2.1   间充质干细胞分泌组发展的里程碑   目前认为间充质干细胞发挥作用是通过旁分泌机制，而非通过再生、分化、取代死亡细胞。研究已经明确的是，间充质干细胞可加速急性肾损伤的恢复，但是其发挥有效性的机制尚不清楚。实验表明在甘油诱导的急性肾损伤模型中，全身给药的间充质干细胞可归巢到损伤部位，但大多数间充质干细胞在几天后不再存在[7]。在2007年，实验证明间充质干细胞条件培养基可以模拟间充质干细胞对肾脏损伤的有益作用[8]。在2008年，HUMPHREYS等[9]使用遗传命运图谱技术，证明急性肾损伤后肾小管的重新增生是由存活的肾小管细胞介导的。这进一步支持了间充质干细胞的旁分泌假说，即间充质干细胞的肾保护作用取决于分泌因子作用于存活的肾小管细胞。在这些因子中，胰岛素样生长因子和血管内皮生长因子分别被证明发挥相关作 用[10-11]，因为胰岛素样生长因子基因沉默和血管内皮生长因子敲低限制了间充质干细胞对肾小管修复的作用。 间充质干细胞的免疫调节特性也支持间充质干细胞的旁分泌假说。间充质干细胞能够分泌一系列调节免疫反应的生物活性因子，进而调节多种T淋巴细胞活性，并能够改变树突状细胞、幼稚和效应T细胞以及自然杀伤细胞的细胞因子产生，从而产生抗炎表型[12-13]。 关于细胞外囊泡，最初被认为是“垃圾车”，最近被证明是细胞间通讯的重要介质。在2009年，实验证明注射间充质干细胞后急性肾损伤的恢复可能是由间充质干细胞释放的微粒介导的，并表明间充质干细胞来源的微粒可以激活肾小管上皮细胞的增殖程序；同时结果表明这些效应是RNA依赖性的，因为对微泡进行RNA酶预处理可以消除这种有效性[14]。在2010年，胞外囊泡被证明在细胞间转移微小RNA(microRNA，miRNA)，并且转移的miRNA在受体细胞中显示RNA干扰效应[15]。在2008年，另一项关于心脏的研究表明在缺血/再灌注损伤的猪和小鼠模型中，使用间充质干细胞的条件培养基，梗死面积显著减小[16]。在2011年，同一研究小组证实，心脏保护作用是由间充质干细胞释放的外泌体介导的[17]。 旁分泌的一个关键组成部分是胞外囊泡，胞外囊泡可以通过3种机制调节靶细胞功能。首先胞外囊泡表达多种类型表面蛋白，可以通过直接刺激靶细胞来充当信号复合物；胞外囊泡与靶细胞膜融合后，还可以在细胞间转移受体或活性脂质；更重要的是，胞外囊泡被靶细胞内化后可以递送蛋白质以及核酸分子以调节靶细胞功能[18]。微泡和外泌体都表现出修复和再生特性，但外泌体是无细胞疗法中特征最清楚及使用最广泛的胞外囊泡。 自间充质干细胞通过旁分泌机制发挥作用的假说提出之后，间充质干细胞分泌组的治疗潜力逐步被大量研究所证实，大量的研究证明了间充质干细胞分泌组对各种再生性疾病以及炎症性疾病具有治疗作用。为了确定间充质干细胞分泌组中的有效治疗因子，研究者利用蛋白质组学和基因组学的方法表征间充质干细胞分泌组的物质，并分析相关的生物学功能。在2014-2017年，研究者证明了间充质干细胞的胞外囊泡会选择性富集蛋白质、mRNA和miRNA。在2017年，研究者证明了胞外囊泡运载的物质可以调节细胞的信号通路，改变靶细胞功能[4]。在2018年，国际细胞外囊泡学会的最新指南，确定了胞外囊泡的定义以及制备标准[19]。近年来，研究领域关注于如何提高间充质干细胞分泌组的治疗效果，如通过对间充质干细胞或间充质干细胞来源的分泌组进行工程化改造。文章总结了间充质干细胞分泌组发展的里程碑事件，见图3。 "

