外泌体在感染与炎症性皮肤病中的应用与展望
金哲 高冬
烟台毓璜顶医院皮肤科,烟台 264003
通信作者:高冬,Email:13385351257@163.com
【引用本文】 金哲 , 高冬 . 外泌体在感染与炎症性皮肤病中的应用与展望[J]. 中华皮肤科杂志, 2025,e20240148. doi:10.35541/cjd.20240148
【摘要】 外泌体(exosomes)是一种几乎所有细胞都可分泌的膜囊泡,可携带运输各种细胞因子、遗传物质信息等成分,参与调节机体众多生理和病理功能。外泌体在多个领域吸引了众多关注,目前皮肤科相关研究多集中在伤口愈合、胶原再生、瘢痕改善、血管再生等方面。鉴于外泌体在炎症性皮肤病及皮肤感染中展现出重要的发展潜力,本文综述外泌体研究进展,特别是在银屑病、特应性皮炎、增生性瘢痕、皮肤感染等疾病中的治疗作用。
【关键词】 外泌体;皮炎,特应性;银屑病;皮炎,接触性;皮肤炎症;皮肤感染
DOI:10.35541/cjd.20240148
Application and prospect of exosomes in infection and inflammatory skin diseases
Jin Zhe, Gao Dong
Department of Dermatology, Yuhuangding Hospital, Yantai 264003, Shandong, China
Corresponding author: Gao Dong,Email: 13385351257@163.com
【Abstract】 Exosomes are membrane vesicles secreted by almost all cells and can carry a variety of components, including cytokines and genetic material, involved in regulating numerous physiological and pathological functions of the body. Exosomes have attracted considerable attention in various fields, and dermatological research has primarily focused on areas such as wound healing, collagen regeneration, scar improvement, and angiogenesis. Given the significant potential of exosomes in the development of treatments for inflammatory skin diseases and skin infections, this review summarizes the progress of exosome research, particularly their therapeutic roles in diseases such as psoriasis, atopic dermatitis, hypertrophic scars, and skin infections.
【Key words】 Exosome; Dermatitis, atopic; Psoriasis; Dermatitis, contact; Cutaneous inflammation; Skin infection
DOI: 10.35541/cjd.20240148
