概述：外泌體攜帶蛋白質(zhì)、代謝物、核酸和脂質(zhì)，這些物質(zhì)來自它們的母細(xì)胞。它們通過外泌作用從細(xì)胞中產(chǎn)生，被目標(biāo)細(xì)胞攝取，并能在本地或遠(yuǎn)處的細(xì)胞之間傳遞生物信號。因此，外泌體經(jīng)常會在病理過程中發(fā)生改變，包括感染、癌癥、心血管疾病以及肥胖和糖尿病等代謝紊亂，所有這些病理過程都涉及重要的炎癥方面。

干細(xì)胞外泌體免疫調(diào)節(jié)機(jī)制在治療糖尿病中的作用：你知道多少？

近日，國際期刊《Frontiers in?Immunology》雜志發(fā)表了一篇“外泌體對糖尿病的免疫調(diào)節(jié)作用：糖尿病治療中一種新穎且有吸引力的治療工具”的文獻(xiàn)綜述，綜述表明我們將討論源自中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的免疫細(xì)胞外泌體如何影響糖尿病的免疫重編程和相關(guān)并發(fā)癥。此外，我們還綜述了源自干細(xì)胞的外泌體及其在糖尿病中的免疫調(diào)節(jié)特性和抗炎作用。

此外，作為對以往綜述的重要補(bǔ)充，我們介紹了涉及工程外泌體的前景廣闊的研究方向，以及目前在糖尿病治療中臨床應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)。對外泌體的進(jìn)一步研究將探索其在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的潛力，并為開發(fā)有效的臨床診斷和糖尿病免疫調(diào)節(jié)治療策略提供新的途徑。

簡介

糖尿病是一組以長期高血糖為特征的代謝紊亂疾病，是一個影響全球超過4億人的全球健康問題。預(yù)計到2045年，這一數(shù)字將激增至約7億。

這種疾病的發(fā)生要么是由于胰腺產(chǎn)生的胰島素不足，要么是身體無法有效利用所產(chǎn)生的胰島素。

最常見的癥狀包括體重減輕、煩渴、多尿和持續(xù)饑餓。如果管理不當(dāng)，糖尿病會導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥，如腎衰竭、傷口不愈、視力喪失、心臟病、神經(jīng)損傷，甚至增加患癌癥的風(fēng)險。

糖尿病主要分為三種類型：1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）和妊娠期糖尿病。T1DM和T2DM分別占全球糖尿病病例的7-12%和85-90%。全球糖尿病病例的迅速增加凸顯了該疾病作為公共衛(wèi)生問題的重要性。

除了使用胰島素和口服抗糖尿病藥物的傳統(tǒng)治療之外，臨床醫(yī)生還嘗試通過使用涉及胚胎干細(xì)胞（ESC）、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）和成體間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）的細(xì)胞療法來加強(qiáng)患者護(hù)理。然而，全細(xì)胞治療中存在一些意想不到的安全問題，例如免疫排斥、遺傳或疾病轉(zhuǎn)移以及異位細(xì)胞分化。最近，據(jù)報道外泌體在多種疾病中發(fā)揮作用，并被證明是各種發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵介質(zhì)。與基于細(xì)胞的療法相比，外泌體含有大量的生物活性分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。它們表現(xiàn)出高生物相容性和低免疫原性，并且由于其納米級尺寸而能夠循環(huán)到遠(yuǎn)處并自由穿過血腦屏障。

最近的研究表明，外泌體在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展和治療中發(fā)揮著重要作用。然而，從免疫和炎癥的角度，關(guān)于不同細(xì)胞來源的外泌體對糖尿病及其并發(fā)癥的治療和機(jī)制的總結(jié)還很少。這篇綜述總結(jié)了外泌體和免疫調(diào)節(jié)/炎癥在糖尿病中的作用的最新進(jìn)展。

外泌體的描述

外泌體是細(xì)胞分泌的小型膜結(jié)合囊泡，直徑通常在30至200納米之間。它們在細(xì)胞間傳遞信息、調(diào)節(jié)細(xì)胞功能、參與疾病的發(fā)生和發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。

