干细胞及其外泌体在医美领域的应用
干细胞及其外泌体在医美领域的应用
干细胞及其外泌体在医学美容领域的应用正日益受到关注。间充质干细胞（MSCs）是一类具有自我更新、多向分化和免疫调节能力的干细胞，其外泌体则具有与来源干细胞相似的功能，且安全性更高、便于储存和运输。近年来，关于间充质干细胞及其外泌体在医学美容领域的研究与应用飞速发展，展现出广阔的应用前景。
1. 间充质干细胞
间充质干细胞（MSCs）是研究应用最为广泛的干细胞之一，相对于其它干细胞，MSCs的表型更稳定、免疫原性更低，因其独特的生物学特性，在组织修复与再生、疾病诊断与治疗等领域展现出巨大的应用潜力。它是一类能够贴壁生长，具有特定表面标志物，表达CD73、CD90、CD105,而不表达CD34、CD45、HLA-DR,并能够向脂肪、骨和软骨细胞分化的间充质谱系细胞，最常见的来源是脂肪、骨髓、脐带等。此外，MSCs还具有旁分泌作用及归巢至损伤部位的能力。
2. 间充质干细胞外泌体
间充质干细胞外泌体（mesenchymal stem cell-derived exosomes, MSC-Exos）是间充质干细胞分泌的具有完整膜结构的细胞外囊泡，直径通常为30～150 nm, 它们内含多种蛋白质、脂类和核酸，如mRNA和miRNA。包括干细胞在内的许多不同类型的细胞都会释放外泌体，它们参与多种疾病的复杂分子机制，如细胞间通讯、组织修复与再生、炎症和免疫系统调节等。外泌体共性表达CD9、CD63和CD81,还可特异性表达与其来源细胞相似的黏附分子，如间充质干细胞外泌体还可检测出CD44、CD29 和 CD73等。
自 2010年首次检测出间充质干细胞外泌体,如今已分离出多种间充质干细胞来源外泌体。间充质干细胞外泌体具有与间充质干细胞相似的功能，但它不具备细胞结构，受伦理的限制较小，可以更简便地应用于临床中。大规模分离和纯化外泌体是这项技术进步的最重要障碍之一。现有的分离方法包括超速离心法、密度梯度离心法、超滤法、尺寸排阻层析法、沉淀法和切向流过滤法等，不同分离方法各有优缺点，因此，在应用前选择最合适的分离方法是进一步研究前不可缺少的一步。
3. 间充质干细胞及其外泌体与医学美容
间充质干细胞及其外泌体在提高移植脂肪存活率、治疗皮肤光老化、调节色素沉着、促进毛发生长、抑制瘢痕增生等与医学美容相关的疾病治疗方面均具有巨大潜力。这与其通过多靶点、多通路调控疾病发生密切相关，为复杂性、难治性疾病带来新的治疗希望。通过干细胞及外泌体的治疗，患者不仅达到外形及功能的改善，对其心理健康及社交生活亦产生重大影响。
3.1 脂肪移植
自体脂肪移植因其在面部年轻化、身体塑形等方面发挥着重要的作用，然而移植脂肪的吸收率和存活率限制了它的应用效果和发展。越来越多的数据表明，足够的新生血管对于移植脂肪的存活和维持至关重要。因此，及时和充足的新生血管对移植脂肪的存活至关重要，许多方法被开发来促进血管生成和提高脂肪移植物的保留率。其中，自体脂肪组织与脂肪间充质干细胞 (adipose tissue-derived mesenchymal stem cells, ADSCs) 或基质血管片段(stromal vascular fragment, SVF)共移植，称为细胞辅助脂肪转移技术,可以通过旁分泌效应刺激血管生成来提高存活率。有研究证明脂肪间充质干细胞外泌体(adipose tissue mesenchymal stem cells-derived exosomes, ADSC-Exos) 能内化进血管内皮细胞，在动物模型上提高移植脂肪成活率，降低脂肪纤维化，显著增加移植血管新生及CD34、VEGFR2和Ki-67的表达。同时，ADSCs及ADSC-Exos在移植脂肪过程中发挥了免疫调节和缓解炎症的作用，通过调控巨噬细胞极化，促进血管新生，抑制脂肪纤维化，进一步提高了移植脂肪的存活率。Zhu等报道了ADSC-Exos促进去甲肾上腺素分泌及M2型巨噬细胞极化，进而诱导更多血管及棕色脂肪组织再生，最终提高移植物的存活率和脂肪移植物的棕色化。
3.2 皮肤光老化
皮肤光老化受各种内外因素的影响，其中紫外线辐射是皮肤老化的主要原因。紫外线辐射引起的光老化以粗糙、色素不均匀、毛细血管扩张、松弛和皱纹加深为标志。皮肤老化机制复杂，包括基因突变、DNA损伤、细胞衰老、金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)对细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的破坏、炎症反应和活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成等。
