皮肤作为人体最大的器官，不仅起到外在美容的作用，还发挥多种重要的生理和生物学作用。作为人体的第一道防线，皮肤在防止外界有害物质和微生物入侵方面发挥着关键作用。
皮肤老化是一个复杂而多面的现象，从出生便开始老化。这一自然过程受内在和外在因素的影响，了解导致皮肤老化的机制对于制定有效的预防措施和治疗方法至关重要。
许多成分具有潜在延缓皮肤衰老的作用。例如，维生素C、维生素E和辅酶Q (CoQ10) 等抗氧化剂可以保护皮肤免受自由基的损害，具有抗氧化和抗炎作用；胶原蛋白肽有助于改善皮肤弹性；透明质酸 (HA) 有助于减少皮肤水分流失；绿茶提取物富含抗氧化剂，具有抗衰老功效。尽管越这些成分可以延缓皮肤衰老，但目前尚未取得理想效果。
间充质干细胞 (MSC) 可以分泌可溶性因子，包括细胞因子、趋化因子和生长因子。在过去的几十年里，MSCs 作为一种有效的细胞疗法，在各个医学领域得到了广泛的关注和研究。最近的研究发现，MSCs产生的细胞外囊泡(EVs) 为无细胞治疗方法提供了可能性。
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今年2月，上海长征医院整形外科联合上海东方医院整形外科发表综述，详尽的阐述了外基于间充质干细胞来源的细胞外囊泡（外泌体），对于治疗皮肤衰老的临床价值。以下是文章的部分摘读。
EVs是具有磷脂双层膜的纳米级囊泡，根据其直径，EVs可分为6个亚群：外泌体 (< 50 nm)、外泌体 (30～150 nm)、脱落微囊泡 (100～1000 nm)、凋亡小体 (1000～5000 nm)、迁移小体 (500～3000 nm) 和大癌小体 (1000～10000 nm)。
图示：外泌体形成和从细胞中释放过程。
外泌体由于体积小且在生物体内功能多样，是目前EVs领域研究较为深入的一个亚型。在过去十年中，由于EVs在细胞间通讯和免疫反应中发挥的显著作用，人们对其兴趣再度高涨。EVs被脂质双层包裹，含有多种分子成分，包括核酸、蛋白质和脂质。这些分子（如RNA和蛋白质）被选择性地包装成货物，并通过受体介导的机制递送至靶细胞。利用这种机制，研究人员采用生物工程技术对EVs进行设计，以便于合成药物分子的装载，从而提高药物递送效率和靶标特异性。
皮肤老化的机制
皮肤衰老过程复杂、不可避免且涉及多个方面。皮肤衰老主要分为内在衰老和外在衰老，前者是随着时间的推移而发生的，后者是由紫外线辐射和环境污染物等外部因素引起的。
皮肤能够通过有效的细胞间通讯维持内部平衡并应对外部挑战。如旁分泌和自分泌信号，使细胞能够传递有关微环境变化的信息，调节炎症、伤口愈合、细胞增殖和免疫反应等生理过程。当皮肤暴露于紫外线 (UV) 辐射、污染物和病原体等各种外部刺激时，会产生活性氧 (ROS) 并引发炎症反应。皮肤细胞会采用复杂的信号通路来平衡ROS的积累，包括抗氧化剂和修复机制。
紫外线引起皮肤光老化的机制。
外泌体在抗皮肤老化方面的应用
外泌体在治疗皮肤老化方面的优势集中在以下几个方面。
首先是安全性：由于外泌体是囊泡，这与纳米药妆品形成了对比，在纳米药妆品中，活性成分被包装在纳米载体内，很容易被皮肤吸收，随后发挥增强的美容和治疗效果，改善皮肤老化。
药妆领域最常用的纳米载体包括脂质体、囊泡、固体脂质纳米颗粒 (NPs)、类脂质体、纳米胶囊、胶束、树枝状聚合物和金属纳米颗粒。然而，其中一些纳米颗粒由于其成分、粒径和电荷，可能产生毒性或不良副作用，如炎症和皮肤刺激。而外泌体完全避免了纳米药妆的不良反应，其成分更接近自然。
二是高效性：由于外泌体来源于MSCs，是细胞间通讯的主要方式之一。外泌体装载的核酸等内容物调控生物时间或细胞命运的改变，是一种极其高效的作用方式。它比化妆品、补充透明质酸钠或胶原蛋白诱导的改变更有效、更全面。
第三是靶向性和组织再生：外泌体可以通过其表面蛋白特异性地靶向细胞，促进皮肤再生和修复。这种靶向递送比传统治疗方法可以更准确地作用于受损的皮肤组织。
最后是可行性：随着研究的深入，外泌体的储存问题也得到了一定程度的解决，这为未来的商业应用提供了很高的可能性。
外泌体对表皮细胞和成纤维细胞的作用
去除MMP
MM是锌依赖性中性内切肽酶，与ECM 重塑密切相关。MMP的蛋白质水解活性通过转录、酶原活化和与金属蛋白酶组织抑制剂 (TIMP) 的相互作用进行调节。在皮肤方面，长时间暴露于紫外线辐射会导致成纤维细胞和角质形成细胞内MMP激增，导致正常胶原蛋白和弹性蛋白纤维降解，最终使皮肤损伤和潜在的皮肤癌风险。许多研究表明，外泌体 (MSC-Exos) 在抑制MMP表达方面起着关键作用。