外泌體的生物發(fā)生涉及三個過程：產(chǎn)生、釋放和攝取。

在細(xì)胞內(nèi)，負(fù)責(zé)膜合成的膜蛋白和脂質(zhì)分子被合成并包裝到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡中。隨后，這些囊泡融合成多囊泡。多囊泡中的囊泡可以進(jìn)一步融合形成外泌體。外泌體的釋放主要是通過多囊泡與細(xì)胞膜的融合來完成。當(dāng)多囊泡與細(xì)胞膜融合時，內(nèi)部囊泡被釋放到細(xì)胞外形成外泌體。外泌體通過膜融合和內(nèi)吞作用被靶細(xì)胞攝取，然后將其貨物釋放到細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用。因此，外泌體可以遠(yuǎn)距離操縱受體細(xì)胞和其他器官。

先前的研究表明，外泌體作為細(xì)胞間連接，將蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸轉(zhuǎn)運至靶細(xì)胞。它們參與多種生物過程，包括核酸調(diào)節(jié)、抗原呈遞、代謝物運輸和炎癥管理。此外，它們具有作為各種疾病的診斷和治療工具的潛力。值得注意的是，小非編碼RNA (ncRNA) 長度約為19至24nt，是核酸的一個子集，由于其調(diào)節(jié)功能而在科學(xué)界引起了相當(dāng)大的興趣。

在這篇綜述中，我們總結(jié)了源自免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞（如干細(xì)胞）的外泌體參與糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生和干預(yù)機(jī)制，其中許多涉及ncRNA（表1），基于最近的報道。因此，通過外泌體遞送多種ncRNA可能具有廣泛的應(yīng)用前景。

免疫細(xì)胞衍生的外泌體與糖尿病

1996年，拉波索等人據(jù)報道，B淋巴細(xì)胞分泌抗原呈遞囊泡。此后，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，免疫細(xì)胞分泌的外泌體與免疫系統(tǒng)中的細(xì)胞相互作用，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。因此，這些膜囊泡正在被探索作為潛在的免疫治療試劑。免疫細(xì)胞來源的外泌體可以通過多種機(jī)制激活免疫系統(tǒng)。

• 首先，它們可以通過表面的抗原呈遞直接激活樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞等免疫細(xì)胞。
• 其次，它們可以通過釋放細(xì)胞因子和化學(xué)介質(zhì)等免疫刺激分子來間接激活免疫細(xì)胞。
• 此外，具有免疫原性的外泌體還可能通過轉(zhuǎn)移miRNA、mRNA等免疫相關(guān)核酸分子來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能。

先前的研究表明，免疫源性外泌體在糖尿病的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮了作用，使其成為該疾病的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

中性粒細(xì)胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

多形核中性粒細(xì)胞 (PMN) 占人類所有白細(xì)胞的40-70%，是最常見的粒細(xì)胞類型。中性粒細(xì)胞是宿主抵御入侵病原體的第一道防線，具有吞噬病原體的天然能力。因此，中性粒細(xì)胞作為重要的免疫和分泌細(xì)胞，在炎癥和感染過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

在最近的一項研究中，研究人員將血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 封裝的活化中性粒細(xì)胞外泌體模擬物 (aPMNEM) 加載到細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 水凝膠中，開發(fā)出用于治療慢性糖尿病傷口的VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠。與直接使用外泌體或使用源自其他細(xì)胞的外泌體相比，這種基于aPMNEM-ECM的生物材料具有以下優(yōu)點:

• 對于傷口感染治療，aPMNEM可以通過殺菌相關(guān)蛋白發(fā)揮抗菌作用
• 作為載體，aPMNEM可以傳遞細(xì)胞因子，并保護(hù)它們不被降解
• 作為一種熱敏材料，ECM可以在體內(nèi)充當(dāng)原位凝膠并增加aPMNEM的停留時間。

該研究不僅為慢性糖尿病傷口的再生提供了一種功能性生物材料，而且還為細(xì)胞因子治療創(chuàng)造了一個有前景的平臺，通過在aPMNEM-ECM中加載各種可用的細(xì)胞因子，該平臺有可能用于治療不同的疾病。