目前光老化的临床治疗方法多种多样，主要包括注射填充、光电治疗、口服药物和化学剥脱等，可能存在着效果不稳定、持续时间短、操作复杂等问题。同时，由于光老化形成机制复杂，单一的治疗方式不能从根源上消除病因，并未达到预期的皮肤修复效果。MSCs及MSC-Exos治疗机制多样，临床前疗效显著，目前的研究结果未显示其明显的毒副作用，提供了一种长期稳定、操作便捷、相对无创、效果自然的治疗方法[17]。在裸鼠光老化模型中，将ADSCs与HDFs分别注射至皮肤皱纹处，4 周后发现皱纹面积均显著减少，且与HDFs相比，ADSCs能刺激产生更高的胶原密度，提示 ADSCs 具有更强的修复及再生能力。Zhang等发现人脐带间充质干细胞外泌体 (human umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes, hucMSC-Exos) 与海绵骨针(一种新型微针)联合使用，能够使光老化小鼠皱纹减少，hucMSC-Exos 以剂量依赖的方式促进了受 UV 照射的 HDFs 的增殖。进一步的分子水平研究表明， hucMSC-Exos与海绵骨针联合应用提高了 ECM、胶原蛋白、弹性蛋白的表达，而降低了胶原酶和 MMP-1 的表达。Hu等认为，核受体相互作用蛋白1在衰老过程中发挥着重要作用。敲除核受体相互作用蛋白1通过减少ADSCs衰老和维持ADSCs静息状态来延缓皮肤衰老。Park等评估了含ADSC-Exos溶液与微针联合治疗面部皮肤老化的临床疗效，表明使用含ADSC-Exos溶液和微针的联合疗法来治疗面部皮肤老化是安全有效的。
3.3 色素沉着性皮肤病
表皮中的黑素细胞和角质形成细胞之间的相互作用是皮肤色素沉着的主要原因。当暴露在紫外线辐射下时，角质形成细胞释放旁分泌激素，如内皮素-1和α-黑素细胞刺激素(alpha-melanocyte stimulating hormone, α-MSH),刺激黑素细胞产生黑色素。适当的黑色素可以作为天然的防晒霜，但过量的黑色素产生会导致色素沉着过度，表现为紫外线相关的色素沉着障碍，如雀斑和黄褐斑。同时，当过度暴露在紫外线下时，成纤维细胞会老化并释放多种与皮肤衰老相关的分泌因子，包括控制黑色素生成差异表达的分泌因子，如分泌卷曲相关蛋白-2,加速黑色素的生成，导致局部色素沉着。过度的炎症反应和DNA损伤也会增加黑色素合成相关基因的表达，导致皮肤出现细网状到斑片状的色素沉着。
Wang等研究发现，人羊膜间充质干细胞通过抑制黑色素的形成和促进黑素小体的分解，在体内和体外均有效地减少了中波紫外线或α-MSH诱导的B16F10细胞或人类皮肤替代物中的色素沉着。他们还发现，从人羊膜间充质干细胞外泌体中提取的miR199a和miR-181a-5p通过抑制小眼畸形相关转录因子显著抑制黑色素生成，并通过激活自噬促进黑素小体降解。也有学者研究发现，脐带间充质干细胞外泌体联合微针、激光、等离子可安全有效地治疗黄褐斑，受试者面部黄褐斑及泛黄肤色得到了显著改善，随访未发现明显不良反应。Cho等针对脂肪间充质干细胞外泌体的一项研究证实了脂肪间充质干细胞外泌体在体外的抗色素沉着作用，并对21名女性开展了临床研究，使用Mexameter测量黑色素水平，发现外泌体具备明显的抑制黑色素生成、美白皮肤的效果。
3.4 脱发
脱发是一种常见疾病，且发病率逐年上升，严重影响患者身心健康。脱发的发病机制十分复杂，可能与免疫、遗传、氧化应激、过敏、微生物组、压力等因素有关，是多因素共同作用的结果。目前，治疗脱发的方法上包括口服药物治疗、毛发移植、新兴的激光、微针、富血小板血浆、A型肉毒毒素及其它维生素、生长因子导入等，但存在治疗周期长、难以避免的副作用、患者难以坚持、移植的毛发不易成活、新生的毛发细软易断等问题。干细胞治疗被视为多种难治性疾病可能的治疗手段。有研究表明干细胞及其外泌体可以通过调控多种信号通路如Wnt/β-catenin、 Shh、 Notch和骨形态形成蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)等在增强毛乳头细胞活力、改善毛囊干细胞所处微环境、促进毛囊发育、调节毛囊周期和维持毛囊稳态等方面发挥重要作用。
