概述：外泌體攜帶蛋白質、代謝物、核酸和脂質，這些物質來自它們的母細胞。它們通過外泌作用從細胞中產生，被目標細胞攝取，并能在本地或遠處的細胞之間傳遞生物信號。因此，外泌體經常會在病理過程中發生改變，包括感染、癌癥、心血管疾病以及肥胖和糖尿病等代謝紊亂，所有這些病理過程都涉及重要的炎癥方面。

干細胞外泌體免疫調節機制在治療糖尿病中的作用：你知道多少？

近日，國際期刊《Frontiers in?Immunology》雜志發表了一篇“外泌體對糖尿病的免疫調節作用：糖尿病治療中一種新穎且有吸引力的治療工具”的文獻綜述，綜述表明我們將討論源自中性粒細胞、T淋巴細胞和巨噬細胞的免疫細胞外泌體如何影響糖尿病的免疫重編程和相關并發癥。此外，我們還綜述了源自干細胞的外泌體及其在糖尿病中的免疫調節特性和抗炎作用。

此外，作為對以往綜述的重要補充，我們介紹了涉及工程外泌體的前景廣闊的研究方向，以及目前在糖尿病治療中臨床應用所面臨的挑戰。對外泌體的進一步研究將探索其在轉化醫學中的潛力，并為開發有效的臨床診斷和糖尿病免疫調節治療策略提供新的途徑。

簡介

糖尿病是一組以長期高血糖為特征的代謝紊亂疾病，是一個影響全球超過4億人的全球健康問題。預計到2045年，這一數字將激增至約7億。

這種疾病的發生要么是由于胰腺產生的胰島素不足，要么是身體無法有效利用所產生的胰島素。

最常見的癥狀包括體重減輕、煩渴、多尿和持續饑餓。如果管理不當，糖尿病會導致嚴重的并發癥，如腎衰竭、傷口不愈、視力喪失、心臟病、神經損傷，甚至增加患癌癥的風險。

糖尿病主要分為三種類型：1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）和妊娠期糖尿病。T1DM和T2DM分別占全球糖尿病病例的7-12%和85-90%。全球糖尿病病例的迅速增加凸顯了該疾病作為公共衛生問題的重要性。

除了使用胰島素和口服抗糖尿病藥物的傳統治療之外，臨床醫生還嘗試通過使用涉及胚胎干細胞（ESC）、誘導多能干細胞（iPSC）和成體間充質干細胞（MSC）的細胞療法來加強患者護理。然而，全細胞治療中存在一些意想不到的安全問題，例如免疫排斥、遺傳或疾病轉移以及異位細胞分化。最近，據報道外泌體在多種疾病中發揮作用，并被證明是各種發病機制的關鍵介質。與基于細胞的療法相比，外泌體含有大量的生物活性分子，包括蛋白質和核酸。它們表現出高生物相容性和低免疫原性，并且由于其納米級尺寸而能夠循環到遠處并自由穿過血腦屏障。

最近的研究表明，外泌體在糖尿病及其并發癥的發生、發展和治療中發揮著重要作用。然而，從免疫和炎癥的角度，關于不同細胞來源的外泌體對糖尿病及其并發癥的治療和機制的總結還很少。這篇綜述總結了外泌體和免疫調節/炎癥在糖尿病中的作用的最新進展。

外泌體的描述

外泌體是細胞分泌的小型膜結合囊泡，直徑通常在30至200納米之間。它們在細胞間傳遞信息、調節細胞功能、參與疾病的發生和發展等方面發揮著重要作用。

外泌體的生物發生涉及三個過程：產生、釋放和攝取。

在細胞內，負責膜合成的膜蛋白和脂質分子被合成并包裝到內質網囊泡中。隨后，這些囊泡融合成多囊泡。多囊泡中的囊泡可以進一步融合形成外泌體。外泌體的釋放主要是通過多囊泡與細胞膜的融合來完成。當多囊泡與細胞膜融合時，內部囊泡被釋放到細胞外形成外泌體。外泌體通過膜融合和內吞作用被靶細胞攝取，然后將其貨物釋放到細胞質中發揮作用。因此，外泌體可以遠距離操縱受體細胞和其他器官。