T淋巴細(xì)胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，其特征是免疫細(xì)胞浸潤胰島并選擇性消除分泌胰島素的β細(xì)胞。Regazzi的團(tuán)隊報告說，相對于小鼠胰島，miR-142-3p、miR-142-5p和miR-155在8周NOD小鼠的T淋巴細(xì)胞中特別富集。在1型糖尿病中，T淋巴細(xì)胞-EXO攜帶特定的microRNA，可誘導(dǎo)受體胰腺β細(xì)胞趨化因子表達(dá)和凋亡。β細(xì)胞中miR-142-3p/-5p和miR-155的失活導(dǎo)致胰島素水平升高、胰島素炎評分降低、炎癥減少，并為NOD小鼠提供預(yù)防糖尿病發(fā)展的保護(hù)。

巨噬細(xì)胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

巨噬細(xì)胞衍生的外泌體已被證明在免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)和細(xì)胞間通訊方面具有多種功能。

根據(jù)功能特征，巨噬細(xì)胞分為兩個亞群：1型巨噬細(xì)胞（M1促炎癥）和2型巨噬細(xì)胞（M2抗炎癥）。M1巨噬細(xì)胞在炎癥早期發(fā)揮作用，與組織損傷和促炎活性有關(guān)，而M2巨噬細(xì)胞釋放抑制炎癥并具有抗炎作用的細(xì)胞因子。最近的研究表明，巨噬細(xì)胞-EXO有助于糖尿病的進(jìn)展（圖1）。

糖尿病環(huán)境誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞進(jìn)行M1極化，M1巨噬細(xì)胞分泌的外泌體含有異常ncRNA，可促進(jìn)糖尿病和相關(guān)并發(fā)癥。轉(zhuǎn)換M1/M2巨噬細(xì)胞極化的比率被認(rèn)為是一種治療應(yīng)用，它可以通過各種機(jī)制加速糖尿病的恢復(fù)。

干細(xì)胞來源的外泌體及其對糖尿病免疫/炎癥的影響

近年來，基于外泌體的治療因其相對較高的安全性、生物相容性和低免疫原性而受到越來越多的關(guān)注。本部分綜述了不同種類干細(xì)胞的外泌體及其對糖尿病炎癥/免疫調(diào)節(jié)作用的主要機(jī)制（圖2）。

CBSC，臍帶血干細(xì)胞；EPC，內(nèi)皮祖細(xì)胞；ADSC，脂肪干細(xì)胞；UCSC，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞；BMSC，骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞。

臍帶血干細(xì)胞：臍帶血干細(xì)胞是多能干細(xì)胞，表現(xiàn)出以胚胎和造血標(biāo)記為特征的獨特表型，將其與其他已知的干細(xì)胞類型區(qū)分開來。表型表征表明 CBSC表現(xiàn)出胚胎細(xì)胞標(biāo)記。此外，CBSC表現(xiàn)出最小的免疫原性，其主要組織相容性復(fù)合體 (MHC) 抗原的低表達(dá)以及它們無法刺激同種異體淋巴細(xì)胞的增殖就證明了這一點。

機(jī)制研究表明，CBSC源性外泌體（CBSC-EXO）的分泌使人血液單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞極化為M2巨噬細(xì)胞，從而從根本上糾正自身免疫并通過各種分子和細(xì)胞機(jī)制誘導(dǎo)免疫耐受。

間充質(zhì)干細(xì)胞：間充質(zhì)干細(xì)胞具有多種生物學(xué)特性，如免疫調(diào)節(jié)、抗炎特性和促進(jìn)血管生成等，使其廣泛應(yīng)用于臨床治療和再生醫(yī)學(xué)。MSC-EXO已被證明在治療糖尿病和相關(guān)并發(fā)癥方面與MSC具有相似的效果，但在某些情況下，它們發(fā)揮不同的生物學(xué)特性。

脂肪干細(xì)胞：脂肪細(xì)胞來源的干細(xì)胞作為組織再生的有效治療工具已引起人們的關(guān)注。ADSC衍生的外泌體（ADSC-EXO）可以通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞改善炎癥，從而促進(jìn)糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥的治療。