外泌体(exosomes)是源自几乎所有细胞分泌的膜囊泡,可携带运输各种细胞因子、遗传物质信息等成分,参与调节机体众多生理和病理功能。外泌体为直径30 ~ 150 nm的细胞外膜性小囊泡,在细胞识别后进入组织,通过受体相互作用、融合-吸收、内吞-胞吐等机制,在细胞间通讯发挥重要作用,影响整个机体代谢和功能[1-2]。近年,外泌体在炎症性皮肤病及皮肤感染中展现出重要的发展潜力,本文综述外泌体在银屑病、特应性皮炎、增生性瘢痕、皮肤感染等疾病中的治疗作用的研究进展。
一、
生物学特性及应用
1
生物学特性:
外泌体的大小和组分存在高度的异质性,其组成主要取决于供体细胞的来源、表观遗传变化以及生理和病理微环境条件。外泌体中包含蛋白质、脂质、代谢物及核酸等多种生物活性物质,在细胞信号转导和生物功能调节中是必不可少的。外泌体分为天然外泌体和工程外泌体。天然外泌体由几乎所有的活细胞分泌,主要是间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSC)、成纤维细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等[3]。其中MSC作为一种多能干细胞,在临床和科学研究中都有较广泛的应用。根据供体类型可分为骨髓来源、胚胎来源间、脐带来源和脂肪来源MSC等。工程外泌体是指经过修饰、改造的外泌体,相较于天然外泌体,其稳定性、靶向性及联合治疗更具优势,目前有研究将药物(包括核酸、多肽和蛋白质)或人工纳米颗粒装载到外泌体中,作为联合治疗的载体或递送媒介。此外,纳米凝胶及微针等剂型外泌体的应用也是近年来的新策略[4-5]。通过直接封装、嵌入及表面修饰等手段将外泌体混合于凝胶或固定在微针上,在增加透皮吸收率的同时,可使外泌体更加精准、稳定、持续的释放,为临床提供一种可靠、方便、高效的治疗方式。
2
外泌体的应用及优势:
外泌体在疾病发生的分子机制以及疾病的诊断和治疗中发挥重要作用,作为一类有巨大潜力的新型药物,外泌体的应用主要分为3个方面[6]:①通过干预疾病相关外泌体中功能性内容物的产生、释放和摄取来缓解或治疗疾病;②富含生物活性物质的天然外泌体本身作为治疗剂;③工程外泌体,物理上装载抗炎药物或生物修饰调节分子以提高治疗效果。
外泌体的优势体现在:①外泌体直径在30 ~ 150 nm之间,凭借其质膜融合能力,具有很强的穿透性,甚至可以通过血脑屏障,有利于药物进入深部组织[7];②具有优异生物稳定性的外泌体保护内容物不被巨噬细胞吞噬[7];③携带特定分子的外泌体可介导靶向递送进行精确治疗。与传统药物相比外泌体具有良好的生物相容性、低细胞毒性和非免疫原性,膜蛋白具有丰富的识别和免疫逃逸等生物学功能,可以实现全身微环境调节,而不是针对单一机制的治疗。外泌体在疗效及安全性上优势显著,未来在提取制备、规模化生产、工程改造等方面有望进一步优化,降低成本,满足临床与科研需求。
与活细胞治疗不同,外泌体不具有复制或多向分化潜能,因此不存在潜在的肿瘤形成风险,具有较高的生物安全性[8]。目前比较推崇的小分子药物治疗普遍存在代谢快、疗效短的问题,而外泌体循环半衰期长,规避了这个弊端。总的来说,外泌体作为一种治疗选择及生物活性药物传递载体,具有诸多优势和潜力。
二、
外泌体抗炎机制
炎症是机体对损伤、感染病原体、刺激物的防御反应,属于自身保护的生理过程,但不受控制的慢性炎症反应会导致疾病的发生。常见的炎症疾病有感染性疾病、免疫性疾病及过敏性疾病等。在炎症过程中,免疫细胞(如中性粒细胞、巨噬细胞等)分泌释放炎症细胞因子和介质,通过信号通路,启动并参与炎症,这些细胞和分子相互作用、影响,形成复杂的网络调控机制。防御抵抗炎症是治疗炎症疾病的重要靶点。