先前的研究表明，外泌體作為細胞間連接，將蛋白質、脂質和核酸轉運至靶細胞。它們參與多種生物過程，包括核酸調節、抗原呈遞、代謝物運輸和炎癥管理。此外，它們具有作為各種疾病的診斷和治療工具的潛力。值得注意的是，小非編碼RNA (ncRNA) 長度約為19至24nt，是核酸的一個子集，由于其調節功能而在科學界引起了相當大的興趣。

在這篇綜述中，我們總結了源自免疫細胞和非免疫細胞（如干細胞）的外泌體參與糖尿病及其并發癥的發生和干預機制，其中許多涉及ncRNA（表1），基于最近的報道。因此，通過外泌體遞送多種ncRNA可能具有廣泛的應用前景。

免疫細胞衍生的外泌體與糖尿病

1996年，拉波索等人據報道，B淋巴細胞分泌抗原呈遞囊泡。此后，越來越多的研究發現，免疫細胞分泌的外泌體與免疫系統中的細胞相互作用，調節免疫反應。因此，這些膜囊泡正在被探索作為潛在的免疫治療試劑。免疫細胞來源的外泌體可以通過多種機制激活免疫系統。

• 首先，它們可以通過表面的抗原呈遞直接激活樹突狀細胞和T細胞等免疫細胞。
• 其次，它們可以通過釋放細胞因子和化學介質等免疫刺激分子來間接激活免疫細胞。
• 此外，具有免疫原性的外泌體還可能通過轉移miRNA、mRNA等免疫相關核酸分子來調節免疫細胞的功能。

先前的研究表明，免疫源性外泌體在糖尿病的發生和進展中發揮了作用，使其成為該疾病的關鍵調節因子。

中性粒細胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

多形核中性粒細胞 (PMN) 占人類所有白細胞的40-70%，是最常見的粒細胞類型。中性粒細胞是宿主抵御入侵病原體的第一道防線，具有吞噬病原體的天然能力。因此，中性粒細胞作為重要的免疫和分泌細胞，在炎癥和感染過程中發揮著至關重要的作用。

在最近的一項研究中，研究人員將血管內皮生長因子 (VEGF) 封裝的活化中性粒細胞外泌體模擬物 (aPMNEM) 加載到細胞外基質 (ECM) 水凝膠中，開發出用于治療慢性糖尿病傷口的VEGF-aPMNEM-ECM混合水凝膠。與直接使用外泌體或使用源自其他細胞的外泌體相比，這種基于aPMNEM-ECM的生物材料具有以下優點:

• 對于傷口感染治療，aPMNEM可以通過殺菌相關蛋白發揮抗菌作用
• 作為載體，aPMNEM可以傳遞細胞因子，并保護它們不被降解
• 作為一種熱敏材料，ECM可以在體內充當原位凝膠并增加aPMNEM的停留時間。

該研究不僅為慢性糖尿病傷口的再生提供了一種功能性生物材料，而且還為細胞因子治療創造了一個有前景的平臺，通過在aPMNEM-ECM中加載各種可用的細胞因子，該平臺有可能用于治療不同的疾病。

T淋巴細胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，其特征是免疫細胞浸潤胰島并選擇性消除分泌胰島素的β細胞。Regazzi的團隊報告說，相對于小鼠胰島，miR-142-3p、miR-142-5p和miR-155在8周NOD小鼠的T淋巴細胞中特別富集。在1型糖尿病中，T淋巴細胞-EXO攜帶特定的microRNA，可誘導受體胰腺β細胞趨化因子表達和凋亡。β細胞中miR-142-3p/-5p和miR-155的失活導致胰島素水平升高、胰島素炎評分降低、炎癥減少，并為NOD小鼠提供預防糖尿病發展的保護。

巨噬細胞來源的外泌體在糖尿病中的作用

巨噬細胞衍生的外泌體已被證明在免疫調節、組織修復和細胞間通訊方面具有多種功能。

根據功能特征，巨噬細胞分為兩個亞群：1型巨噬細胞（M1促炎癥）和2型巨噬細胞（M2抗炎癥）。M1巨噬細胞在炎癥早期發揮作用，與組織損傷和促炎活性有關，而M2巨噬細胞釋放抑制炎癥并具有抗炎作用的細胞因子。最近的研究表明，巨噬細胞-EXO有助于糖尿病的進展（圖1）。

糖尿病環境誘導巨噬細胞進行M1極化，M1巨噬細胞分泌的外泌體含有異常ncRNA，可促進糖尿病和相關并發癥。轉換M1/M2巨噬細胞極化的比率被認為是一種治療應用，它可以通過各種機制加速糖尿病的恢復。