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞：人臍帶組織（沃頓膠）是間充質(zhì)干細(xì)胞的有效且豐富的來源。UCSC衍生的外泌體（UCSC-EXO）在糖尿病治療中顯示出有希望的結(jié)果，并可能成為治療糖尿病及其并發(fā)癥的成功策略。注射UCSC-EXO顯著改善T2DM大鼠的高血糖。此外，UCSC-EXO還有助于治療其他糖尿病并發(fā)癥，如糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病變和傷口潰瘍。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是具有自我更新、多向分化和多效旁分泌功能的多譜系祖細(xì)胞。研究表明，純化的BMSC衍生的外泌體 (BMSC-EXO) 在受損組織修復(fù)方面比BMSC本身具有更具體的獨特益處，包括卓越的穩(wěn)定性、組織通透性、優(yōu)異的生物相容性和免疫調(diào)節(jié)特性。

外泌體作為糖尿病的創(chuàng)新治療工具：現(xiàn)狀和有希望的方向

有希望的方向

外泌體表現(xiàn)出高生物相容性和低免疫原性，這使得它們在遞送核酸序列和化療藥物方面具有巨大潛力。但研究表明，大多數(shù)外泌體在體內(nèi)的自然半衰期較短（<6h），且天然外泌體的含量受到分泌細(xì)胞的限制，導(dǎo)致負(fù)載藥物時的治療效果有限分子。

迄今為止，越來越多的研究表明，在某些應(yīng)激或改變的條件下，與基礎(chǔ)條件相比，干細(xì)胞可以產(chǎn)生更多的外泌體或具有不同組成的外泌體。與此同時，許多研究證明了修飾或預(yù)處理的干細(xì)胞源性外泌體對預(yù)防糖尿病合并癥或微血管并發(fā)癥的有益作用。這些好處主要源于以下三個方面（表2）：

1. 與野生型外泌體相比，來自轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞的外泌體對糖尿病傷口愈合具有增強(qiáng)的作用； 
2. 通過在培養(yǎng)基中添加特定藥物，細(xì)胞可能會分泌更有效靶向血管生成、抗炎、促進(jìn)增殖和遷移、抑制細(xì)胞凋亡的外泌體； 
3. 在某些應(yīng)激條件下，例如缺氧，細(xì)胞可能會分泌外泌體，這些外泌體在促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和遷移以及增強(qiáng)慢性傷口的上皮再生方面表現(xiàn)更好。

所有上述都證明，在將間充質(zhì)干細(xì)胞治療糖尿病之前，用各種試劑/應(yīng)激對糖尿病間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理或預(yù)處理可用于優(yōu)化/改善細(xì)胞功能。

除了對產(chǎn)生外泌體的供體細(xì)胞進(jìn)行修飾外，直接修飾純化的天然外泌體可以高效、快速地獲得大量工程化外泌體，并減少細(xì)胞培養(yǎng)過程中的不確定性，這對于工程化外泌體的大規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。因此，未來的研究將更多地集中于這些方法在糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥的治療中的應(yīng)用。

最后，近年來，由于具有高生物相容性和可修改性，負(fù)載外泌體和其他納米顆粒的復(fù)合水凝膠在治療慢性糖尿病傷口方面受到越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的干細(xì)胞療法在糖尿病潰瘍中被證明存活時間短、穩(wěn)定性差、免疫排斥風(fēng)險高相比，負(fù)載外泌體的復(fù)合水凝膠已被證明在血管生成、抗腫瘤、抗腫瘤等方面具有優(yōu)越的功能。-抗炎、抗菌和抗氧化特性（表3）。

由于不同的藥劑對于傷口愈合具有不同的適用性、優(yōu)點和缺點，因此可以將各種治療劑摻入多功能水凝膠內(nèi)以創(chuàng)建出色的藥物遞送系統(tǒng)。因此，負(fù)載外泌體的“一體化”復(fù)合水凝膠可以在糖尿病傷口愈合中實現(xiàn)受控藥物遞送，從而有利于更好的藥物應(yīng)用。

