干细胞外泌体在抗衰老作用中的研究进展
2026-01-27 来源:中国美容医学

作者:罗 清,石罡毓,赵蒙坪,谢广娇等,昆明医科大学第一附属医院烧伤整形颌面外科  


衰老是人类随时间推移不可避免的自然现象,尤其是在面部,皮肤老化的迹象随年龄增长而变得明显,主要包括干燥、苍白、皱纹明显、毛孔粗大、弹性下降等一系列改变。皮肤是人体最大的器官,对人体的保护作用不可替代,其衰老反映在形态学和组织学上的变化。组织学改变主要包括乳头层和真皮层中弹性纤维的聚集以及胶原蛋白的生物合成减少和含量降低。形态学上,衰老的主要特征是皮肤粗糙、皱纹加深、老年斑不规则以及过度角化。衰老的原因可归因于内源性因素(如染色体异常和氧化应激)和外源性因素(如环境影响),其中氧化应激和光老化是重要的影响因素,尤其是阳光中所含的紫外线B(Ultraviolet B,UVB)是导致皮肤老化和皱纹形成的关键因素[1-2] 。目前,整形美容领域常见的面部年轻化的治疗方法主要有两大类:一类是根据皮肤结构变化进行结构重塑;另一类是从细胞与分子水平调控延缓细胞衰老。治疗方式包括内服药物、外用化学制剂包括抗氧化剂、中药制剂等,或以解剖重塑为主的手术、透明质酸(Hyaluronic Acid,HA)填充注射、肉毒杆菌毒素注射等延缓皮肤衰老[3] 。然而,这些方法存在局限性,例如缺乏产品标准化、长期使用的有效性等。仍需进一步研究以探索理想的抗衰疗法。


近年来研究发现,干细胞外泌体在创伤愈合的炎症反应、细胞增殖及组织重塑阶段中发挥重要作用。作为高效的细胞间通讯工具,它们通过释放生物活性分子来调节和影响周围细胞和组织的功能。在细胞组织增殖阶段,外泌体可以促进皮肤细胞的增殖和迁移,从而加速新新生皮肤形成。在创伤愈合和再生医学领域,干细胞外泌体通过促进细胞分化和组织再生显示了其强大的潜力。因此,对干细胞源性外泌体的进一步研究和应用有望为组织工程、再生医美领域提供一种新的治疗策略和手段。


1  皮肤衰老的机制


人体皮肤由富含细胞的表皮、富含细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的真皮和皮下组织组成。真皮层中密集的ECM蛋白网络不仅提供结构支持,还调控细胞增殖和各种信号传递的通路[4] 。


随着时间的推移,稳定的内源性老化和太阳辐射或外部损伤而造成的外在老化都会导致支撑真皮细胞外基质的蛋白聚糖和ECM的结构的完整性显著降低,其主要表现为胶原蛋白的丰度降低和胶原纤维断裂增加。内在老化与光老化不同,前者主要表现为弹性纤维与交联酶含量减少;后者则涉及弹性纤维相关蛋白与促炎蛋白酶增加[5-6] 。胶原纤维的退化会导致皮肤变得脆弱且容易擦伤[7-8] 。氧化应激产生过多的氧自由基可攻击细胞的DNA、蛋白质和脂质,导致细胞功能异常和衰老。随着年龄增长,细胞内染色质的组织结构和功能会发生变化,引起基因表达异常和细胞功能的失调,加速衰老的过程。这些内在老化因素改变了真皮ECM,损害皮肤真皮的结构和机械特性,并加速形成损伤皮肤组织的微环境,造成皮肤变薄[9] 、脉管系统支持受损[10]和伤口愈合不良[11] 。UVB(280~320 nm)是导致皮肤光老化的主要环境因素。UVB通过诱导DNA突变和间接氧化应激导致细胞损伤[12] ,从而加速衰老的过程。因此,ECM和真皮层的成纤维细胞是评价皮肤年轻态的重要指标。


