综述：间充质干细胞来源的外泌体：治疗肝缺血再灌注损伤（HIRI）的新兴策略

《Stem Cell Research & Therapy》：Mesenchymal stem cell-derived exosomes: an emerging therapeutic strategy for hepatic ischemia-reperfusion injury

文章发表在《Stem Cell Research & Therapy》聚焦肝缺血再灌注损伤（HIRI）。详细阐述了间充质干细胞来源的外泌体（MSC-EXOs）从脂肪组织、骨髓、脐带和诱导多能干细胞这 4 种不同来源治疗 HIRI 的机制、保护作用，还探讨了临床转化面临的挑战及解决策略，为相关研究提供重要参考。

　　

一、肝缺血再灌注损伤（HIRI）的现状与挑战

近年来，肝脏疾病的高发使得肝切除手术需求增加，然而门静脉阻断技术虽能减少术中出血，却不可避免地引发 HIRI。HIRI 是肝脏手术中常见的难题，在肝功能储备不足的患者中更为严重，会显著降低术后预后和生活质量。

HIRI 的病理过程分为缺血期和再灌注期。缺血期肝脏供血不足，导致组织缺氧和细胞损伤；再灌注期血流恢复，却触发补体级联反应，造成二次损伤。目前，HIRI 的临床治疗方法主要包括药物干预、手术治疗和机器灌注，但都存在一定的局限性。药物干预方面，抗氧化剂、抗炎药和免疫调节剂虽在基础研究中显示出一定疗效，但临床试验验证不足且有潜在副作用。手术治疗中的传统手术对 IRI 的长期保护作用有限，缺血预处理（IPC）和缺血后处理（IPostC）虽有一定益处，但受干预时间窗和患者个体因素限制，且更适用于计划性手术。机器灌注作为新兴方法，虽能模拟生理条件减少缺血损伤，但设备和技术要求高，成本高昂，长期稳定性和标准化流程也有待完善。在这样的背景下，间充质干细胞来源的外泌体（MSC-EXOs）作为一种新型无细胞治疗策略，成为了 HIRI 研究的热点。

二、MSCs 及其外泌体的功能与应用潜力

间充质干细胞（MSCs）是一类具有多向分化潜能和强大免疫调节功能的干细胞。近年来，因其能分泌旁分泌因子、促进组织修复，成为减轻 IRI 的新兴治疗选择。MSCs 分泌的外泌体（MSC-EXOs）作为细胞外囊泡的重要亚型，具有独特的治疗优势。

MSC-EXOs 是直径为 30 - 200 纳米的纳米囊泡，富含特定表面标记（如 CD9、CD63 和 CD81），并携带蛋白质、核酸（如 miRNA、lncRNA）、脂质和代谢物等多种生物活性分子。这些外泌体可通过内吞作用、配体 - 受体结合或膜融合精确递送生物活性物质。在 HIRI 治疗中，MSC-EXOs 通过抗炎、抗氧化、调节细胞死亡和促进组织修复等作用，显著改善肝损伤。与传统的 MSC 治疗相比，MSC-EXOs 作为无细胞治疗选择，避免了细胞移植的风险（如肿瘤发生），免疫原性更低，可大规模生产，给药途径也更灵活，适用于急性和慢性肝损伤，还能与其他治疗策略联合使用。通过工程改造，MSC-EXOs 的靶向能力可进一步增强，为新型药物递送系统和智能药物递送策略的发展奠定基础。

三、不同来源 MSCs 外泌体对 HIRI 的保护作用

1. 脂肪组织来源的间充质干细胞外泌体（AMSC-EXOs）对 HIRI 的保护作用：研究表明，AMSCs 通过分泌外泌体和多种生物活性因子，能显著减轻 HIRI。在大鼠模型中，尾静脉注射 AMSC-EXOs 可改善肝功能，减少肝细胞损伤，主要机制是抑制氧化应激和细胞凋亡，促进线粒体动力学和生物合成。在另一项大鼠研究中，AMSC-EXOs 通过抑制 NLRP3 炎性小体和 NF-κB 通路，降低焦亡相关蛋白（如 caspase-1 和 GSDMD）的表达，激活 Wnt/β-catenin 通路，促进肝脏再生因子（如 Cyclin D1 和 VEGF）的表达，从而减轻肝损伤，促进肝组织修复。在小型猪模型研究中发现，AMSC-EXOs 还能通过抑制促炎因子（如 TNF-α、IL-6 和 CRP）、上调抗炎因子（如 IL-10），有效保护肝细胞免受损伤，促进肝脏再生。