目前臨床應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

到目前為止，外泌體的臨床轉(zhuǎn)化主要面臨三個挑戰(zhàn)。

首先，盡量減少人與動物生理結(jié)構(gòu)差異造成的治療效果差異。源自各種干細(xì)胞來源的外泌體已被用于動物模型的傷口愈合治療，包括小鼠、大鼠、兔子，始終表現(xiàn)出積極的效果，例如改善傷口閉合、縮短愈合時間、增強(qiáng)傷口愈合能力。血管生成，減少疤痕形成。然而，由于皮膚結(jié)構(gòu)和生理學(xué)的顯著差異，這些臨床前研究的結(jié)果并不一定適用于人類皮膚，而豬皮是最接近人類皮膚的類似物。

• 根據(jù)Sullivan及其同事的研究，豬模型與人類研究的一致性為78%。這一結(jié)果超過了其他小型哺乳動物和體外模型，其一致性僅為53%和57%。因此，利用豬模型驗證外泌體對傷口愈合的生物學(xué)效應(yīng)至關(guān)重要。

其次，工程細(xì)胞外囊泡的臨床轉(zhuǎn)化刻不容緩。到目前為止，這些外泌體的臨床應(yīng)用僅限于少數(shù)探索干細(xì)胞來源的外泌體對糖尿病及其并發(fā)癥（例如傷口愈合）的治療效果的臨床試驗。

根據(jù)ClinicalTrials.gov的數(shù)據(jù)，迄今為止，三項已完成的臨床試驗已利用源自血漿（NCT02565264）、脂肪組織（NCT05475418）和間充質(zhì)干細(xì)胞（NCT05813379）的外泌體進(jìn)行傷口愈合。另一項（NCT04134676）探索了干細(xì)胞條件培養(yǎng)基治療慢性潰瘍傷口的用途。除了傷口治療之外，很少有臨床試驗研究外泌體在其他糖尿病疾病中的應(yīng)用[只有一項用于1型糖尿病 (NCT02138331)]。

第三，“良好生產(chǎn)規(guī)范”（GMP）級外泌體的放大生產(chǎn)是外泌體臨床使用中最困難的部分。外泌體進(jìn)一步臨床應(yīng)用的挑戰(zhàn)包括質(zhì)量控制，例如外泌體的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)、純化、表征/理化和生物學(xué)特性，以及建立效力測定的“金標(biāo)準(zhǔn)”。因此，符合GMP的外泌體制造規(guī)模化技術(shù)的進(jìn)步將在不久的將來增強(qiáng)這些實體在糖尿病和相關(guān)并發(fā)癥方面的臨床應(yīng)用。

結(jié)束語和未來展望

作為新型無細(xì)胞療法的有前途的候選者，外泌體可廣泛用作干細(xì)胞的替代品，用于管理各種免疫相關(guān)疾病或炎癥反應(yīng)，以維持組織穩(wěn)態(tài)和損傷后組織再生的微環(huán)境。

在這篇綜述文章中，我們描述了源自中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的免疫細(xì)胞衍生的外泌體如何對糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥產(chǎn)生影響。我們還討論了干細(xì)胞來源的外泌體及其在糖尿病并發(fā)癥進(jìn)展中的免疫調(diào)節(jié)和炎癥中的作用。此外，還回顧了涉及工程外泌體的有前途的方向以及當(dāng)前臨床應(yīng)用的挑戰(zhàn)。工程化外泌體的增強(qiáng)特性已在實驗室得到驗證，證明其具有巨大的臨床應(yīng)用前景。然而，由于缺乏擴(kuò)大生產(chǎn)的臨床試驗和質(zhì)量控制，商業(yè)外泌體產(chǎn)品距離上市還有很長的路要走。

盡管如此，我們?nèi)匀幌嘈胚@些創(chuàng)新方法面臨的障礙將被克服，并且它們確實會影響糖尿病的治療。

參考資料：Li N, Hu L, Li J, Ye Y, Bao Z, Xu Z, Chen D, Tang J and Gu Y (2024) The Immunomodulatory effect of exosomes in diabetes: a novel and attractive therapeutic tool in diabetes therapy. Front. Immunol. 15:1357378. doi: 10.3389/fimmu.2024.1357378

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