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间充质干细胞外泌体防治早产儿视网膜病的研究进展

发布时间: 2025-12-12 15:32:09 浏览次数: 79来源:中华实用儿科临床杂志

本文刊发于 中华实用儿科临床杂志,2025,40(10):796-800.

引用本文:李紫鑫,罗先琼.间充质干细胞外泌体防治早产儿视网膜病的研究进展[J].中华实用儿科临床杂志,2025,40(10):796-800.DOI:10.3760/cma.j.cn101070-20241021-00682.



摘要

早产儿视网膜病(ROP)是一种发生在早产和低出生体重儿的视网膜血管异常增生性疾病,是儿童常见的导致失明和视力下降的眼病。ROP现有治疗手段存在不同程度局限性及不良反应。因此,亟需研究出更有效的防治策略,以改善患儿的临床结局。间充质干细胞来源的外泌体(MSC-Exo)含有细胞因子、蛋白质和微小RNA(miRNA)等多种生物活性因子,参与细胞间通信和免疫应答等病理、生理过程。miRNA能够在缺氧缺血环境下,调节血管内皮细胞增殖和新生血管形成。基于这些特性,现阐述MSC-Exo在防治 ROP 方面的最新研究进展,为未来MSC-Exo应用于ROP防治提供参考依据。

关键词 间充质干细胞;早产儿视网膜病;外泌体;微小核糖核酸


早产儿视网膜病(retinopathy of prematurity,ROP)是早产儿和低出生体重儿常见的一种视网膜血管异常增生性疾病,是导致儿童失明和视力低下的主要原因之一[1]。随着现代围生医学和新生儿学的快速发展,使得早产儿及低出生体重儿存活率上升,ROP发生率也随之增加。目前,ROP的治疗手段主要有激光疗法、冷凝疗法、抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)疗法及手术治疗。这些方法通过破坏或抑制视网膜新生血管形成来实现治疗效果,但常遗留弱视、斜视和视野缺损等不同程度的视力问题[2-3]。因此,亟需研究更有效的ROP防治方法,以改善患儿的临床结局。

间质干细胞来源的外泌体(mesenchymal stem cell-derived exosomes,MSC-Exo)含有多种生物活性因子,如微小核糖核酸(microRNA,miRNA)、蛋白质和脂质等,能通过血-视网膜屏障,调节细胞增殖和组织修复,且极少引起免疫或炎症反应,在ROP防治中具有良好应用前景。miRNA作为外泌体的重要成分,在调节基因表达、参与细胞信号传递以及调控血管生成等方面发挥重要作用。现阐述MSC-Exo在ROP防治领域的最新研究进展,为未来MSC-Exo应用于ROP防治提供参考依据。


间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)及外泌体概述


1.1 MSCs MSCs是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞。它们主要源自骨髓、脐带血及胎盘等组织,被广泛应用于疾病研究,以修复受损组织和器官[4]。MSCs分泌的蛋白质、核酸、生长因子等生物因子,发挥抗氧化、免疫调节、神经调节及调节血管生成与成熟等多种功能[5-7]。近年来,MSCs疗法在视网膜退行性病变、角膜炎等眼科疾病的研究中取得了显著进展[8-11]。例如,Xin等[12] 研究表明,将人脂肪来源的MSCs注射到氧诱导视网膜病变(oxygen-induced retinopathy,OIR)小鼠模型玻璃体腔内,能够提供神经营养因子,从而抑制OIR小鼠视网膜细胞凋亡。人胚胎干细胞和人诱导多能干细胞能诱导分化为视网膜色素上皮细胞,是治疗视网膜退行性疾病的潜在策略[13]。相较于人胚胎干细胞及人诱导多能干细胞,MSCs在治疗视网膜疾病中展现出诸多优势,包括伦理争议较小、免疫原性低、来源广泛易得、安全性高,以及具备多向分化潜能和强大的旁分泌作用,这些优势共同促使MSCs成为治疗ROP极具前景的细胞治疗选择。

1.2 外泌体 外泌体是一种由细胞内多囊体与细胞膜融合后,释放到细胞外基质中的膜性囊泡。它们是直径为30~100 nm的纳米级脂质包裹体结构,含有蛋白、信使RNA(messenger RNA,mRNA)和miRNA等物质(图1)[14]。外泌体作为 MSCs 旁分泌作用的重要组成部分,在细胞间通信中发挥重要作用。它们通过传递细胞因子、蛋白质和核酸等生物活性因子,影响受体细胞的生理和病理过程[15-16]。例如,小胶质细胞外泌体可降低OIR小鼠体内VEGF和转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)的水平,抑制光感受细胞凋亡,促进OIR小鼠正常血管生成和视觉功能恢复[17]。外泌体不仅易于被视网膜组织吸收,而且其提取方法已相对成熟,加之易于储存并保持稳定的生物学功能,被视为MSCs在治疗眼部疾病的理想替代物。