2. 骨髓间充质干细胞外泌体（BMSC-EXOs）对 HIRI 的保护作用：近年来，BMSC-EXOs 在 HIRI 中的保护作用受到越来越多关注。在大鼠肝移植模型中，经血红素加氧酶 - 1 修饰的 BMSC-EXOs（HMEXOs）可显著减少肝组织坏死面积和中性粒细胞浸润，抑制铁死亡相关标记物（Fe²⁺和 MDA）的增加，增强抗氧化蛋白 GPX4 的表达，保护线粒体结构。体外实验表明，HMEXOs 递送 miR-124-3p 可抑制 STEAP3 表达，降低脂质 ROS 和铁离子水平，抑制脂质过氧化，减少铁死亡。在小鼠 I/R 模型中，尾静脉注射富含 miR-25-3p 的 BMSC-Exos 可减少肝细胞凋亡和组织坏死，通过抑制 PTEN 和 p53 信号通路减轻损伤。此外，用黄芩苷预处理的 BMSC-EXOs（Ba-EXO）可改善 Th17/Treg 细胞失衡，减轻再灌注损伤。

3. 脐带间充质干细胞外泌体（UCMSC-EXOs）对 HIRI 的保护作用：在小鼠模型中，尾静脉注射 hUCMSC-EXOs 可显著改善肝损伤标志物，减轻组织学损伤，调节 Th17/Treg 细胞平衡，其作用通过 miR-1246 介导的 IL-6-gp130-STAT3 信号通路实现。进一步研究发现，在体外模拟 I/R 的 LO2 细胞实验中，hUCMSC-EXOs 递送 miR-1246 可显著提高细胞活力，减少细胞凋亡，通过调节 GSK3β/Wnt/β-catenin 信号通路减轻 H/R 损伤。在体内实验中，经门静脉注射 hUCMSC-EXOs 可显著改善肝功能，减少肝细胞损伤和坏死，降低细胞凋亡和促炎介质水平。

4. 诱导多能干细胞来源的间充质干细胞外泌体（iPSC-MSC-EXOs）对 HIRI 的保护作用：iPSCs 具有分化为各种体细胞的潜力，近年来，hiPSC-MSC-EXOs 在 HIRI 中的作用也得到研究。在大鼠模型中，注射 hiPSC-MSC-EXOs 可显著降低肝损伤标志物水平，减轻炎症和氧化应激，抑制细胞凋亡。在小鼠 I/R 模型研究中发现，hiPSC-MSC-EXOs 与肝细胞融合后，激活鞘氨醇激酶 / 鞘氨醇 - 1 - 磷酸（SK/S1P）信号通路，促进肝细胞增殖，显著保护肝脏免受 IRI 损伤。

总体而言，不同类型的间充质干细胞来源的外泌体通过不同的分子机制在肝缺血再灌注损伤中发挥治疗作用。AMSC-EXOs 主要调节炎症和氧化应激通路，BMSC-EXOs 主要影响铁死亡和细胞凋亡，hUCMSC-EXOs 侧重于免疫调节和细胞存活，hiPSC-MSC-EXOs 则促进细胞增殖和组织修复。

四、不同来源外泌体的比较总结

不同来源的 MSC-EXOs 在疾病治疗中展现出独特优势和应用前景。AMSCs 采集微创，纯度产量高，免疫原性低，来源丰富，适合自体移植，稳定性好，但提取效率有待提高，且 MSCs 的活性和功能受供体年龄影响，适用于急性肝损伤和炎症性肝病的治疗。BMSCs 抗失活能力强，病原体感染率低，在免疫调节方面优势显著，应用广泛，但采集有创，大规模生产困难，可用于肝移植和免疫相关疾病的治疗。UCMSCs 采集无创，符合伦理要求，增殖能力强，获取相对容易，在组织损伤修复方面潜力巨大，适用于急性肝衰竭和新生儿肝病的治疗。iPSC-MSCs 生产可控，可大规模制备，能满足个性化需求，来源不受限，但成本高，质量控制复杂，适合开发个性化治疗策略。

五、讨论

1. 关键发现总结：本文总结了四种不同来源的 MSC-EXOs 在 HIRI 中的保护作用和潜在机制。AMSC-EXOs 通过调节多种信号通路发挥抗炎作用，促进肝细胞再生，但其关键活性成分和具体机制仍需进一步明确；BMSC-EXOs 通过减少铁死亡改善肝功能，但其在肝脏微环境中的具体机制尚不清楚；hUCMSC-EXOs 通过递送特定分子调节信号通路，恢复免疫平衡，但对其他活性成分协同作用的研究有限；hiPSC-MSC-EXOs 促进肝细胞增殖和修复，但其储存稳定性和长期安全性有待进一步研究。