2.2   间充质干细胞分泌组   间充质干细胞分泌组，即间充质干细胞来源的生物活性物质，包括可溶性成分和细胞外囊泡。可溶性成分有可溶血性蛋白质、核酸、脂质等。细胞外囊泡指不可再生的、膜包裹、大多数细胞均可释放到细胞外的一种颗粒[19]。细胞外囊泡是细胞间通讯的有效载体，被受体细胞摄取，可以调节受体细胞的生物学功能[20]。在细胞外介质中存在的可溶性生物分子容易被水解和氧化，而胞外囊泡中的生物分子更稳定。因此，目前认为干细胞分泌组发挥治疗作用，主要是由胞外囊泡所介导的。细胞外囊泡的分类不断发生变化，通常来说，按照直径和来源可以分为外泌体(exosome)和胞外体(ectosome)[21]。外泌体是细胞膜多次内陷形成多泡体，多泡体与细胞内颗粒和细胞器沟通交流，最后形成成分异质性的外泌体。外泌体直径为40-160 nm(平均约100 nm)。胞外体是胞膜外凸形成，包括微粒(microvesicles)和细胞微体(microparticles)以及一些较大颗粒，直径为50 nm-1 μm。胞外囊泡携带的物质包括核酸、脂质分子、代谢产物、胞质蛋白质以及膜表面蛋白分子，见图4。 "

对于间充质干细胞来源的胞外囊泡，其携带的物质包括多潜能相关转录因子、抗炎症因子、细胞因子、mRNA、非编码RNA等，这些物质对于疾病和组织损伤有再生和修复功能[22-23]。间充质干细胞分泌组来源的胞外囊泡的一大特点——能够携带遗传物质，主要还是RNAs，并且其携带的RNAs能在细胞间传递，以影响受体细胞功能。胞外囊泡携带的遗传物质有mRNA和非编码RNA，如微小RNA(micro RNAs，miRs)。 间充质干细胞分泌组成分复杂，包括免疫调节因子、细胞生长因子、趋化因子、细胞黏附因子、脂质介质、激素、核酸、外泌体和微泡等，且各种生物活性因子之间相互影响，以不同的通路共同发挥作用[1]。有研究应用人工合成的单一因子，其治疗效果没有间充质干细胞分泌组治疗所表现出的多效性[24]。因此，可以明确的是，间充质干细胞分泌组治疗的有效性是多种生物活性因子有效协作共同发挥作用的结果。 2.3   间充质干细胞分泌组发挥治疗作用的分子机制   间充质干细胞分泌组及其成分都具有抑制有害免疫反应、促进组织修复和再生作用。并且研究证明了，间充质干细胞分泌组具有免疫调节、调节血管生成、抗凋亡、促进细胞再生和抗纤维化作用，以此发挥其促进组织再生和修复的作用效果。间充质干细胞分泌组中的生物活性物质包括遗传物质和非遗传物质，以下概述每类物质在免疫调节、促进再生和修复两方面的作用机制。 2.3.1   间充质干细胞分泌组中发挥免疫调节作用的物质   间充质干细胞条件培养基和胞外囊泡包含多种免疫调节因子，通过递送这些免疫调节因子到靶细胞，改变各种免疫细胞的表型和功能，以发挥免疫调节作用，抑制有害免疫反应。间充质干细胞分泌组包含的免疫调节因子有转化生长因子β、肝细胞生长因子、吲哚胺2，3-双加氧酶1、白细胞介素10、白细胞介素1受体拮抗剂和前列腺素E2[6]。 间充质干细胞条件培养基或者外泌体通过释放转化生长因子β，依赖Jak-1/Stat-5途径导致受体细胞停滞于G1期，从而抑制辅助性CD4+T细胞和细胞毒性CD8+T细胞的增殖[25-26]。此外，转化生长因子β还可诱导初始CD4+T细胞表达FoxP3，而转变为免疫抑制性的Tregs细胞[27]。