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不同组织的MSC-Exo在蛋白质和miRNA等生物活性物质表达上存在差异,这可能影响其在组织修复、免疫调节和疾病治疗的效果[18]。例如,骨髓MSCs更易分化为成骨细胞和软骨细胞,而脂肪组织MSCs更易分化为脂肪细胞[19-20]。这些差异表明,不同来源的MSC-Exo因其成分和功能差异,在治疗视网膜疾病中可能具有不同的疗效和应用潜力。

1.3 miRNA miRNA是一种小分子单链非编码RNA,参与基因表达的调控过程,通过抑制mRNA的翻译或促进其降解,进而下调靶基因的表达水平。miRNA通过参与细胞通信,调节新陈代谢、细胞增殖、分化、凋亡及血管生成等生理过程[21]。细胞外的miRNA主要以2种形式存在:一种存在于外泌体、微囊泡和凋亡小体等囊泡中,另一种则与RNA诱导沉默复合体蛋白家族(argonaute protein,AGO2)结合[22]。 

外泌体中的miRNA已被证明在许多眼部疾病(如糖尿病视网膜病、青光眼等)进展中发挥作用,这使其成为备受关注的潜在治疗靶点[23]。例如,在青光眼研究中,骨髓MSC-Exo能够将多种miRNA递送到视网膜组织中,促进视网膜神经节细胞存活及轴突再生[24-25]。miRNA可通过外泌体传递到视网膜细胞,参与调控视网膜血管生成、细胞凋亡等病理过程,从而在诊断和治疗ROP中发挥作用[26]。Fan等[27]研究表明,miR-126能下调OIR大鼠模型中血管内皮生长因子受体的表达,从而抑制视网膜新生血管形成,对ROP具有潜在治疗作用。


MSC-Exo防治ROP的潜在作用机制


MSC-Exo在视觉系统中调节细胞间通信的作用备受关注,正作为生物标志物、治疗药物和药物载体被广泛研究[28]。ROP主要病变表现包括视网膜血管异常增生、视网膜神经元凋亡及炎症反应等。因此,ROP防治应着重于调节血管生成、抗凋亡、神经元修复与再生、免疫调节等方面。MSC-Exo含有蛋白质、核酸、脂质等多种生物活性因子,在组织修复、免疫调节、血管生成等方面发挥重要作用。这些外泌体可被视网膜细胞吸收,减轻视网膜炎症反应,修复受损视网膜组织,调节血管生成,为视网膜提供良好微环境,改善视网膜功能,在 ROP 防治中具有良好的应用前景[29-30]

2.1 调节血管生成 ROP作为一种早产儿视网膜血管发育异常疾病,促进视网膜血管正常发育、抑制异常血管形成是该病治疗关键。MSC-Exo含有VEGF、胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)、成纤维细胞生长因子等生物因子,它们可以直接作用于内皮细胞,发挥促进正常血管生长发育[31]。此外,MSC-Exo还含有多种miRNA,可以调节基因表达,可调控缺氧缺血环境下内皮细胞的增殖、管腔形成和新生血管的形成,从而抑制病理性血管形成[32]。例如,在OIR小鼠中发现,人脐带血MSC-Exo可有效降低 OIR小鼠新生视网膜血管的数量以及缺氧诱导因子-1α和VEGF-A 蛋白表达,并与药物剂量呈正相关[33]。MSCs还能通过调节免疫因子生成,为受损视网膜血管再生创造有利的微环境[34]。因此,MSC-Exo在调节早产儿视网膜血管生成中发挥重要作用,但其确切的作用机制尚未得到充分阐明,需进一步深入研究。

2.2 减轻氧化应激及抗凋亡 MSC-Exo具有减轻氧化应激反应及抗细胞凋亡作用,能够通过调节氧化应激、细胞自噬和程序性细胞死亡等过程,保护视网膜细胞。例如,人脐带MSC-Exo中含有 miR-210、miR-200b-3p 等 miRNA,可能参与调节细胞的抗氧化防御机制,增强视网膜细胞对氧化应激的耐受性[35]。此外,人脂肪MSC-Exo富含多种生物活性因子,如神经营养因子和免疫调节因子,能够抑制受损神经元和视网膜细胞的凋亡,并减轻视网膜炎症反应[36]。人脐带血MSC-Exo通过激活早期糖尿病视网膜病变中的磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B-核因子E2相关因子2(phosphoinositide 3-kinase /protein kinase B-nuclear factor erythroid 2-related factor 2,PI3K/AKT-Nrf2)信号通路,减轻氧化应激反应,缓解视网膜色素上皮细胞的衰老及凋亡[37]