2. 临床转化挑战及潜在解决方案

• 分离方法的可变性和标准化：外泌体分离技术在生物医学研究和临床应用中至关重要，但现有分离方法存在诸多挑战。超速离心虽被视为 “金标准”，但存在样本损失、处理时间长、设备成本高以及外泌体结构易受剪切力破坏等问题，限制了其在高通量和大规模生产中的应用。密度梯度离心法纯度高、无污染，但外泌体产量低，过程复杂，不适合处理大量样本。微流控技术虽分辨率高、具有高通量潜力，但成本高、操作复杂，目前主要用于实验室研究。未来可开发集成分离解决方案，如将超速离心与免疫亲和分离技术相结合，利用特异性抗体识别外泌体标记（如 CD9、CD63 和 CD81），提高外泌体的纯度和回收率；利用微流控技术的精确筛选和动态监测能力优化分离过程；借助机器学习和人工智能技术优化离心条件（如流速和温度），提高分离效率和结果的可重复性，推动外泌体分离技术向标准化、规模化和工业化发展。

• 大规模生产和质量控制：目前，大规模外泌体生产依赖生物反应器培养系统，但传统培养基（如含胎牛血清的培养基）成分复杂、成本高，不仅限制了外泌体的产量，还可能引入批次间差异和污染风险（如内毒素）。未来可引入化学成分明确、成本较低的无血清培养基，并结合微载体技术优化细胞培养环境，提高外泌体的生产效率和质量。在质量控制方面，应建立标准化的国际指南，包括对粒径分布（30 - 150nm）、典型标记物表达水平（如 CD9、CD63、CD81）、纯度和生物学功能的系统表征。运用蛋白质组学和代谢组学等多组学分析方法对外泌体的活性成分进行分析，同时评估其储存稳定性，为长期保存和运输提供科学依据。

• 长期安全性和免疫原性：外泌体因免疫原性低被视为理想的无细胞治疗策略，但其长期安全性仍需深入研究。目前的研究主要集中在急性病理模型，缺乏对慢性病理条件下的长期监测。建议引入大型动物模型进行多周期、多剂量试验，评估外泌体在慢性病理条件下的累积效应和潜在毒性。利用 MRI 和荧光成像等实时成像跟踪技术监测外泌体在体内的分布和代谢途径，全面评估其长期安全性。

• 临床应用挑战：MSC-EXOs 在临床应用中展现出潜力，但也面临诸多挑战。其组成和功能因来源、培养条件和分离方法的不同而存在异质性，导致治疗效果不一致。MSC-EXOs 在体内稳定性差，易受环境因素影响，在血液中迅速清除，需要多次给药以维持疗效。此外，生产和储存方法尚未标准化，缺乏统一的质量控制，影响批次间的一致性和临床评估的可靠性。在给药方面，局部注射难以精确靶向受影响区域，静脉注射则面临快速清除和靶向性不足的问题。针对这些挑战，可开发高效的递送系统，如靶向纳米颗粒或脂质体，将 MSC-EXOs 精确递送至受影响区域；优化储存和运输条件，如采用冻干技术提高外泌体的稳定性；规范生产过程中的质量控制，确保功能一致性和治疗效果。

六、结论与展望

本综述表明，MSC-EXOs 作为一种无细胞治疗策略，在 HIRI 治疗中具有巨大潜力。不同来源的 MSC-EXOs 在临床应用中各有优势，但要实现其临床转化，仍需克服诸多关键挑战，包括外泌体分离方法的标准化、可扩展生产系统的建立以及全面的安全性评估。为应对这些挑战，建议采用先进的分离技术结合标准化的质量控制体系，进行系统的安全性评估。未来的研究应致力于开发具有更强靶向能力和治疗效率的工程化 MSC-EXOs，如利用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术优化外泌体表面标记的表达，增强其在肝损伤部位的靶向能力；借助纳米技术提高外泌体的稳定性和靶向递送能力，如用纳米颗粒或脂质体包裹外泌体，增强其在肝脏中的积累和治疗效果。还可利用高通量筛选技术快速评估不同来源 MSC-EXOs 的疗效，确定最适合临床应用的外泌体变体。为实现 MSC-EXOs 的大规模生产，应建立符合 GMP 标准的生产平台，探索低成本、无血清的培养基系统，并制定精确的质量控制措施，确保外泌体质量的稳定性。此外，开展多中心临床试验，全面评估 MSC-EXOs 的长期安全性和疗效，对于推动其从实验室研究走向临床应用至关重要。MSC-EXOs 治疗的成功不仅有望彻底改变 HIRI 的治疗方式，还将为再生医学开辟新的研究方向，促进无细胞治疗策略在多种疾病中的广泛应用。