的研究中发现胶质细胞瘤细胞来源的外泌体能够通过周边内皮细胞中的PI3K/Akt信号通路加速新生血管生成。随着研究的深入, 外泌体在血管损伤后修复中所起的作用也引起学者的兴趣。Li X等[15]在血管损伤相关研究中发现, 内皮祖细胞来源外泌体能被优先募集到血管受损部位, 随后被内皮细胞内化, 产生强烈的再生效应, 在血管损伤早期加速再内皮化;同时内皮祖细胞来源外泌体可通过调节多种血管生成相关基因表达, 调控内皮细胞功能而减轻血管损伤。Peinado H等[16]在肿瘤转移相关研究中发现, 高转移性黑色素瘤来源外泌体可重新编程骨髓祖细胞, 促使其向促血管生成的表型转变, 导致转移前位点血管的渗漏, 从而增强原发肿瘤的转移能力。Kalani A等[17]在大鼠脑血管损伤模型的相关实验中发现, 姜黄素处理后的内皮细胞来源外泌体可有效减轻氧化应激和由血管内皮细胞损伤所导致的内皮细胞膜高渗透性。上述研究提示, 机体可通过外泌体在血管损伤后修复中起一定作用。
1.4、 外泌体与神经组织:
神经组织具有接受、整合、传导和输出信息实现信息交换, 神经营养的作用。近年研究已证实神经细胞与同种及异种细胞间存在连续的分子交换, 可起到预防组织损伤、促进损伤后修复, 延缓病理发展的作用。外泌体作为新型胞间通讯方式, 在神经反射的体液调节过程中靶向传递信号分子, 在神经发育、突触活动、保护机制和神经再生中均有重要的作用。2011年Lachenal G等[18]在体外培养的皮质神经元相关研究中发现外泌体等囊泡的释放受去极化的调节, 可受钙离子刺激, 被GABAa受体所阻滞, 故认为外泌体可能是神经系统内交流的又一基本模式。2013年Fruhbeis C等[19]实验揭示少突胶质细胞等来源外泌体包含髓磷脂、压力保护蛋白等对神经元有营养支持作用的物质, 并可在氧化应激等情况中增加神经元的存活率。Court FA等[20]的研究证实当周围神经退化或损伤时, 其附近的雪旺细胞可生成释放一定的外泌体进入神经轴突处, 传递特定的m RNA及核糖体至损伤神经元, 进而增加神经再生所需的局部蛋白质的合成。Xin H等[21]研究发现间充质干细胞来源外泌体可提升神经细胞和星形胶质细胞中mi R-133b释放水平, 刺激轴突额神经突触重塑, 在脑损伤后的修复过程中发挥重要影响。上述研究均肯定了外泌体在病理性神经损伤后修复过程中的良好效应。
2、 外泌体在软组织损伤相关疾病诊治中的研究
外泌体作为新型治疗手段较传统治疗方法具有其独特的优势:首先, 紧密而稳定的囊泡状结构, 能保障外泌体内部mi RNA等功能内容物完整运输至目的地, 而不被降解;其次, 外泌体即可激活细胞表面受体, 又可将其所携带的功能性内容物导入细胞内部, 激活胞内信号;再者, 外泌体所携带的RNA、DNA等物质, 可从核酸水平调控靶细胞功能。因此, 外泌体极有可能成为基因或细胞精准治疗中理想的传送递质。近些年, 越来越多的学者认为外泌体在软组织损伤修复中具有极大的应用前景。Nakamura Y等[6]在骨骼肌损伤修复相关研究发现, 间充质干细胞分泌的外泌体可在肌肉损伤的模型中通过mi RNA-494等表达促进细胞及血管的生成进而促进肌肉再生。小鼠的肌肉撕裂模型的研究也表明[22], 成肌细胞分泌的外泌体可通过纤维母细胞生长因子等活化因子增加肌肉损伤部位细胞再生数量, 明显减少纤维化面积, 提高肌肉再生能力。Wang X等[23]在2型糖尿病心血管相关研究中发现, 2型糖尿病大鼠模型中血清来源外泌体可通过携带mi R-320, 被内皮细胞吸收, 最终阻止内皮细胞的增殖、迁移和血管形成;当外泌体生成被生物合成抑制剂GW4869抑制后, 上述结果消失。另一项研究表明[24], 敲除活体斑马鱼内外泌体的功能性内容物mi R-126将导致血管完整性缺失和大出血。同时, 在神经系统的研究中已尝试将外泌体作为新型诊治手段。Carlos L等[25]实验提示星形胶质细胞来源外泌体可通过mi RNA26a进行神经元的重塑, 进而对神经起特异性保护作用, 且这一过程可通过人工干预实现。上述骨骼肌、血管及神经方面的研究充分表明外泌体可作为软组织损伤后修复的诊治手段, 但不同损伤类型如何确定其特异性外泌体及其功能性内容物仍需进一步研究加以阐述。
3、 展望
外泌体因其独特的优势, 成为近年来学者关注的重点, 但在软组织损伤修复领域的研究仍处于起步阶段。外泌体是一种新型细胞间通讯方式, 为精确和全面阐述软组织损伤后修复分子机制和精准治疗靶点指明了新研究方向, 对优化软组织相关疾病的诊治、预防具有重要的临床意义。随着外泌体研究的逐渐深入, 其在软组织相关损伤后修复的临床应用前景将越来越广阔。
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