2.3 免疫调节效应 MSC-Exo可通过携带抗炎因子,调节炎症反应,减少视网膜炎症,从而抑制血管异常增生。有报道称,围生期炎症或感染与ROP的发病相关,在炎症反应中,细胞因子和趋化因子能够促进病理性新生血管的形成[38]。因此,抑制炎症反应成为改善视网膜病理性新生血管形成的潜在环节。MSC-Exo能够诱导免疫调节并抑制炎症反应,从而治疗炎症性及退行性疾病[39]。MSC-Exo能够将巨噬细胞从促炎M1表型转化为抗炎M2表型,并下调促炎因子表达[如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白细胞介素(interleukin,IL)-6和IL-23等],同时提高抗炎因子(如IL-10和TGF-β)水平,发挥抗炎作用并促进受损组织的修复[40]。在大鼠视网膜脱落模型中,骨髓MSC-Exo通过抑制TNF-α和IL-1β的表达,减轻炎症反应,提高感光细胞的存活率[41]。此外,人脐带血MSC-Exo中的miRNA-17-3p通过靶向调节转录激活因子-1,改善糖尿病视网膜病变小鼠的炎症反应和抗氧化损伤[42]。近年,吡林结构域Nod样受体家族蛋白3小体被认为是MSCs及其外泌体治疗炎症性眼病的潜在新治疗靶点[43]

2.4 神经保护效应 ROP虽然是一种视网膜血管疾病,但常伴随视网膜神经损伤。神经胶质细胞与 OIR 动物模型中视网膜病理学的起源有关,因为它们支持脉管系统的发育并调节细胞凋亡和神经元代谢和激活[44]。发育中的视网膜血管与神经生长同步,形成功能性神经血管网络。因此,神经血管协调破坏可能是ROP发病因素,故保护视网膜神经也可作为ROP防治策略之一[45]。MSC-Exo能释放生长因子、细胞因子及miRNAs等多种生物活性因子,这些因子可直接作用于神经元,有效促进神经元的修复与再生过程。例如,人脐带血MSC-Exo分泌多种神经营养因子,如成纤维细胞生长因子1(fibroblast growth factor,FGF-1)、脑源性神经营养因子、IGF-1和神经生长因子,为受损神经元提供营养支持,促进轴突生长和神经元存活,从而在神经组织的修复和再生中发挥重要作用[46-47]

2.5 潜在生物学标志物 外泌体广泛存在于与眼睛密切相关的体液中,如泪液、房水和玻璃体液,其内容物及稳定性与亲本细胞高度相似,能够反映视网膜病理状态,是诊断视网膜疾病的潜在生物标志物[48-50]。外泌体中的miRNA和蛋白质作为生物标志物对个体化疾病诊断和监测具有重大的意义。miRNA是外泌体中含量最高的RNA分子,因此相较于其他类型的RNA,更易于检测[51]。Zhou等[52]研究表明,外周血单核细胞中的miRNA可能成为需治疗的ROP的潜在诊断生物标志物和分子靶点。在血浆中发现某些特定miRNA,能够区分患有视网膜病变的糖尿病患者和没有视网膜病变者,可用于协助临床评估及个体化治疗[53]。外泌体也正作为ROP的潜在生物标志物被广泛研究[54]

2.6 药物运载体 MSC-Exo因其免疫原性低、低致瘤性和半衰期长等特点,已成为药物递送的理想载体。它们可以递送多种类型药物,包括小分子化学药物、蛋白质和多肽药物、核酸药物等,能够更精准地将药物输送到病变部位,发挥精准靶向治疗效应[55]。与脂质体和传统纳米载体不同,外泌体具有膜锚定蛋白和跨膜蛋白,使其能够靶向穿过视网膜等生物屏障,从而促进细胞内物质的转运[56-57]。Fan等[58]报道称,视网膜色素上皮衍生因子(PEDF蛋白)可装载于外泌体中,通过抑制血管生成、抗氧化和神经保护作用,用于治疗多种视网膜疾病,如氧诱导性视网膜病。Liu等[59]将携带miR-29b-3p的骨髓MSC-Exo通过激活自噬反应,抑制角膜炎症和纤维化,从而促进角膜的修复。这些突破性发现为视网膜疾病的治疗提供了新的视角和策略。