外泌体的研究始于免疫学相关机制研究。外泌体装载着各种免疫相关分子,通过这些分子来调节免疫应答,可用于开发新型免疫治疗方法。促进免疫抑制的外泌体可有效抑制炎症因子,具有超强的抗炎能力,可应用于炎症或自身免疫疾病的治疗。既往文献显示外泌体可通过多种方式调节炎症:①外泌体含有功能性微小RNA(miRNA):如骨髓间充质干细胞来源外泌体中含有抑制促炎细胞因子的 miR-210,人脐带间充质干细胞来源外泌体中有miR-21、miR-146a和miR-181,这些 miRNA可抑制核因子κB(NF-κB) 信号通路及白细胞介素(IL)1、肿瘤坏死因子(TNF)α的表达,从而控制炎症反应[9-10];②作用于炎症因子:增加抗炎细胞因子如IL-10和转化生长因子(TGF)β的表达,降低促炎症因子如IL-1β和γ干扰素(IFN-γ)的表达;③缓解氧化应激,降低NO水平:据报道脂肪干细胞来源外泌体可通过介导核因子E2相关因子2(Nrf2)/血红素氧和酶(HO-1)轴实现对巨噬细胞的调节并减轻氧化应激[11];④作用于炎症细胞:抑制免疫细胞过度浸润,促进M1型(促炎型)巨噬细胞向M2型(抗炎型)巨噬细胞转化,提高调节性T细胞(Tregs)的增殖和免疫抑制能力[12];⑤刺激胶原蛋白再生,抑制纤维化,避免瘢痕形成[12];⑥调节炎症相关信号通路:核因子κB及P38丝裂原活化蛋白激酶(P38 MAPK)通路、Wnt4/β连环蛋(wnt4/β-catenin)及磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase-protein kinase B,又称AKT)通路、TGF-β/Smad通路、细胞外信号调节激酶(ERK)通路等[6]。
三、
外泌体与炎症性皮肤病
1
特应性皮炎(atopic dermatitis,AD):
是一种慢性、复发性、炎症性皮肤病。皮肤屏障功能障碍、免疫紊乱及皮肤菌群紊乱是AD发病的重要环节,目前认为AD的发生属于2型炎症驱动,IL-4、IL-13、IL-5、胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)、IL-25、L-33等多种细胞因子参与疾病进程,其中IL-4、IL-13信号传导增强是关键和核心因子,这些因子促进炎症及皮肤破坏。近年来生物制剂度普利尤单抗及小分子Janus激酶(JAK)抑制剂被用于AD的治疗取得了一定的疗效。但AD病情顽固、易复发,有待提出更完善的治疗策略。多项研究表明,MSC外泌体可通过调节多个靶点来抑制AD的过敏进展。Cho等[13]证实脂肪来源MSC外泌体可以减轻AD小鼠模型皮损症状,如降低血清IgE水平、血液中嗜酸性粒细胞的数量以及皮肤病变中肥大细胞、CD86+和CD206+细胞的浸润;同时显著抑制皮损中各种炎症因子如IL-4、IL-23、IL-31和TNF-α的mRNA表达。在恶唑酮诱导的皮炎模型中皮下注射脂肪来源MSC外泌体可显著减少表皮水分流失,同时增强角质层水化,并显著降低炎症细胞因子(如IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α、IFN-γ、IL-17和TSLP)的水平,还能通过促进神经酰胺的重新合成,恢复AD患者的表皮屏障功能[14]。Kim等[15]研究显示,植物乳杆菌衍生的外泌体能够预防、减轻AD的炎症反应。
2
银屑病:
病因涉及遗传、免疫及环境因素。其主要是由Th17介导的免疫反应:树突细胞(DC)和单核/巨噬细胞分泌的IL-23可促进产生IL-17的T细胞扩增,Th17细胞分化增殖,分泌IL-17、IL-21、IL-22等多种Th17类细胞因子,刺激角质形成细胞过度增殖,产生炎症反应。治疗主要针对TNF-α、IL-23和IL-17以及JAK/STAT等信号通路[16]。传统药物存在影响胃肠道、肝肾功能及骨髓抑制等不良反应,且患者依从性差,生物制剂及小分子药物因其潜在的毒性、致癌风险及价格昂贵等限制了临床应用,需要开发新的治疗策略,以实现低不良反应、高效率、缓释和靶向治疗。国内外关于外泌体治疗银屑病的研究已得到部分验证,Zhang等[17]指出外泌体通过抑制DC成熟和活化,抑制IL-17、IL-23等因子的水平,能够降低咪喹莫特大鼠模型中的银屑病面积和严重程度指数(PASI)评分。Seetharaman等[18]报道,局部使用ASC-MSC外泌体2周后,患者头皮上的红斑、斑块和鳞屑数量显著减少,给药1个月后皮损消失。但也有些动物实验研究显示局部外用外泌体后小鼠肉眼皮损未见明显改善,仅在病理和细胞因子水平显示出抗炎作用[19-20]。
