引言
大量研究表明间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）主要通过旁分泌作用抑制细胞凋亡、抑制心肌纤维化、促进血管生成、抑制免疫反应来修复心肌损伤，外泌体在其中起主要作用。外泌体是细胞分泌的天然的纳米载体，内含细胞特异性蛋白、核酸和脂质。与脂质体载体相比，还具有低免疫原性、无细胞毒性及能够穿透生物屏障等优点。目前已有多种靶向心脏的工程外泌体在动物心肌梗死模型中取得很好的疗效。然而，半衰期短和缺乏明确靶点等内在挑战阻碍了临床可行性。在这里，本研究设计研发了一种在心肌梗死 （MI） 后通过吸入输送外泌体的无创且可重复的方法，我们称之为干细胞衍生的外泌体雾化疗法 （SCENT）。
过程
SCENT疗法将外泌体递送至小鼠的梗死后心脏
SCENT疗法中外泌体通过雾化器输送至远端肺部，随后通过肺泡毛细血管屏障进入循环系统，并最终通过肺静脉输送到缺血心脏。首先，对LSC-Exos进行了形态学表征，包括大小和表面标志物分析。为了验证吸入方式是否适用于外泌体递送，我们研究了吸入外泌体在小鼠体内的生物分布及其在梗死心脏中的募集。离体IVIS成像数据表明，吸入外泌体后10到60分钟内迅速分布在肺部，随后开始在心脏中积聚，与肺部信号的减弱相对应。这表明外泌体从肺部进入血液循环后，被缺血心肌吸收。与单次给药相比，重复给药可在48小时后提高外泌体在心脏中的保留率。通过共聚焦荧光显微镜观察，证实了SCENT的可行性。
通过结扎C57BL/6小鼠的左前降支冠状动脉建立心肌梗死模型。心肌梗死后连续7天，每天通过雾化器吸入LSC-Exo或PBS10分钟。在42天的研究期间，SCENT治疗组的存活率显著高于PBS组和对照组，表明SCENT成功提高了心肌梗死后的存活率。根据超声心动图测量的左心室射血分数和缩短分数，SCENT组的整体左心室功能在短期和长期内均显著优于对照组。此外，组织学研究显示，SCENT治疗显著减少了纤维化组织并增厚了存活的左心室壁，表明SCENT能够减轻心肌梗死后的心脏纤维化和不良重塑。在组织学分析中，SCENT治疗后在心肌梗死后的心脏中发现了大量增殖性心肌细胞，体外实验中，外泌体培养的心肌细胞也表现出更高的增殖水平。此外，SCENT治疗显著减少了心肌细胞的凋亡。总之，SCENT治疗促进了心脏重塑。为了验证其临床相关性，我们还使用了小鼠缺血/再灌注模型，SCENT治疗后的小鼠在第28天的左心室功能显著优于对照组。
评估SCENT对心脏以外其他器官的潜在副作用至关重要。组织学分析显示，接受治疗的小鼠与健康小鼠的肺、脾、肝和肾等器官的组织结构相似，未见器官毒性或炎症。此外，血液检测表明，SCENT治疗对小鼠的肝肾功能无明显影响。肺功能分析结果也显示，SCENT治疗组与对照组之间无显著差异。总体而言，SCENT疗法在患有心肌梗死的小鼠中是安全的。
为了探究SCENT对心肌梗死小鼠的治疗效果背后的基因表达变化，我们对治疗组和对照组的小鼠全心脏进行了单细胞RNA测序。经过数据预处理和质量控制后，我们获得了69,094个高质量的单细胞转录组。通过无监督聚类分析，我们识别了不同的细胞类型，并通过t-SNE图展示了各类型细胞的标记基因表达。结果显示，SCENT治疗后的心肌细胞状况更佳，全转录组验证了SCENT的治疗效果。
总结
本文对干细胞来源的外泌体的大小分布和表面标志物进行了表征。具有 MI 模型的 C57BL/6 小鼠连续 7 天通过雾化器接受外泌体吸入治疗。SCENT 后进行超声心动图监测心脏功能，组织学分析有助于心肌修复的调查。对全心脏进行单细胞 RNA 测序，探索 SCENT 的作用机制。最后，在 3 维心脏磁共振成像的 MI 猪模型中证明了 SCENT 的可行性、有效性和一般安全性。
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