干細胞來源的外泌體及其對糖尿病免疫/炎癥的影響

近年來，基于外泌體的治療因其相對較高的安全性、生物相容性和低免疫原性而受到越來越多的關注。本部分綜述了不同種類干細胞的外泌體及其對糖尿病炎癥/免疫調節作用的主要機制（圖2）。

CBSC，臍帶血干細胞；EPC，內皮祖細胞；ADSC，脂肪干細胞；UCSC，臍帶間充質干細胞；BMSC，骨髓來源的間充質干細胞。

臍帶血干細胞：臍帶血干細胞是多能干細胞，表現出以胚胎和造血標記為特征的獨特表型，將其與其他已知的干細胞類型區分開來。表型表征表明 CBSC表現出胚胎細胞標記。此外，CBSC表現出最小的免疫原性，其主要組織相容性復合體 (MHC) 抗原的低表達以及它們無法刺激同種異體淋巴細胞的增殖就證明了這一點。

機制研究表明，CBSC源性外泌體（CBSC-EXO）的分泌使人血液單核細胞/巨噬細胞極化為M2巨噬細胞，從而從根本上糾正自身免疫并通過各種分子和細胞機制誘導免疫耐受。

間充質干細胞：間充質干細胞具有多種生物學特性，如免疫調節、抗炎特性和促進血管生成等，使其廣泛應用于臨床治療和再生醫學。MSC-EXO已被證明在治療糖尿病和相關并發癥方面與MSC具有相似的效果，但在某些情況下，它們發揮不同的生物學特性。

脂肪干細胞：脂肪細胞來源的干細胞作為組織再生的有效治療工具已引起人們的關注。ADSC衍生的外泌體（ADSC-EXO）可以通過調節免疫細胞改善炎癥，從而促進糖尿病及其相關并發癥的治療。

臍帶間充質干細胞：人臍帶組織（沃頓膠）是間充質干細胞的有效且豐富的來源。UCSC衍生的外泌體（UCSC-EXO）在糖尿病治療中顯示出有希望的結果，并可能成為治療糖尿病及其并發癥的成功策略。注射UCSC-EXO顯著改善T2DM大鼠的高血糖。此外，UCSC-EXO還有助于治療其他糖尿病并發癥，如糖尿病腎病、視網膜病變和傷口潰瘍。

骨髓間充質干細胞：骨髓間充質干細胞是具有自我更新、多向分化和多效旁分泌功能的多譜系祖細胞。研究表明，純化的BMSC衍生的外泌體 (BMSC-EXO) 在受損組織修復方面比BMSC本身具有更具體的獨特益處，包括卓越的穩定性、組織通透性、優異的生物相容性和免疫調節特性。

外泌體作為糖尿病的創新治療工具：現狀和有希望的方向

有希望的方向

外泌體表現出高生物相容性和低免疫原性，這使得它們在遞送核酸序列和化療藥物方面具有巨大潛力。但研究表明，大多數外泌體在體內的自然半衰期較短（<6h），且天然外泌體的含量受到分泌細胞的限制，導致負載藥物時的治療效果有限分子。

迄今為止，越來越多的研究表明，在某些應激或改變的條件下，與基礎條件相比，干細胞可以產生更多的外泌體或具有不同組成的外泌體。與此同時，許多研究證明了修飾或預處理的干細胞源性外泌體對預防糖尿病合并癥或微血管并發癥的有益作用。這些好處主要源于以下三個方面（表2）：

1. 與野生型外泌體相比，來自轉基因干細胞的外泌體對糖尿病傷口愈合具有增強的作用； 
2. 通過在培養基中添加特定藥物，細胞可能會分泌更有效靶向血管生成、抗炎、促進增殖和遷移、抑制細胞凋亡的外泌體； 
3. 在某些應激條件下，例如缺氧，細胞可能會分泌外泌體，這些外泌體在促進成纖維細胞增殖和遷移以及增強慢性傷口的上皮再生方面表現更好。

所有上述都證明，在將間充質干細胞治療糖尿病之前，用各種試劑/應激對糖尿病間充質干細胞進行預處理或預處理可用于優化/改善細胞功能。

除了對產生外泌體的供體細胞進行修飾外，直接修飾純化的天然外泌體可以高效、快速地獲得大量工程化外泌體，并減少細胞培養過程中的不確定性，這對于工程化外泌體的大規模生產具有重要意義。因此，未來的研究將更多地集中于這些方法在糖尿病及其相關并發癥的治療中的應用。