2  干细胞源性外泌体分类


外泌体(Exosomes,Exos)是细胞的内吞-融合-流出过程中直径为40~150 nm 的亚细胞双层膜囊泡,起源于内吞体,腔内含有保护其不被降解的蛋白质和核酸,与细胞质膜融合过程中释放至胞外环境参与细胞间信息交流[13] , Exos通过胞吞、胞吐及膜融合的方式进入细胞,将其活性物质(蛋白、DNA、RNA等)释放至宿主胞质,调控细胞功能;也可结合胞膜受体激活相关信号通路调控细胞功能,实现非细胞化再生医美治疗[14-15] ,因其具有较低的免疫原性而避免了干细胞移植带来的免疫排斥反应和肿瘤发展的风险[ 16] 。


干细胞源性外泌体(Stem cell-Derived Exosome)主要分为脂肪来源干细胞(Adipose Derved Stem Cells,ADSC)、间充质干细胞(Mesenchymal Stromal Cells,MSC)和多能干细胞分泌的外泌体、其他来源的干细胞源性外泌体[17] 。


2.1 间充质干细胞外泌体:间充质干细胞外泌体具有成本低、侵袭性小、分离方便、细胞含量大、基因转染效率高等优点,间充质干细胞存在于多种组织和器官中中,其源性外泌体具有广泛的调节和修复作用。间充质干细胞源性外泌体可通过调节免疫反应、促进血管生成、抑制细胞凋亡等机制来实现组织修复和再生[18] 其旁分泌产生的Exos在医疗美容领域备受关注,经局部微针应用已被证明可以改善其质量[19] 。


2.2 脂肪干细胞外泌体:人脂肪干细胞外泌体(ADSC-Exos)已被用于观察UVB诱导的成纤维细胞的光损伤和修复[20] 。因脂肪组织来源广泛、获取简单以及细胞提取快速方便,ADSCs是外泌体重要的来源之一。ADSC-Exos的应用非常广泛,有研究发现ADSC-Exos的分泌作用可对毛囊细胞及其周围组织的修复具有积极影响,其表面本身携带的疏水性Wnt蛋白也可以诱导β-catenin的活化,参与调节毛发形态发生和再生的关键信号通路[21] 对细胞产生的此类生物学功能变化无疑表明了ADSC-Exos对毛发再生具有促进作用,可以作为无细胞治疗毛发再生的有效候选药物,并可能成为ADSCs细胞制剂的合适替代品[22] 。有研究表明ADSC-exos有助于瘢痕的治疗,增生性瘢痕纤维组织与ADSCs共培养后,ADSCs培养液能够下调ECM相关基因和蛋白质的表达,来抑制细胞的增殖。笔者实验室也做过毛囊干细胞或脂肪干细胞联合瘢痕成纤维细胞培养试验,检测相关细胞因子其中包括胰岛素样生长因子(Insulin Like Growth Factor,IGF)、转化生长因子(Transforming Growth Factor,TGF),观察到联合培养可以通过降低成纤维细胞分泌的细胞因子IGF-1、TGF-β抑制瘢痕的增生。


2.3 其他干细胞来源的外泌体:除上述类型外,其他干细胞类型如骨髓(BMSC)、脐带(uMSC)、牙髓干细胞,以及外周血中的神经干细胞和造血干细胞[23] ,也能产生外泌体。这些外泌体在组织工程、再生医学和临床治疗等领域具有重要潜力,可用于修复或替换受损组织。近年来,这些干细胞来源的外泌体因其独特的功能和广泛的应用范围而受到广泛研究和探索。深入了解这些外泌体的特性和潜在应用,将有助于全面理解它们在不同领域中的作用和应用前景。


3  干细胞外泌体抗衰的机制及研究进展


干细胞外泌体主要参与多种再生途径、平衡氧化应激、减少细胞外基质(ECM)降解、细胞活性与炎症途径的调节[24] ,促进抗氧化反应、维护细胞结构与功能来防止衰老。外泌体对成纤维细胞衰老的影响比其他成分更加显著。外泌体在缓解皮肤衰老方面已被反复提及,其内含的生物活性分子可以抑制炎症介质的产生和炎症细胞的活化,同时促进组织再生和调节皮肤微环境。在皮肤再生过程中,外泌体通过转运生长因子、细胞因子和其他生物活性分子,促进细胞增殖、血管新生和组织修复[4] 。人类诱导多能干细胞(Induced Pluripotent Stem Cells,iPSCs)产生的外泌体能够抑制人类成纤维细胞(HDFs)的衰老。


