前言
肝衰竭疾病预后较差，目前仍缺乏非常有效的治疗手段。因此，开发新的治疗手段、优化治疗方式、探讨治疗机制，对开展有效的抗肝衰竭治疗至关重要。囊泡是细胞之间进行生命活性物质交换的重要载体，在肝脏炎症性和非炎症性疾病、肝硬化和肝癌中发挥重要作用，有关干细胞来源囊泡在肝衰竭防治领域的研究已成为当前研究热点之一。
细胞外囊泡（EVs）是细胞主动释放的纳米级膜囊泡，主要由微泡(microvesicles, MVs)和外泌体(exosomes, Exo)组成，其中充满了各种发挥生物学作用的物质：miRNA、mRNA、siRNA、蛋白质、核酸、以及可溶性因子（包括细胞因子、趋化因子、酶和辅因子等），释放到细胞外环境后，可被微环境中的靶细胞摄取，或者通过生物体液携带到远处组织或器官，当接触到局部或远处的靶细胞时，囊泡传递的信号最终导致其重新编程，从而改变这些细胞的表型和功能特征。
其中，干细胞衍生的囊泡被认为是通过细胞与细胞间通讯的新型无细胞免疫疗法，干细胞分泌的囊泡相对干细胞本身在疾病模型中主要具有以下几个潜在的优点：1）囊泡比干细胞免疫源性更低，更容易开发利用；2）囊泡的使用避免了可能具有突变或 DNA损伤的细胞的转移；3）相较干细胞，囊泡体积小，易于通过各种屏障进入循环；4）干细胞移植后其数量会迅速降低，而囊泡移植后可很快进入靶细胞发挥生物学作用；5）囊泡并非活细胞，可有效避免干细胞的致瘤性；6）囊泡的功能主要通过改变细胞环境来改变，使用剂量易于控制，整体具有可控性。
在此，我们通过1篇综述和2篇研究论著，和大家分享干细胞衍生的囊泡在肝衰竭疾病中的研究情况。
01
关于哺乳动物细胞外囊泡中
RNA输送及应用的综述
文献来源：O'Brien K, Breyne K, Ughetto S, Laurent LC, Breakefield XO. RNA delivery by extracellular vesicles in mammalian cells and its applications [published online ahead of print, 2020 May 26]. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020;1‐22.（IF=43.351）
这篇综述今年5月份发表在Nature子刊《Nat Rev Mol Cell Biol》上，全面地介绍了哺乳动物细胞外囊泡中的RNA，包括小干扰RNA（siRNA）、microRNA（miRNA）、反义寡核苷酸、mRNA、guide RNA和自扩增RNA，介绍了多种细胞，包括脂肪间充质干细胞、横纹肌肉瘤细胞、乳腺癌细胞等衍生的囊泡中部分miRNA的种类及已知的功能。讨论了细胞外囊泡RNA的生物发生、运输、生物学功能，并概述了其临床应用方面所取得的进展。强调了关键的开放性问题和技术挑战，这些问题和挑战目前限制了细胞外囊泡的更广泛的转化应用，作者相信随着研究的深入，以及结合一些新的研究技术，如纳米技术等，这些问题和挑战一定可以克服，就可以更好地了解和控制细胞外囊泡介导的将RNA传递至特定细胞靶标，并可以用于检测和治疗各种疾病。
这篇综述很全面系统地介绍了哺乳动物细胞外囊泡的研究现状及未来的研究方向，对于拟针对细胞外囊泡进行深度研究的新手来说，是一份优质的学习资料，值得一读。
细胞外囊泡RNA进行功能性细胞通讯的原理
02
AMSC衍生的外泌体
减少巨噬细胞中TXNIP/NLRP3炎性体激活
来减轻急性肝衰竭
文献来源：Liu Y, Lou G, Li A, et al. AMSC-derived exosomes alleviate lipopolysaccharide/d-galactosamine-induced acute liver failure by miR-17-mediated reduction of TXNIP/NLRP3 inflammasome activation in macrophages. EBioMedicine. 2018;36:140‐150.（IF:6.68）
这篇论文来自浙江大学医学院附属第一医院的研究人员在EBioMedicine杂志发表的研究，间充质干细胞（MSC）来源的外泌体（Exo）给药被认为是通过细胞与细胞间通讯的新型无细胞免疫疗法。这篇研究确定了脂肪间充质干细胞（AMSC）衍生的外泌体（AMSC-Exo）对急性肝衰竭（ALF）治疗的作用及机制。作者利用脂多糖和D-半乳糖胺（LPS/GalN）处理小鼠后立即静脉注射AMSC-Exo，并通过肝脏组织学和血清生化评估其作用。为了阐明其在ALF治疗中的机制，分别通过qPCR和Western印迹分析评估巨噬细胞中miRNA和炎性相关基因的表达水平。应用miR-17敲低的AMSC外泌体（AMSC-ExomiR-17-KD）进一步确定miR-17在基于AMSC-Exo的疗法中的作用。结果发现，AMSC-Exo给药显著改善了ALF。进一步的实验表明，AMSC-Exo与肝巨噬细胞共定位，并可通过抑制巨噬细胞中的炎性体激活来减少炎症因子的分泌。此外，通过靶向硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）可以抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体3（NLRP3）炎性体活化的miR-17在AMSC-Exo货物中富集。同时，AMSC-ExomiR-17-KD对ALF的治疗效果下降，因为它们不能有效抑制TXNIP表达及炎性体的激活。因此，外泌体包裹的miR-17通过靶向TXNIP和抑制肝巨噬细胞中炎性体的激活，在AMSC-Exo治疗ALF中发挥重要作用。基于AMSC-Exo的治疗可能是TXNIP/NLRP3炎性体相关炎性肝病的一种有潜力的方法。