MSC-Exo防治ROP潜在的不良反应


MSC-Exo作为一种新兴的治疗方式,在目前大量基础实验研究中显示其不良反应风险低,且罕见引起免疫排斥反应。尽管MSCs在治疗多种疾病中显示出潜在的治疗价值,但临床应用经验不足,因此其长期的安全性和潜在的不良反应仍需通过更多的研究来评估和确认。

3.1 免疫反应 外泌体虽免疫原性较低,但仍可能诱发一定程度的免疫反应。不同来源的外泌体携带不同的表面分子,这些分子可能被免疫系统识别为外来物质,从而触发免疫应答[60]。例如,对小鼠移植同种异体的脾脏抗原呈递细胞外泌体,它们可通过参与抗原呈递或与膜融合并释放外泌体内容物,引起T细胞免疫应答[61]。这可能导致为局部炎症反应,如眼部红肿、疼痛等,也可能引起全身免疫反应,如发热、皮疹等。因此,MSC-Exo防治ROP是否具有免疫反应仍需更多的实验验证。

3.2 对视网膜结构和功能的潜在影响 外泌体虽具有促进视网膜修复和再生的潜力,但也可能对视网膜正常结构和功能造成不良影响。例如,外泌体可能过度刺激视网膜细胞增殖,导致视网膜异常增厚或形成瘢痕,影响视力。外泌体也可能干扰视网膜细胞的正常代谢和信号传导,导致视网膜功能紊乱。

3.3 潜在的风险 MSC-Exo生物学特性尚不明确,其在体内的作用机制也不完全清楚,虽然其在ROP防治中具有潜在应用前景,但仍存在许多潜在风险。目前MSC-Exo在ROP治疗中的应用仍处于动物实验阶段,缺乏足够的临床长期治疗效果和安全性证据。外泌体可能与体内的其他细胞或分子发生相互作用,导致不良后果。例如,MSC-Exo中含有促进细胞增殖的因子,长期使用可能增加肿瘤发生的风险,尤其是在早产儿,其免疫系统尚未发育完全。MSCs被募集到肿瘤微环境中可以增强肿瘤细胞的转移潜力,并通过分泌 VEGF 促进肿瘤部位新生血管形成[62]。此外,外泌体的来源是否明确以及制备方法的规范性,均可能影响其安全性。如果外泌体的来源不明确或制备过程不规范,可能会引入杂质或病原体,从而增加感染的风险。因此,在将MSC-Exo应用于ROP临床治疗之前,需要进行更多研究来充分评估其安全性和有效性。


MSC-Exo防治ROP中面临的挑战


尽管MSC-Exo相比于MSCs治疗具有低致瘤性、低免疫排斥、易于储存等优点,在再生医学中有望成为MSCs的替代品。但目前缺乏快速、高效且低成本的外泌体分离方法。外泌体对防治ROP的临床应用仍面临许多挑战。首先,外泌体分离方法主要是超速离心、免疫沉积和体积排阻色谱[63-64],这些方法昂贵、耗时、繁琐,且无法完全去除杂质[65]。其次,外泌体的定量分析常采用流式细胞术、酶联免疫吸附试验及纳米颗粒跟踪分析等方法,各具优劣。外泌体的安全性、有效性、效力和剂量仍有待临床试验明确,分离和纯化技术也尚未标准化[66]。最后,外泌体在防治ROP方面的相关研究尚显不足,亟需更多实验进行完善与验证。因此,将外泌体应用于ROP的临床防治仍需克服许多挑战。


总结与展望


综上,MSC-Exo通过调节血管生成、抗凋亡、减轻氧化应激、抑制炎症反应、神经保护效应等多种机制,在预防和治疗ROP方面具有潜在的治疗价值。然而,这些证据大多基于动物实验,缺乏临床试验验证。MSC-Exo在临床应用之前,需要进行充分的研究以评估其安全性和有效性,不可忽视潜在的不良反应。因此,未来研究应集中在ROP具体发病机制、MSC-Exo防治ROP潜在机制、优化外泌体的制备和修饰方法等方面,且需开展更多的临床试验验证MSC-Exo在 ROP 防治中的有效性和安全性。若能进一步深入研究MSC-Exo在ROP发生及发展过程中的潜在防治机制,并分析其临床应用的可行性,有望为ROP的预防和治疗带来新的策略。


参考文献略