肝生长因子和转化生长因子β发挥协同作用抑制免疫反应，含有肝生长因子的间充质干细胞条件培养基和胞外囊泡通过诱导活化的外周单核细胞凋亡，从而抑制活化的外周血单核细胞的扩增[6]。 此外，应用间充质干细胞条件培养基，能抑制炎症反应细胞Th1，Th17的产生，促进免疫抑制性的Tregs细胞的增殖，从而使炎症部位产生免疫抑制微环境。间充质干细胞分泌组主要是通过改变树突状细胞的抗原呈递特性而产生抑制炎症反应细胞Th1，Th17的结果[28]。研究证明，间充质干细胞外泌体通过诱导小鼠树突状细胞产生免疫抑制和耐受性表型，而缓解T细胞驱动的炎症反应[29]。对于诱导Tregs细胞的增殖，除上述转化生长因子β以外，吲哚胺2，3-双加氧酶1对于调节Tergs和Th1，Th17的比例也发挥重要作用[30]。在T细胞受体介导的静息Tregs细胞的活化过程，蛋白激酶B(PKB/Akt)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路的同时激活，诱导Tregs细胞转分化为促炎性的Th17细胞。相反，吲哚胺2，3-双加氧酶1通过降解酪氨酸转为犬尿氨酸[31]，诱导广泛控制非抑制蛋白2(general control nonderepressible 2，GCN2)的激活，抑制Akt/mTOR信号，进而抑制了Tregs细胞转化成炎性Th17细胞[32]。 白细胞介素1受体拮抗剂对于减轻皮肤的炎症，促进伤口的愈合具有重要作用[33]。并且白细胞介素1受体拮抗剂的分泌受局部炎症因子浓度影响，尤其是肿瘤坏死因子α，肿瘤坏死因子α促进间充质干细胞释放含有白细胞介素1受体拮抗剂的外泌体[33]。白细胞介素1受体拮抗剂通过竞争性抑制作用，阻止白细胞介素1与其相应受体结合，阻止白细胞介素1发挥作用，从而保护组织免受炎症诱导的损伤。 前列腺素E2在间充质干细胞分泌组介导的免疫抑制作用中扮演着重要角色。前列腺素E2发挥免疫抑制作用的机制是多方面的。首先，前列腺素E2直接抑制白细胞介素2的产生，同时减弱T细胞对于白细胞介素2的反应性。应用含有前列腺素E2的间充质干细胞条件培养基和外泌体，其释放的前列腺素E2抑制活化T细胞的克隆性扩增，缓解T细胞介导的炎症，并且有助于选择性激活巨噬细胞，阻止树突状细胞成熟，抑制NK细胞和NKT细胞的细胞毒性，以诱导免疫抑制微环境[6]。 除上述免疫调节因子外，间充质干细胞分泌组也通过传递非编码RNA到靶细胞，发挥免疫调节作用。在2010年，胞外囊泡被证明在细胞间转移miRNA ，并且转移的miRNA在受体细胞中显示RNA干扰效应[34-35]。在胞外囊泡中，外泌体包含的遗传信息主要是小RNA，如miRNA或者其他非编码RNA，而不是在细胞中更丰富存在的mRNA和核糖体RNA[36]。miRNAs被报道是间充质干细胞外泌体通过旁分泌机制发挥治疗作用的最重要成分，其中有一些具有重要的免疫调节特性，例如miR-21，miR-143，miR-146a，miR-147和miR-149等。此处简要阐述miR-146a介导的免疫调节作用，研究证明外泌体介导的miR-146a可转移到巨噬细胞，通过抑制靶蛋白抑制肿瘤坏死因子受体相关因子6和白细胞介素1受体相关激酶1的表达，下调核转录因子κB p65磷酸化。抑制核转录因子κB的信号通路，从而减少炎症因子的表达，以及抑制了巨噬细胞炎症性M1表型的产生。