馬元，莊雪瑩，陳旭

（中國醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·附屬口腔醫(yī)院兒童口腔科，遼寧省口腔疾病重點實驗室，沈陽 110002）

在受損組織的修復(fù)與再生過程中，血管網(wǎng)絡(luò)能夠為組織提供必要的氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、特定激素和生長因子等，并能清除代謝廢物以滿足局部代謝需求。間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一類具有自我更新和多向分化潛能的多功能干細胞，主要通過旁分泌作用調(diào)控促血管生成因子和抗血管生成因子之間的平衡發(fā)揮作用［1］，其中，MSCs來源的外泌體（exosomes derived from MSCs，MSCExo）是其旁分泌的重要物質(zhì)之一。外泌體最早于1983年體外研究網(wǎng)織紅細胞向成熟紅細胞轉(zhuǎn)化的過程中發(fā)現(xiàn)，直徑為30～150 nm，在透射電鏡下觀察為脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，通常呈杯狀，是細胞間通訊過程中的重要物質(zhì)，在細胞增殖、細胞遷移和細胞侵襲等多種生理和病理過程中扮演著重要角色［2］。本文就MSC-Exo促進血管生成機制的研究進展做一綜述。

1 MSC-Exo通過細胞因子促進血管生成

蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，脂肪干細胞細胞外囊泡（extracellular vesicles derived from adipose mesenchymal stem cells，ADSC-EV）富含與血管生成有關(guān)的蛋白質(zhì)，如血小板衍生生長因子-C、血管內(nèi)皮生長因 子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和 血管生成素樣蛋白4等［3］。MSC-Exo可通過多種血管生成蛋白作用于內(nèi)皮細胞，發(fā)揮促進血管生成的作用。

1.1 血小板衍生生長因子

血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）家族由PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D組成，是多種間質(zhì)細胞的強效有絲分裂原和趨化因子，在細胞生長、遷移、轉(zhuǎn)化和血管生成中有重要作用［4］。蛋白激酶B（protein kinase B，pKB），又稱Akt，其修飾的人臍帶間充質(zhì)干細胞來源的外泌體（exosomes derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells，hucMSC-Exo）能夠通過促進血管生成有效改善心肌功能，進一步分析發(fā)現(xiàn)，hucMSC-Exo中PDGF-D與其處理的大鼠心肌中PDGFR-β的表達水平均明顯升高；在體外使用PDGF-D-siRNA轉(zhuǎn)染hucMSC-Exo進行內(nèi)皮細胞遷移和成管實驗，EA.hy926細胞遷移和成管能力均降低，提示PDGF-D在hucMSC-Exo介導(dǎo)的血管生成中起重要作用［5］。

1.2 VEGF

VEGF是具有高度特異性的促血管內(nèi)皮細胞有絲分裂素，能直接作用于內(nèi)皮細胞，促進其增殖和遷移，是血管生成過程中重要的調(diào)控因子［6］。在體外用MSC-Exo處理人臍靜脈內(nèi)皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）后可見毛細血管網(wǎng)絡(luò)形成，而應(yīng)用抗VEGF抗體處理MSC-Exo后，外泌體誘導(dǎo)的HUVECs成管率降低，說明MSC-Exo的促血管生成機制部分由VEGF介導(dǎo)［7］。VEGF可激活HUVECs中的PKA信號通路上調(diào)內(nèi)源性VEGF的表達。此外，在小鼠后肢缺血模型中，應(yīng)用MSCs細胞外囊泡可以促進肢體的血管生成，并且通過激活內(nèi)皮細胞中的VEGF受體發(fā)揮作用［8］。

1.3 其他細胞因子

在小鼠皮瓣缺血再灌注模型中，脂肪干細胞來源的外泌體（exosomes derived from adipose mesenchymal stem cells，ADSC-Exo）中白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription，STAT3）提 高毛細血管密度，促進皮瓣的恢復(fù)［9］。另有研究［10］表明，MSCs中過表達低氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）能增加外泌體的分泌；HIF-1α可顯著增強MSCs中Notch 信號通路配體Jagged1的表達并將其包裝入外泌體，通過改變Notch靶基因轉(zhuǎn)錄促進血管生成。

2 MSC-Exo通過微RNA（microRNA，miRNA）調(diào)節(jié)血管生成

miRNA是目前在MSC-Exo中研究最為廣泛的一類非編碼RNA，可以從親代細胞中“裝載”至外泌體，進而調(diào)節(jié)受體細胞的功能和表型改變，是血管生成的重要調(diào)控因子。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在大鼠心肌梗死動物模型中應(yīng)用子宮內(nèi)膜間充質(zhì)干細胞（endometrium-derived MSCs，EnMSCs），治療后的心肌組織微血管密度顯著增高；分析外泌體miRNA譜發(fā)現(xiàn)，miR-21在EnMSCs組中選擇性增加，可通過磷酸酶和張力蛋白同源物（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）/Akt途徑促進血管生成，是EnMSCs治療的潛在介質(zhì)［11］。進一步分析發(fā)現(xiàn)，miR-21可能是通過PTEN/Akt增加促血管生成因子HIF-1α和VEGF的表達而發(fā)揮作用［12］。此外，在ADSC-Exo中，miR-125a，miR-423-5p，miR-181b已被證實具有血管生成的潛力［13-15］。其中，miR-125a可以靶向抑制Delta樣配體4（Delta-like ligand 4，DLL4）的表達，促進內(nèi)皮尖端細胞的形成來促進內(nèi)皮細胞的血管生成［13］；富含miR-423-5p的ADSC-Exo可以抑制內(nèi)皮細胞中絲氨酸激酶抑制劑（suppressor of fused，Sufu）的mRNA和蛋白表達［14］；過表達miR-181b的ADSC-Exo能促進氧葡萄糖剝奪后的腦微血管內(nèi)皮細胞（brain microvascular endothelial cells，BMECs）的遷移和血管生成，ADSC-Exo處理的BMECs中TRPM7的mRNA和蛋白表達下降，同時HIF-1α和VEGF的表達量上調(diào)，而過表達TRPM7會逆轉(zhuǎn)ADSC-Exo對BMECs的促血管生成能力［15］。