3.1 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)通过促进细胞增殖、血管生成、减少炎症反应和抵抗氧化应激,有助于伤口修复。MSC-exos的不同来源可能通过各种潜在机制促进这一过程。如MSC-exos能显著抑制UVB辐射诱导的活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的产生[25] 。ROS是细胞代谢的副产物,包括过氧化氢、超氧阴离子和羟基自由基等。低浓度的ROS参与细胞增殖、分化和信号转导等对生物体有益的过程,但高浓度的ROS会对DNA、蛋白质和脂质造成氧化应激损伤。MSC-exos能增加真皮成纤维细胞的增殖,保护细胞免受UVB诱导的细胞死亡和细胞周期停滞,并显著降低衰老细胞的百分比[26] 。

此外,MSC-exos能促进人类真皮成纤维细胞(Human Dermal Fibroblast,HDF)的迁移,增加Ⅰ型胶原的mRNA和弹性蛋白的表达,同时减少Ⅲ型胶原蛋白、MMP-1和MMP-3的mRNA表达[27] 。有试验将外泌体与成纤维细胞一起培养,与未处理的外泌体条件相比,泌体处理的成纤维细胞增殖活性明显增强。实验组还观察到COL1和COL3 mRNA表达以及基质沉积的上调,而这些成分在皮肤年轻化中起着关键作用。进一步研究显示,干细胞外泌体可抑制成纤维细胞内ROS的产生[28] ,同时增加成纤维细胞的增殖。Wu P[29] 研究证明MSC-exos一方面通过传递天然蛋白14-3-3ζ抑制紫外线辐射模型中p-p65、增殖细胞核抗原(PCNA)及DNA损伤标志物在紫外线辐射诱导的皮肤模型中的表达。另一方面外泌体14-3-3ζ还能上调SIRT1表达和激活自噬来保护皮肤角质形成细胞免受氧化应激。


3.2 骨髓间充质干细胞外泌体:骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,BM-MSCs)是再生医学中具有巨大治疗潜力的成体干细胞。其分泌的外泌体已成为其旁分泌信号转导机制的关键组成部分。研究表明,BMSC-exos可剂量依赖性地减轻紫外线诱导的氧化应激和炎症反应,并提高人真皮成纤维细胞(HDF)的细胞活力。BMSC-exos通过抑制MAPK/AP-1通路,减少MMP-1和MMP-3的表达,并促进COL-1的表达[30] ,展现了治疗潜力。miR-29b-3p被发现可以逆转UVB引起的HDF迁移抑制、增加氧化应激和促进细胞凋亡。此外,该miRNA可能通过靶向MMP-2,阻止COL-1的降解来延缓皮肤老化。


3.3 脂肪干细胞外泌体:ADSC-exos在光老化治疗中起到关键作用,主要通过增加真皮厚度、促进血管生成,减少局部组织水分[31] 。动物实验表明,将人源ADSC外泌体单次注射于光老化大鼠皮肤后,可显著降低表皮厚度、增加真皮厚度并改善角质层比例,从而减轻光损伤。因而ADSC衍生的外泌体可能是光老化皮肤治疗的潜在药物[1] 。而ADSCExos可以缓解人真皮成纤维细胞(HDF)的衰老并刺激HDF迁移[32-33] ,有许多研究表明ADSC-Exos提高了HDFs中I型胶原的表达水平,降低了活性氧(ROS)和衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)活性[34] 。ADSC-Exos还能抑制紫外线辐射和氧化应激激活的MMP-1影响ECM分解代谢[35] ,这导致胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸的水平增加[36] ,进而缓解衰老。

在皮肤色素调控方面,临床研究显示含ADSC-exos的化妆品可显著降低黑色素含量,其机制可能与外泌体诱导神经酰胺合成、进而抑制黑色素生成有关[37] 。此外,研究发现即使在没有UV-B照射的情况下,角质形成细胞释放的外泌体也能影响黑色素生成,表明其在色素沉着调控中具有意义[38] 。神经酰胺在维护皮肤角质层水合度和保护皮肤屏障中发挥着重要作用。皮下注射ADSCs-Exos能够促进神经酰胺的合成,改善皮肤干燥与皲裂[24] 。有实验证明,一年内单次皮内注射培养的ADSC-Exos,可通过激活成肌细胞使老化的面部皮肤恢复活力。患者甚至展现出明显的双眼皮和毛孔收缩效果[39] 。提示干细胞外泌体在面部的抗衰甚至是除皱中有着巨大的潜力。