3
接触性皮炎(contact dermatitis,CD):
指皮肤黏膜暴露或接触某些物质后,在接触部位发生的炎症反应,可分为刺激性接触性皮炎(irritant contact dermatitis,ICD)和变应性接触性皮炎(ACD)。ACD是一种T细胞介导的炎症反应,以Ⅳ型超敏反应为主,常表现为红斑、苔藓化、脱屑和裂隙等,导致长期瘙痒、疼痛、睡眠障碍及精神心理疾患,可严重影响患者的生活质量。鉴于缺乏准确的检测方法以及很难避免常见的过敏原,传统治疗ACD仍然具有一定挑战性。有研究显示MSC和DC衍生的外泌体可治疗ACD。Golubinskaya等[21]使用MSC外泌体治疗ACD效果显著,与糖皮质激素组相比,外泌体组淋巴细胞浸润率显著降低。Guo等[22]给ACD模型小鼠静脉注射MSC来源的外泌体后,观察到皮损肿胀较对照小鼠减轻,白细胞浸润减少,TNF-α和IFN-γ降低,抗炎因子IL-10升高。Bianco等[23]在迟发性超敏反应的小鼠模型中发现DC产生的外泌体可以抑制免疫反应,减轻细胞炎症。
4
增生性瘢痕:
是创伤的过度愈合导致的病理性瘢痕,表现为肌成纤维细胞活性增加,纤维组织增多,胶原蛋白异常沉积,可影响局部美观,严重者合并功能障碍。与正常瘢痕组织相比,增生性瘢痕和瘢痕疙瘩中炎症细胞明显增多,促炎因子TNF-α、IL-1、IL-6的表达也显著上调,提示异常的炎症反应是瘢痕增生的决定性因素之一[24]。瘢痕的大小、生长速度与炎症反应的刺激强度、持续时间具有相关性,故对异常炎症反应的调控是治疗增生性瘢痕、瘢痕疙瘩的重要途径。有报道称,MSC外泌体可通过调节巨噬细胞极化、抑制肥大细胞活性、降低中性粒细胞的产生等途径,发挥免疫调节作用,促进组织修复、伤口愈合,改善瘢痕[25-27]。有研究显示,TGF-β1/2、IL-8/17/18、血小板源性生长因子、成纤维细胞生长因子、表皮生长因子等具有促进瘢痕形成的作用,而TGF-β3、IL-4/10、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)2/9的作用则正好相反[28]。有学者认为,外泌体主要通过增加Ⅲ型胶原与Ⅰ型胶原的比例及TGF-β3与TGF-β1的比例,激活 ERK/MAPK 信号通路,导致MMP-3的表达增加、MMP-3/组织金属蛋白酶抑制因子1(tissue metalloproteinase-1,TIMP-1) 比例增加,从而促进细胞外基质的重建,减少瘢痕形成,提高创伤愈合质量[29-31]。
四、
外泌体与炎症性皮肤病
感染性皮肤病是指由病原体入侵皮肤,导致皮肤发生一系列病理生理变化的疾病,包括真菌感染、病毒感染、细菌感染等,是目前病因相对明确、治疗方法较为可靠的一类疾病,但也存在抗生素耐药性、肝肾功能损伤等风险。目前关于外泌体在抗感染方面的研究主要集中在一些心、肺、脑等器官系统。
1
抗病毒:
Xu等[32]报道人宫颈上皮细胞来源的外泌体可释放IFN刺激基因(ISG),包括ISG15、ISG56、OAS1等,同时其包含丰富抗HIV的miR(miR-28、miR-125b、miR-150和miR-382等),可抑制病毒转录及翻译。Conzelmann等[33]体外实验研究发现,人类唾液来源外泌体可以通过竞争性阻断塞卡病毒黏附靶细胞而发挥抗感染的作用,且该作用具有剂量依赖性。Leng等[34]研究显示,MSC 衍生的外泌体可对抗新型冠状病毒感染,降低C反应蛋白,增加外周淋巴细胞和IL-10,减少对肺部造成的损害,极大程度控制病情、改善预后。有学者发现,输注骨髓来源MSC外泌体可以恢复肝功能,降低严重感染的发生率,从而显著提高乙型肝炎病毒相关急性-慢性肝衰竭患者的生存率[35]。
2
抗真菌/细菌:
Brauer等[36]研究显示,曲霉菌能够产生外泌体,这些外泌体具有免疫原性,能够刺激巨噬细胞的杀菌功能并且引起M1极化,对黄曲霉感染具有保护作用。Bhatnagar等[37]研究显示,感染细胞内病原体如结核分枝杆菌、牛分枝杆菌的巨噬细胞释放出的外泌体可发挥抗细胞内病原体感染的作用。Jia等[38]发现在铜绿假单胞菌肺部感染的小鼠模型中,NK 细胞源性外泌体可通过促进M1巨噬细胞极化来改善铜绿假单胞菌诱导的肺损伤。
总之在感染性疾病中,外泌体能通过影响CD4+、CD8+等表面分子的表达,调节TNF-α和IFN-β、IL-6、IL-8、IL-10等细胞因子,激活相应的信号通路如 AMPK/mTOR、pAMPK/AMPK和ERK和p38激酶途径,抑制细菌、病毒、真菌感染,发挥免疫杀伤作用,具体作用机制仍需进一步探讨。
外泌体在皮肤感染中的研究主要在伤口细菌感染方面,已知外泌体可释放抗菌肽如cathelicidin LL-37、calprotectin、hepcidin、RNase3、lipocalin-2和人β-防御素[39]。Yagi等[40]报道ASC-MSC外泌体能够通过增加抗菌肽的活性来抑制金黄色葡萄球菌的生长。Harman等[41]研究了外泌体对皮肤伤口细菌的抗菌作用,发现使用外泌体可以产生影响细菌膜的分泌因子,抑制革兰阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰阴性菌大肠杆菌的生长。痤疮作为一种累及毛囊皮脂腺的皮肤病,痤疮丙酸杆菌的感染、炎症反应是其发病的两大重要机制,其炎症常深达真皮甚至皮下,愈后遗留色素沉着、瘢痕等损容性病变。外泌体作为天然纳米级小囊泡,具有抗菌、抗炎、抑制瘢痕形成作用,且有研究显示,外泌体富含抑制酪氨酸酶活性及黑色素生成的miR,可用于治疗色素性疾病[42],在美白领域有着较大的应用潜力和优势[43],可丰富痤疮的治疗手段。
五、
结语
外泌体作为细胞间信号传导及靶向跨膜转运的重要途径,在某些炎症及感染性皮肤病中的作用已得到认可,有望广泛应用于临床。目前多数的研究数据局限于动物实验,在人体中的研究仍存在挑战和空白,亟待更深入地探索和发现。同时外泌体的分离、提纯、储存等也是需面对的难题,且其免疫原性、遗传成分等问题尚需进一步阐明。关于外泌体抗炎、抗感染作用的机制及治疗潜力应被更深入地挖掘和阐述,为临床提供可靠的诊疗思路。欧洲监管机构和美国食品药品监督管理局(FDA)将人用细胞外囊泡归类为生物药物,并在国际细胞外囊泡学会(ISEV)杂志上制定了生产和临床试验的监管框架。在精准治疗趋势下,靶向运载物质是未来研究外泌体的热点及重要着手点,外泌体载药技术,跨越了传统以T细胞为介导的细胞免疫中所存在的技术屏障(肿瘤抗原的释放、抗原提呈细胞的抗原提呈、T细胞的激活、T细胞在肿瘤中的募集和渗透及T细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤等问题),经改造后的外泌体装载、携带药物靶向作用于特定受体细胞,因其更高的生物相容性、更显著的靶向能力和更低的免疫原性,适用于重复给药,可为临床提供一种新颖、安全、高效的治疗选择。
利益冲突:
所有作者均声明不存在利益冲突
参 考 文 献
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