即巨噬细胞通过内化含miR-146a的外泌体，诱导其自身从M1型促炎表型极化为M2型抗炎表型[37]。近年来大多数研究关注于miRNA的免疫调节作用，但是也有两项研究发现其他非编码RNA也能介导免疫调节作用，如环状RNA mmu_circ_0001295和长链非编码RNA DANCR。 然而，还应该注意的是，间充质干细胞分泌组的免疫调节作用并不总是发挥着免疫抑制作用，间充质干细胞根据其所处环境的炎症状态，改变其分泌组谱和其免疫调节作用[38]。文章列举了间充质干细胞分泌组发挥免疫调节作用的具体实例[39-51]，见表1。 "

2.3.2   间充质干细胞分泌组中促进组织修复和再生的物质   关于间充质干细胞条件培养基和胞外囊泡的促进组织再生和修复功能，大多数研究聚焦于RNA。首先讨论mRNA，mRNA在间充质干细胞分泌组中的丰度不高，研究也很少关注于此。不过仍然有一项研究证明了mRNA的转移与急性肺损伤恢复的相关性。间充质干细胞来源的胞外囊泡对急性肺损伤的有益作用部分是由角质细胞生长因子mRNA所介导的，即胞外囊泡中的mRNA转移到损伤的肺泡Ⅱ型上皮细胞，并翻译为蛋白质；肺泡上皮细胞中的角质细胞生长因子增高，此效应与间充质干细胞来源细胞外囊泡介导的免疫调节作用相协同，共同发挥对损伤肺的保护作用[52]。 非编码RNA，尤其是miRNAs被认为是间充质干细胞分泌组促进组织再生和修复作用的重要物质。虽然目前大多数研究认为RNAs是间充质干细胞分泌组发挥作用的重要介质，但是一项研究通过分析间充质干细胞来源外泌体中蛋白质和RNA的生物学浓度、生化功能和引发合适生化反应的潜力，推测外泌体可能通过它们含有的蛋白质而不是RNA发挥作用[53]。除了RNA，间充质干细胞分泌组还有多种促进组织修复和再生的物质，如生长因子。生长因子能够促进组织修复再生、伤口愈合和新生血管形成。金属蛋白酶组织抑制剂1和2、成纤维细胞生长因子6，7以及肝生长因子的浓度升高被认为是间充质干细胞条件培养基促进角膜上皮伤口愈合的有益因素[54]。含肝生长因子的间充质干细胞-培养基参与肝脏修复和再生[55]。在调节血管形成方面，间充质干细胞分泌组还有一些促血管生成因子，如血管内皮生长因子、β成纤维细胞生长因子、转化生长因子β、血小板衍生生长因子、血管生成素1、胎盘生长因子、白细胞介素6、单核细胞趋化蛋白1、表皮生长因子和肝细胞生长因子，这些促血管生成因子在使用间充质干细胞分泌组治疗缺血性疾病时发挥着有益作用[56]。 下文阐述间充质干细胞分泌组通过调节新生血管生成、调节纤维化、调节凋亡的机制，发挥促进组织修复和再生作用。组织的修复和再生与受损组织处的新生血管形成以及纤维化有着密切相关性。按照常规的病理学观点，理想的再生不应涉及纤维化，但实际情况中损伤通常伴有纤维化的存在。抑制过度纤维化是多种疾病的治疗思路，值得一提的是，间充质干细胞分泌组具有多靶点的抗纤维化作用，尤其是脂肪组织来源间充质干细胞分泌组的抗纤维化作用更显著[57-60]。促进损伤组织处的新生血管形成有利于其修复和再生。在调节受损组织处新生血管生成方面，间充质干细胞分泌组通过传递特定miRNA和生长因子可以介导血管形成。研究发现，促、抗血管形成因子的浓度受间充质干细胞所暴露的缺氧环境和炎症情况影响，当间充质干细胞在高浓度炎症因子的培养条件下，细胞会产生抗血管生成分子，以阻止炎症组织的白细胞的迁移[61]。