研究特点及可供借鉴之处：
MSC分泌的外泌体可通过介导细胞与细胞间的微通讯，以及在血管生成、组织再生和免疫调节过程中运输旁分泌因子来促进MSCs的治疗效力。这篇研究选取外泌体免疫调节的角度，对AMSC-Exo在ALF治疗中保护作用机制进行了深入研究，通过miR-17抑制剂敲低外泌体中的miR-17来对比探索外泌体可能的作用机制，证实AMSC-Exo包裹的miR-17可通过靶向TXNIP和抑制肝巨噬细胞中的炎性体激活，在免疫调节改善ALF中发挥重要作用。该研究整体设计完整、逻辑性强、论证严密，研究思路和方法具有很好的参考研究价值。
该研究选取的干细胞是AMSC，我们还有很多种类的干细胞，其中肝干细胞（肝脏前体干细胞、肝卵圆细胞）是目前比较理想的治疗肝脏疾病的干细胞，那么肝干细胞衍生的囊泡是否富含miR-17或者其他RNA？是否在ALF疾病过程中对TXNIP/NLRP3炎性体或者其他通路具有重要的调节作用？这些都是本研究的可借鉴之处。
该研究主要针对AMSC-Exo对巨噬细胞中的炎性体激活的抑制作用，但其实在肝衰竭疾病过程中涉及到的免疫细胞还有很多，如Treg细胞、Th细胞、MDSCs和NK细胞等，也可以研究干细胞衍生的囊泡（不仅仅是Exo）对这些免疫细胞调节作用及相应的干预靶点，以期为肝衰竭的治疗提供更多的有效治疗方法。
03
TNF-α预处理hUCMSCs衍生的外泌体
抑制巨噬细胞中NLRP3的活化
改善急性肝衰竭
文献来源：Zhang S, Jiang L, Hu H, et al. Pretreatment of exosomes derived from hUCMSCs with TNF-α ameliorates acute liver failure by inhibiting the activation of NLRP3 in macrophage. Life Sci. 2020;246:117401.doi:10.1016/j.lfs.2020.117401. （IF:3.448）
这篇论文是南方医科大学第三附属医院的研究人员在Life Sci杂志发表的研究，迄今为止，关于外泌体修饰及其在治疗肝病的药物输送中的用途的研究很少，该研究评估了TNF-α预处理过的人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）衍生的外泌体（T-Exo）对急性肝衰竭（ALF）的治疗潜力及相关机制。研究者富集了T-Exo和未处理的外泌体（Exo），体外实验使用脂多糖（LPS）诱导巨噬细胞炎症模型，动物实验通过LPS和D-GalN诱导ALF小鼠模型，分别在体外和体内观察T-Exo的治疗效果并进行了初步的机制探索。研究表明，T-Exo可以降低ALF小鼠血清ALT、AST和促炎细胞因子水平，明显改善ALF引起的病理性肝损伤，TNF-α介导的外泌体中miRNA-299-3p的上调抑制了NLRP3炎性体途径的激活。此外，这项研究提出，T-Exo通过防止高尔基体反面网络结构（TGN）分解成分散的高尔基体反面网络结构（dTGN）来抑制NLRP3炎症复合物的募集和激活，在肝组织修复中起重要作用。
研究特点及可供借鉴之处：
该研究证明了T-Exo可以有效抑制ALF模型小鼠的病理性肝损伤和NLRP3炎症途径蛋白表达，并在巨噬细胞模型中验证了该结果。研究者发现，与未处理的hUCMSC-Exos相比，TNF-α预处理的hUCMSC-Exos（T-Exo）对ALF的治疗效果更好。该研究提示我们，对不同来源的MSCs-Exo进行特定的修饰可能对肝脏疾病具有更好的治疗效果。
该研究表明T-Exo通过抑制NLRP3相关的炎症途径的激活来减轻急性肝衰竭，机制可能是通过抑制高尔基体反面网络结构的分解来抑制NLRP3的募集和激活，且部分原因是由于miRNA-299-3p在T-Exo中的高表达所致。以上两项不同的研究，以不同来源MSCs-Exo为研究对象，均发现MSCs-Exo中的miRNA可以抑制巨噬细胞中的NLRP3的激活来减轻急性肝损伤。不同干细胞来源的Exo在急性肝衰竭整个阶段中的调控是相当复杂的，详细的机制仍需要进一步的阐明。尽管机制复杂，但通过慢病毒转染，电穿孔等对外泌体进行修饰，使外泌体中的miRNA富集已成为治疗肝脏疾病的新思路。随着含有来自MSCs的治疗分子的外泌体的大量生产，外泌体介导的药物递送有望成为治疗肝病或其他疾病的新方法。
同种异体的MSCs-Exos可能是干细胞疗法的一种新的临床替代方法。Exo作为理想的药物输送载体具有如下优势：Exo中蛋白质和RNA的存在表明它们可以装载相似的生物材料；可以穿透血脑屏障；具有固有的靶向特性；可以通过多种方式对其进行修饰等。在已知可产生Exo的细胞类型中，MSCs是大量生产药物递送Exo的理想候选者，作为一种无细胞疗法，干细胞衍生的Exo在将来具有治疗肝脏疾病的巨大潜力。
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