Rajendran等的研究证明了MSC-Exos能够激活毛乳头细胞并促进毛发生长，在体外实验中，MSC-Exos能够显著提高毛乳头细胞的增殖和迁移能力，同时促使毛乳头细胞分泌更多的血管内皮细胞生长因子和胰岛素样生长因子。在体内实验中，通过皮内注射MSC-Exos可以促进毛囊从休止期向生长期转变。Tang等利用人毛囊器官、体外毛乳头细胞和体内动物模型进行研究表明，ADSC-Exos不仅促进了健康的毛发生长，还抵消了双氢睾酮对毛发生长的抑制作用。此外，他们还发现ADSC-Exos增加了Ser9磷酸化糖原合成酶-3β的水平，并促进了β-catenin的核转位，促进毛发再生。在两项临床案例报道中，使用MSCs治疗脱发均取得了良好疗效。
3.5 瘢痕
瘢痕形成的病理生理机制主要包括胶原过度沉积、成纤维细胞凋亡减少、角质形成细胞功能延迟、血管生成过度、不可控制的炎症反应等。大量研究证明，MSCs既能促进创面愈合，又能减少瘢痕形成。Fang等研究发现，富含特定microRNAs(miR-21、miR-23a、miR-125b和miR-145)的hucMSC-Exos通过抑制转化生长因子-Smad2/β途径减少肌成纤维细胞的生成和瘢痕形成。Li 等在兔模型中发现，移植高表达转化生长因子-β3的骨髓间充质干细胞可显著促进伤口愈合并减少皮肤瘢痕的形成，其中，MSCs旁分泌活动产生多种抗纤维化介质和生长因子，包括HGF、IL-10等，在这一治疗过程中至关重要。此外，高表达miR-21-5p的外泌体被证明可以有效调节成纤维细胞、血管内皮细胞和巨噬细胞，抑制肌成纤维细胞介导的纤维化，从而促进深Ⅱ度烧伤感染小鼠模型的组织再生，抑制瘢痕形成。MSCs及MSC-Exos在抑制瘢痕增生上展现了巨大前景，但还需要进一步的研究来了解其全部潜力。它可能会提供一种替代侵入性治疗的方法，如激光和化学剥脱。随着干细胞治疗技术的不断进步发展，以及将干细胞结合水凝胶、胶原支架、3D打印等方法的应用[40],基于干细胞的联合治疗有望在瘢痕治疗上发挥更大优势，但还需要进一步的研究来挖掘其作用机理及治疗潜力。
4. 临床应用进展及限制
间充质干细胞的临床应用仍受到伦理问题、标准化和规模化生产的技术障碍等问题，目前干细胞治疗药物研发在我国可实行干细胞临床研究项目备案及临床研究新药申请(investigational new drug, IND),据统计受理的项目中以间充质干细胞居多。间充质干细胞外泌体因其不具备完整细胞结构，又具备与来源干细胞相似的功能，且相对干细胞更好保存，有望成为将干细胞技术引入临床应用的一个突破口。
而在医学美容领域，因其给药方式大多为局部皮肤涂抹、皮下注射，全身反应可能性小，因此为其临床应用提供了一个更可能率先实现的领域。但干细胞及其外泌体的生产、鉴定标准仍存在难以统一的技术瓶颈，且干细胞之间仍存在差异，有研究显示，不同种属、不同来源、不同代次、不同培养环境下的干细胞在细胞表型、成脂成骨等分化能力、再生修复功能上存在一定的异质性。并且，目前大多数安全性及有效性的证明大多为细胞、动物实验，与人类器官组织仍有较在差异。可喜的是，目前已有一部分干细胞临床试验得到开展，但仍需注意患者选择标准、细胞来源、剂量和给药技术，以及开展样本量更大、随访时间更长的前瞻性、多中心、随机对照临床研究，以期为干细胞制剂的临床应用提供实践基础。未来仍需开展深入的基础研究以揭示其治疗机制，并进行长期的临床试验随访以考察其远期安全性。
5. 展望
综上，间充质干细胞治疗技术在医学美容中拥有非常广阔的应用前景，但其在体内作用机制极其复杂，在受体细胞中可能触发多种信号通路，具体的作用机制尚不完全清楚，高质量的临床试验相对缺乏。此外，间充质干细胞因其来源、代次不同而具有不同的生物学特性，哪种干细胞为最佳选择还需要进一步的研究和验证。目前，干细胞亚群的研究也正在兴起，有望突破传统“一药治百病”的局限，实现干细胞精准治疗。
同时，越来越多的研究证明了植物外泌体和组织外泌体在抗炎抗氧化、组织修复上有部分干细胞及干细胞外泌体的功能，或许能成为基于干细胞与再生医学的另一种用药选择。未来需要更多的作用机制研究和大规模的临床试验来建立MSCs治疗的生产或应用指南。因此，在MSCs治疗进入临床应用之前，应制定能确保安全性和有效性的标准化临床指南，使MSCs在对人体无害的同时，在医学美容中发挥最大作用。同时，随着3D 培养、3D 打印、类器官、纳米材料、微针、水凝胶等新技术的出现和发展，它们与MSCs的结合将有望更好地促进干细胞与再生医学的进步，提高它们在医学美容中应用的效力。