而缺氧对调节血管生成因子的影响为，缺氧诱导间充质干细胞产生缺氧诱导因子1α，产生的缺氧诱导因子1α诱导血管内皮生长因子的产生，并且缺氧诱导因子1α对于血管内皮生长因子介导的促血管形成作用有重要的影响。在有关骨再生的一项研究中，来自间充质干细胞外泌体的血管内皮生长因子的促血管形成作用可以完全被缺氧诱导因子1α抑制剂所阻止[62]。 此外，间充质干细胞分泌组还通过调控损伤实质细胞的凋亡作用，促进其存活。具体表现为，间充质干细胞分泌组为基础的治疗通过显著降低促凋亡因素，如Bax和caspase-3的表达，增加实质细胞中抗凋亡因素，如Bcl-2的表达，防止实质细胞在持续炎症过程中损失[61]。间充质干细胞分泌组通过miRNA介导的抑制骨细胞、肝脏细胞、神经细胞、髓核细胞的凋亡，促进其存活，从而有利于再生。但是，有趣的是，在应用间充质干细胞分泌组治疗肿瘤细胞、强直性脊柱炎时，表现出截然相反的作用[63]。但间充质干细胞分泌组并不是抑制所有肿瘤细胞的凋亡，缺氧预处理骨髓间充质干细胞产生的细胞外囊泡通过递送miR-21-5p抑制非小细胞肺癌凋亡，从而促进非小细胞肺癌的发展[64]。一些证据表明，间充质干细胞的外泌体还能够诱导自噬激活，进而阻止细胞凋亡，从而促进细胞存活[1]。一项研究表明间充质干细胞外泌体通过递送色素上皮衍生因子增加自噬相关蛋白LC3的表达，并抑制caspase-3驱动的神经元凋亡，从而显著减少缺血/再灌注导致的脑损伤[65]，这证实了诱导自噬激活对于间充质干细胞外泌体的抗凋亡作用至关重要。 2.3.3   间充质干细胞分泌组的异质性及应用前景   间充质干细胞的分泌组谱根据其组织来源、供体年龄以及体外培养的环境不同具有明显的异质性[66-68]。显而易见，分泌组的异质性导致其产生的治疗效果也必然不同[67-69]。 尽管间充质干细胞具有共同的表型，但根据起源不同，其分泌组谱有很大程度不同，治疗作用也不同[1]。基于间充质干细胞条件培养基的治疗显著降低了乳腺癌的生长，提高了患瘤小鼠的存活率。但这种治疗作用仅在接受人子宫颈间充质干细胞衍生的条件培养基的患瘤小鼠中观察到，而用人脂肪组织间充质干细胞衍生的条件培养基治疗没有出现抑制肿瘤生长的作用，分析两种间充质干细胞条件培养基成分，发现两者相比，人子宫颈间充质干细胞衍生的条件培养基含有更高水平的诱导肿瘤细胞凋亡的因子和更低水平的促进肿瘤生长的因子[61]，这表明间充质干细胞分泌组的作用依赖于其细胞来源。最近，一项广泛的蛋白组学分析揭示了来自骨髓、脂肪组织和脐带的间充质干细胞分泌组的差异[70]，未来应该针对不同疾病选择适合的种子细胞来源的分泌组。 间充质干细胞在体外培养和扩增的环境也影响其分泌组谱。在这种意义上，可以通过合适途径预处理间充质干细胞，以刺激用于特定治疗目的的分泌组的产生。通常情况，间充质干细胞应该培养在模拟目标治疗组织微环境的培养基条件，以改变间充质干细胞分泌组的成分为更有价值、更理想的组成，此操作过程为预处理间充质干细胞。常用来预处理间充质干细胞的方法有缺氧条件、暴露于药物化合物等[1]。近年来，一些团队开发了以三维方式培养的间充质干细胞的新方法，更好地模拟体内环境的，并且结果表明有助于增加间充质干细胞分泌的胞外囊泡产量。这些三维系统是使用含有细胞外基质成分的水凝胶，并且水凝胶采用多孔支架的形式，以更好模拟体内环境。研究表明与二维培养的细胞相比，在三维培养的间充质干细胞产生更多的细胞因子和生长因子[71]。 