然而，MSC-Exo中的部分miRNA也可通過抑制血管生成而發(fā)揮對疾病的治療作用。在膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎小鼠模型中，MSC-Exo中的miR-150-5p可下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶14和VEGF的表達抑制血管生成，減少對關(guān)節(jié)的損傷［16］。在小鼠口腔潛在惡性病變模型中，MSC-Exo中miR-18能減輕炎癥反應(yīng)，抑制細胞增殖和血管生成，誘導(dǎo)細胞凋亡［17］。另有研究［18］表明MSC-Exo中高表達miR-100，轉(zhuǎn)移到乳腺癌細胞中miR-100通過調(diào)節(jié)mTOR/HIF-1α通路呈劑量依賴性地減少VEGF的表達，從而抑制血管生成和腫瘤生長。

3 MSC-Exo通過脂質(zhì)成分促進血管生成

外泌體的外膜主要含有鞘磷脂，膽固醇，磷脂酰膽堿，磷脂酰絲氨酸，磷脂酰乙醇胺，神經(jīng)酰胺和甘油磷脂等，在外泌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用［19］。

在亞油酸和油酸存在下培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs）促進了血管生成介質(zhì)IL-6、VEGF和一氧化氮（nitric oxide，NO）的分泌，表明脂肪酸可能影響B(tài)MMSCs分泌調(diào)節(jié)局部細胞對損傷反應(yīng)的細胞因子和生長因子，從而提高BMMSCs對受損組織的治療效果［20］。此外，當(dāng)MSCs在脂質(zhì)補充的培養(yǎng)物中獲取外泌體時，傷口愈合實驗表明細胞遷移率明顯升高［21］。這些研究表明生物活性脂質(zhì)在MSCs旁分泌中具有促進血管生成的重要作用。

4 增強MSC-Exo促血管生成性能的方法

4.1 低氧刺激

低氧是組織損傷常見的一類病理過程。低氧刺激MSCs不僅會促進外泌體釋放，還會使外泌體的成分發(fā)生變化［22］。研究［23］表明，在大鼠骨折模型中，經(jīng)過低氧處理BMMSCs提取的外泌體顯示出更佳的治療效果，體外實驗證實，低氧預(yù)刺激通過激活HIF-1α介導(dǎo)MSC-Exo中miR-126的產(chǎn)生，miR-126可轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮細胞中，通過SPRED1/Ras/Erk通路發(fā)揮促血管生成作用。也有研究［24］表明低氧刺激下MSC-Exo中miR-126可靶向抑制內(nèi)皮細胞中PTEN表達，誘導(dǎo)PI3K/Akt通路的激活，促進內(nèi)皮細胞增殖和遷移。

4.2 NO刺激

NO是一種自由氣體，是機體的重要信使分子和生物活性物質(zhì)。有研究［25］表明，MSCs移植治療可通過增加NO的產(chǎn)生來誘導(dǎo)血管生成并增強內(nèi)皮依賴性血管舒張。YAO等［26］發(fā)現(xiàn)，在NO存在的情況下，MSCs能顯著提高促血管生成因子VEGF和基質(zhì)細胞衍生因子-1α（stromal cel1 derived factor-1α，SDF-1α）的分泌；將合成的NO水凝膠與ADSCs共移植到心肌梗死小鼠中，梗死邊緣區(qū)毛細血管密度明顯提高，心臟功能得到改善。進一步研究［27］顯示，NO處理的人胚胎MSCs中VEGF和miR-126顯著提高，并能轉(zhuǎn)移到外泌體中，促進內(nèi)皮細胞VEGFR2和血管生成素-1的表達。

4.3 藍光照射

光源或某些藥物刺激也能增強MSC-Exo促進血管生成的活性。YANG等［29］發(fā)現(xiàn)經(jīng)藍光照射的MSC-Exo使內(nèi)皮細胞在基質(zhì)膠中的成管能力顯著增強；在燒傷小鼠皮膚模型中發(fā)現(xiàn)，藍光照射MSC-Exo組中內(nèi)皮細胞標(biāo)記物CD31和α-SMA的表達量上調(diào)，其機制與miR-135b-5p和miR-499a-3p的表達水平升高有關(guān)。

此外，有學(xué)者用新生小鼠血清外泌體處理BMMSCs，提取其外泌體局部注射小鼠皮膚創(chuàng)面時，發(fā)現(xiàn)顯著促進了皮膚創(chuàng)面的愈合，內(nèi)皮細胞中磷酸化的Akt和一氧化氮合酶蛋白表達增加，表明其是通過參與了Akt介導(dǎo)的VEGF信號通路促進了血管生成［30］。

5 結(jié)論

MSC-Exo可通過蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等活性成分作用于內(nèi)皮細胞，促進其增殖遷移和成管，從而調(diào)節(jié)血管生成過程。特定的條件如低氧和血管生長因子的刺激下，有利于釋放更具血管生成潛力的外泌體。隨著高通量測序和蛋白組學(xué)技術(shù)的不斷成熟，MSC-Exo遞送的各種分子在血管生成中的作用機制將更加明確，也將為缺血性疾病的治療和組織修復(fù)與再生提供新策略。