韩国安山汉阳大学化学工程系的研究者已证明源自ADSC的EVs (ADSC-EVs) 可恢复UVB损伤的HDF的迁移和增殖。这种修复作用归因于ADSC-EVs能够通过促进TIMP-1和TGF-β1的表达，抑制MMP-1、-2、-3和-9的过度表达，以及增强I、II、III和V型胶原蛋白和弹性蛋白的表达来刺激真皮基质的合成。Deng等报道，HuMSC衍生的细胞外囊泡（HuMSC-EVs）可保护HDF免受UVB诱导的细胞死亡和生长停滞，同时降低衰老细胞百分比和MMP-1表达，并促进Col-1表达。
HASC 衍生的EV已成功转移到HDF中，且细胞摄取效率高。
防止氧化应激
紫外线辐射可诱导线粒体依赖性的ROS生成，从而对DNA碱基造成氧化损伤。ROS，包括超氧阴离子、羟基自由基和H2O 2，在细胞信号转导和维持细胞稳态中起着至关重要的作用。低浓度下的ROS充当信号分子，控制细胞增殖、分化、生长和存活等过程。然而，当ROS以高浓度存在时，会引发氧化应激损伤，最终导致细胞坏死和凋亡。
新兴证据表明，外泌体可以增强细胞的抗氧化能力并调节ROS水平以减轻氧化损伤。第四军医大学西京医院皮肤科报道，外泌体可以修复氧化应激引起的皮肤损伤，其中涉及NRF2信号通路。体外实验结果显示，外泌体逆转了暴露于H2O2的角质形成细胞中异常的钙振荡和线粒体改变，同时提高了三价铁抗氧化能力 (FRAP)、fGPx和SOD 的水平，从而减少了 ROS 的产生。
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炎症调节
炎症是细胞衰老过程中的关键诱因，也是皮肤光老化的主要特征之一。随着个体年龄的增长，炎症的特征与免疫细胞功能的变化密切相关，这种现象称为免疫衰老。随着年龄的增长，先天免疫系统的树突状细胞激活CD4+T细胞的能力会下降。同时，适应性免疫系统会发生胸腺变性，导致总幼稚T细胞输出减少和记忆T细胞比例增加。这种与年龄相关的免疫衰老，无论是先天性的还是适应性的，都与慢性、低度全身性炎症同时发生，恰当地称为炎症衰老。皮肤持续暴露于紫外线下会引起局部炎症和适得其反的免疫抑制环境。
MSC具有强大的抗炎和免疫调节特性，这在各种炎症疾病模型中都有所证明。在皮肤再生方面，许多伤口由于持续的炎症而在愈合过程中停滞，最终发展为慢性不愈合伤口。这些顽固性伤口如果感染而得不到治疗，会导致严重的并发症，包括截肢甚至死亡。美国退伍军人医院曾研究报道，脂肪干细胞来源外泌体（ADSCs-Exos）中的长链非编码 RNA GAS5 通过抑制 HDF 中的 Toll-7样受体表达来降低 IFNα、IL-1β 和 TNF-α 的水平，从而加快慢性炎症环境中的伤口愈合。
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第二军医大学上海长征医院研究小组观察到褪黑激素刺激的人骨髓间充质干细胞来源外泌体（BMSCs）外泌体显著增强了糖尿病伤口的愈合。这些外泌体通过调节PI3K/AKT信号通路，使促炎性M1巨噬细胞转变为抗炎性M2表型，从而改善伤口的炎症状态并促进愈合。
MT-Exo通过激活PTEN/AKT信号通路抑制炎症
外泌体治疗皮肤老化的临床研究
迄今为止，很少有临床研究探索外泌体对皮肤老化的治疗作用，尽管许多体外和临床前研究都报告了令人鼓舞的发现。小编查看了clinicaltrials.gov，未发现上述任何一项研究正在进行中。两项与皮肤治疗领域高度相关的临床试验正在进行中。其中一项临床试验（编号 PTD2021P001）正在探索外用MSC衍生外泌体软膏的安全性。另一项临床试验（编号AGLE-102–102）旨在探索同种异体MSC-EVs在深二度烧伤伤口中的安全性和有效性。然而，截至本文撰写时，尚未看到这两项临床试验的后续报告。
在最近报道的一项为期12周的临床研究中，研究人员采用前瞻性、随机、分面、对比研究，评估了微针 (MN) 联合脂肪干细胞来源外泌体（ADSC-Exos）治疗皮肤老化的效果。共有28名受试者接受了三次治疗，间隔3周，并在最后一次治疗后进行了6周的随访。结果显示，与微针联合生理盐水的对照组相比，实验组的整体美学改善量表评分明显高于对照组 。