最后，近年來，由于具有高生物相容性和可修改性，負載外泌體和其他納米顆粒的復合水凝膠在治療慢性糖尿病傷口方面受到越來越多的關注。與傳統的干細胞療法在糖尿病潰瘍中被證明存活時間短、穩定性差、免疫排斥風險高相比，負載外泌體的復合水凝膠已被證明在血管生成、抗腫瘤、抗腫瘤等方面具有優越的功能。-抗炎、抗菌和抗氧化特性（表3）。

由于不同的藥劑對于傷口愈合具有不同的適用性、優點和缺點，因此可以將各種治療劑摻入多功能水凝膠內以創建出色的藥物遞送系統。因此，負載外泌體的“一體化”復合水凝膠可以在糖尿病傷口愈合中實現受控藥物遞送，從而有利于更好的藥物應用。

目前臨床應用面臨的挑戰

到目前為止，外泌體的臨床轉化主要面臨三個挑戰。

首先，盡量減少人與動物生理結構差異造成的治療效果差異。源自各種干細胞來源的外泌體已被用于動物模型的傷口愈合治療，包括小鼠、大鼠、兔子，始終表現出積極的效果，例如改善傷口閉合、縮短愈合時間、增強傷口愈合能力。血管生成，減少疤痕形成。然而，由于皮膚結構和生理學的顯著差異，這些臨床前研究的結果并不一定適用于人類皮膚，而豬皮是最接近人類皮膚的類似物。

• 根據Sullivan及其同事的研究，豬模型與人類研究的一致性為78%。這一結果超過了其他小型哺乳動物和體外模型，其一致性僅為53%和57%。因此，利用豬模型驗證外泌體對傷口愈合的生物學效應至關重要。

其次，工程細胞外囊泡的臨床轉化刻不容緩。到目前為止，這些外泌體的臨床應用僅限于少數探索干細胞來源的外泌體對糖尿病及其并發癥（例如傷口愈合）的治療效果的臨床試驗。

根據ClinicalTrials.gov的數據，迄今為止，三項已完成的臨床試驗已利用源自血漿（NCT02565264）、脂肪組織（NCT05475418）和間充質干細胞（NCT05813379）的外泌體進行傷口愈合。另一項（NCT04134676）探索了干細胞條件培養基治療慢性潰瘍傷口的用途。除了傷口治療之外，很少有臨床試驗研究外泌體在其他糖尿病疾病中的應用[只有一項用于1型糖尿病 (NCT02138331)]。

第三，“良好生產規范”（GMP）級外泌體的放大生產是外泌體臨床使用中最困難的部分。外泌體進一步臨床應用的挑戰包括質量控制，例如外泌體的細胞培養系統、純化、表征/理化和生物學特性，以及建立效力測定的“金標準”。因此，符合GMP的外泌體制造規模化技術的進步將在不久的將來增強這些實體在糖尿病和相關并發癥方面的臨床應用。

結束語和未來展望

作為新型無細胞療法的有前途的候選者，外泌體可廣泛用作干細胞的替代品，用于管理各種免疫相關疾病或炎癥反應，以維持組織穩態和損傷后組織再生的微環境。

在這篇綜述文章中，我們描述了源自中性粒細胞、T淋巴細胞和巨噬細胞的免疫細胞衍生的外泌體如何對糖尿病及相關并發癥產生影響。我們還討論了干細胞來源的外泌體及其在糖尿病并發癥進展中的免疫調節和炎癥中的作用。此外，還回顧了涉及工程外泌體的有前途的方向以及當前臨床應用的挑戰。工程化外泌體的增強特性已在實驗室得到驗證，證明其具有巨大的臨床應用前景。然而，由于缺乏擴大生產的臨床試驗和質量控制，商業外泌體產品距離上市還有很長的路要走。

盡管如此，我們仍然相信這些創新方法面臨的障礙將被克服，并且它們確實會影響糖尿病的治療。

參考資料：Li N, Hu L, Li J, Ye Y, Bao Z, Xu Z, Chen D, Tang J and Gu Y (2024) The Immunomodulatory effect of exosomes in diabetes: a novel and attractive therapeutic tool in diabetes therapy. Front. Immunol. 15:1357378. doi: 10.3389/fimmu.2024.1357378

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