3.4 外泌体联合治疗:ADSC-exos皮下注射通过增强角质层的水合作用和降低多种炎症细胞因子(包括IL-4、IL-5、IL-13、IL-17、IFN-γ、TNF-α及TSLP)的水平,能有效抑制炎症反应并促进皮肤屏障的修复。多项临床研究表明,将外泌体与微针联合应用可显著减少皮肤皱纹、提升皮肤弹性、增强水合作用、减轻色素沉着,并改善毛孔大小和色素问题[24] ,毛孔改善可能与调节皮脂分泌和皮脂腺活动有关。Pomatto M等[40] 研究比较了BMSC-exos和ADSC-exos在糖尿病溃疡伤口愈合中的差异治疗效果,发现BMSC-exos主要影响细胞增殖,而ADSC-exos主要参与血管生成过程。

外泌体作为一种新型无细胞治疗工具,在抗衰老和皮肤美容方面展现出广泛的应用潜力,能通过调节皮肤色素、促进皮肤细胞再生和修复、改善皮肤质地和弹性及减少色斑的形成。


4  小结和展望


迄今为止,干细胞外泌体的功能与机制尚未完全阐明。很多研究认为,外泌体既能参与疾病的病理过程,又同时在正常的生理过程中发挥着重要作用[41-42] 。细胞衰老是一种应对多种应激的防御机制,旨在防止受损细胞的异常增殖,这一现象在体内外均可观察到。尤其在发育、癌症、纤维化和伤口愈合等生物学和病理学过程中,衰老细胞的数量明显增加[43] 。值得注意的是,年轻细胞释放的外泌体可延缓衰老,而衰老细胞产生外泌体以诱导年轻细胞衰老。这种矛盾反映了组织保持相对稳态的复杂机制,其优势取决于每个组织中衰老细胞与年轻细胞的比例,依赖于其外泌体的成分差异。不同组织细胞分泌的外泌体虽结构相似,但由于携带不同的表面蛋白和信号,显示出独特的生物特性。


外泌体的功能与其来源细胞密切相关[44] 。如脂肪干细胞具有很强的迁移能力,可以迅速募集到受伤部位,从而分化为真皮成纤维细胞(HDF)、内皮细胞和角质形成细胞。而间充质干细胞会诱使皮肤细胞迁移、血管生成、再上皮化以及肉芽组织形成,从而加速伤口闭合。此外,间充质干细胞与脂肪干细胞可均能分泌ECM蛋白,参与皮肤结构与功能维持,并与皮肤细胞相互作用,共同调控皮肤稳态与修复[45] 。


无瘢痕愈合是美容皮肤病学伤口愈合的最终目标,研究表明,外泌体在皮肤再生和修复方面具有广阔的应用前景[46-47] 。干细胞来源的外泌体在促进创面愈合和减少瘢痕形成中具有一定的积极作用[48] ,在伤口的早期愈合过程中采取干预措施,防止肌成纤维细胞过度聚集,可能是治疗瘢痕的有效方法之一。


综上所述,干细胞在外泌体皮肤美容领域具有较好的治疗效果以及应用前景。然而,其应用面临多个挑战,如常用干细胞的提取、制备和使用等方面缺乏标准化指南来规范;外泌体来源的多样性给质量控制也带来挑战;又因外泌体的稳定性较差,所以难以储存。细胞的状态不同也会导致其内容物差别过大,难以把控;而外泌体的富集也有待优化等。目前,关于外泌体在抗衰老治疗中的基础和临床治疗研究较少,需要进行更多长期、大样本的体内外研究,以深入了解外泌体的作用机制和潜在的临床应用。进一步的研究正在探索这些干细胞来源外泌体的具体分子机制和潜在的临床应用。这包括探索其对目标细胞行为的影响、含有的生物活性分子(如蛋白质、核酸和脂质)的作用,以及如何利用这些知识设计新的治疗方案。随着研究的深入,预计将进一步揭示外泌体的特性及其在治疗多种疾病中的应用潜力,为非细胞化的再生医学和医疗美容治疗提供新的工具,开拓新的治疗途径和应用前景。


参考文献略。


来源:罗清,石罡毓,赵蒙坪,等.干细胞外泌体在抗衰老作用中的研究进展[J].中国美容医学,2026,35(01):182-186.、

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