（A）人类脂肪组织干细胞衍生外泌体的溶液注射后的52 岁男性和（B）60 岁女性随访照片。
使用高分辨率光学三维体内皮肤测量设备评估皮肤皱纹。（A）47 岁男性 HACS 和对照侧皮肤皱纹的三维图像。
外泌体的给药途径和工程化改造
尽管外泌体在光老化治疗中效果显著，但如何在突破皮肤屏障进行皮下给药也成为学者们关注的话题。优化外泌体治疗的靶向性和效率，才能更充分地发挥其治疗潜力。
外泌体的给药途径包括局部注射、水凝胶、微针和无针注射。此外，工程化的EVs可以携带特定的货物进行靶向药物输送。
局部注射
合适的给药方式可有效提高外泌体的摄取率，达到理想的治疗效果。与全身给药相比，局部给药具有优势。
一般而言，全身给药需要更高的人均总剂量。全身给药后外泌体会被迅速清除。在药物临床应用过程中，高效、简便、成本是选择给药途径必须考虑的重要因素。由于皮肤光老化问题通常集中在面部、手部等暴露的皮肤部位，与直接给药相比，注射方式可以将药物直接输送到目标部位，从而绕过皮肤屏障，因此局部注射成为大多数研究的给药方式。
水凝胶
水凝胶是由物理或化学交联的亲水聚合物网络组成的三维纳米纤维材料。它们具有独特的性能，例如能够吸收和保留大量水分，同时保持其结构完整性和尺寸。水凝胶已广泛应用于细胞治疗、药物输送、生物传感和组织工程等许多生物医学领域。将外泌体封装在水凝胶中可在保持其活性的同时发挥缓释作用。
壳聚糖水凝胶 (CS) 具有热敏性、疏松多孔的结构特性，已在多项研究中被用作缓释药物的载体。天津南开大学医学院的研究表明，CS水凝胶包裹的外泌体可通过增强老化真皮成纤维细胞的功能来改善皮肤老化。
根据他们的研究结果，CS水凝胶包裹的外泌体以复制性衰老的真皮成纤维细胞为目标，促进细胞增殖，并在体外增强老化细胞中的 ECM 蛋白合成和 MMPs 的上调。皮下注射外泌体后，老化皮肤组织表现出恢复活力的状态，其特征是胶原蛋白表达显著增加、SASP 相关因子表达减少以及组织结构恢复。
CS-EVs 在皮肤再生中的作用示意图。
微针（MN）
微针是一种微型结构，能够将药物输送到皮肤深层而不损害皮肤屏障。微型尺寸使其比皮下注射针具有许多优势，包括无痛、微创和操作方便。此外，先前的报告显示，单独使用微针治疗有助于胶原新生血管形成。
同济大学医学院上海市皮肤病医院光医学研究所研究了MN联合ADSCs-EVs对皮肤衰老的影响。他们发现与未治疗部位相比，单独用MN或MN+EVs治疗的部位表皮厚度减少，皮肤屏障功能增强。然而，MN+EVs组的皱纹最少、胶原密度最高、胶原纤维组织最有序。治疗三天后，MN+EVs 组的 CD11b+细胞浸润低于MN组。这些结果表明，单独MN治疗可以改善光老化皮肤的表皮结构和功能。
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其他给药途径
无针注射器在人类局部麻醉和疫苗接种中获得了广泛的欢迎，主要是因为它具有高度的安全性和有效性，特别是对于有针头恐惧症的人群。美国北卡罗来纳州立大学分子生物医学科学系的研究者评估了无针注射器在输送外泌体治疗方面的有效性。该方法涉及将外泌体溶液通过气动加速进入皮肤真皮层，与传统注射器相比，可减少损伤和疼痛，增强渗透和吸收，并更适合化妆品应用。
为了研究这些注射方法对真皮中细胞外囊泡分布的影响，研究人员采用了DID标记技术。研究结果表明，通过注射器注射给药外泌体会诱导浓缩物质和炎症细胞的聚集。相反，无针注射器没有这些局限性。此外，无针注射器造成的轻微真皮损伤有利于皮肤胶原蛋白的合成。
结论与展望
与传统干细胞疗法相比，外泌体具有几个明显的优势。首先，传统干细胞疗法通常需要将外源细胞直接移植到患者体内，相比之下，外泌体更容易被患者的免疫系统接受，从而降低了排斥的可能性。其次，外泌体的制备可通过体外培养，实现长期储存。
此外，外泌体还携带多种生物活性分子，包括蛋白质、核酸、脂质和细胞因子。这些分子成分在调节免疫反应、促进组织修复和发挥抗炎作用等功能中起着关键作用。外泌体为个性化医疗提供了更广阔的前景，可以根据个体患者的状况和需求进行定制，从而实现更精准的治疗结果。总之，外泌体是治疗皮肤老化和相关疾病的有希望的候选药物。
作者：摩西| 编辑：暖风
参考文献：
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