鉴于间充质干细胞分泌组的异质性，确定不同间充质干细胞分泌组的特征，有助于确定其在不同临床条件下的效果。同时，应该为间充质干细胞分泌组的制备建立可扩展的工程策略和标准化的操作流程，同时完善以间充质干细胞分泌组为基础治疗的质量控制与质量分析，以制造出安全有效且标准化的间充质干细胞分泌组。并且，随着越来越多的证据表明间充质干细胞分泌组在治疗疾病和组织再生方面的潜力，对间充质干细胞或间充质干细胞来源的胞外囊泡进行修饰，以提高其治疗效果的特异性及效率，即对间充质干细胞或间充质干细胞来源的胞外囊泡进行工程化改造，这是干细胞分泌组从实验室走向临床的必经之路。间充质干细胞或间充质干细胞来源的胞外囊泡的工程化改造，指通过各种技术对间充质干细胞或间充质干细胞来源的胞外囊泡进行修饰，如基因工程、表面修饰和组织工程，以提高其靶向归巢和治疗效率[72-74]。目前开展较为广泛的是，针对已经明确的治疗靶点，如白细胞介素10，通过基因工程技术获得白细胞介素10过表达的间充质干细胞来源的分泌组，从而提高其免疫调节作用，而有利于改善疾病。因为间充质干细胞来源的胞外囊泡无法自我复制，与细胞相比，胞外囊泡可以相对容易和安全地进行基因操作以携带特定的目标治疗货物。 间充质干细分泌组为基础的治疗，避免了细胞输注，具有更高的安全性。同时与干细胞为基础的方案相比，间充质干细胞分泌组容易获得，生产易扩大和优化，也便于储存和运输；并且评估培养基的安全性和有效性要简单得多，类似于常规药物制剂；如今，随着对间充质干细胞或间充质干细胞来源的胞外囊泡的工程化改造的开展，分泌组的治疗效率会进一步提高。因此间充质干细胞分泌组有望能够像药物一样在临床上广泛应用[1-6]。 2.4   间充质干细胞分泌组治疗潜力的临床研究   尽管在大量的动物模型中的结果证实了间充质干细胞分泌组的有效性，但仅有几项临床研究证实其再生和免疫调节潜力。目前仅注册了17项间充质干细胞分泌组治疗疾病的临床研究，其中有7项研究完成，10项研究正在进行，且研究集中在试探性治疗或者临床1期和2期，仅有一项使用间充质干细胞分泌组治疗COIVD-19重症病例的临床研究为3期临床试验。 目前报道的有关间充质干细胞分泌组治疗疾病的临床研究较少。间充质干细胞分泌组的使用有效改善了患有严重牙槽骨萎缩、骨关节炎患者、COVID-19肺炎和萎缩性痤疮瘢痕的临床症状[75-78]，并且在间充质干细胞分泌组治疗组中均未报道不良反应。这表明了局部和全身注射间充质干细胞分泌组是安全的治疗方法。 一项使用间充质干细胞条件培养基进行牙槽骨再生的治疗，结果表明所有病例(8例)均有早期骨形成[75]。另外一项使用脐带间充质干细胞分泌组治疗骨关节炎的开放标签临床试验，结果表明治疗组比对照组膝关节疼痛减轻、生化结果好转且无不良反应[76]。一项使用脐带间充质干细胞衍生外泌体治疗COVID-19肺炎的雾化治疗研究，证明外泌体治疗促进了肺部病变的吸收，缩短了住院时间[77]。在美学研究中，仅报道有一项临床双盲试验表明，实验组在萎缩性痤疮瘢痕方面比点阵激光得到更好的改善[78]。 文章最后总结了间充质干细胞分泌组促进组织修复和再生的实验室研究进展[57-60，79-97]，工程化处理提高间充质干细胞分泌组的特定治疗作用相关研究进展[98-109]，见表2，3。 "

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