外泌体是近几年生物领域炙手可热的热点研究方向之一，去年，一项发表在《Science》（IF=41.047）的来自美国德州大学MD安德森癌症中心的一篇外泌体研究的综述文章，系统回顾了外泌体的功能和生物医学应用。
细胞外囊泡（EVs）是广泛存在的细胞外膜泡结构，从原核生物到真核生物都有，细胞外囊泡可分为Ectosomes和Exosomes。Exosomes即外泌体，直径在40~160nm，平均100nm，主要来源于细胞的内涵体。
外泌体已知的形成过程可概括如下：细胞质膜内陷，将一些细胞外成分和细胞膜蛋白包裹在一起，形成早期内涵体（ESEs），这些ESEs可以与其他细胞器发生物质交换，或者不同ESEs之间融合形成晚期内涵体（LSEs），进一步形成细胞内多膜体（MVBs），其中会包含许多腔内囊泡（ILVs），这些囊泡将来就可能会被释放成为外泌体。
2013年诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国科学家罗思曼、谢克曼以及德国科学家祖德霍夫，以表彰他们发现细胞的囊泡运输调控机制。美国抗衰老医学研究会主席Klatz博士称：“外泌体是干细胞技术的下一个发展方向”。
那么，人们面临衰老时，干细胞外泌体正在发挥着怎么样的作用？科学家们又是如何利用干细胞外泌体来对抗衰老？
衰老是一种病吗？
在了解如何利用干细胞外泌体来对付衰老之前，我们要先看看什么是衰老？衰老是不是一种病？
我们曾经认为，衰老是一个自然过程。随着年龄的增长，人体会发出相应的信号：皱纹、行动迟缓、免疫力下降以及一系列与衰老相关的疾病，如：血糖、血压的升高，各器官功能衰弱，老年痴呆症和白内障等。
其实，衰老是各类疾病和病理变化的综合表征。而当我们看到衰老的表象时，我们的细胞可能早就开始衰老了。衰老是身体机能以及生理功能逐渐衰退和丧失的过程，最终导致生命的终结。神经系统在机体衰老过程中发挥非常重要的作用。
研究表明，神经干细胞与衰老密切相关。成体神经干细胞/祖细胞（NSCs）存在于一些脑区域介导局部神经发生以及一部分脑功能。关于成体神经发生的研究主要集中在脑中的海马和脑室侧脑室，这些区域的神经发生的减少通常伴随着老龄化相关疾病的出现。
年龄科学家认为，衰老是一种退行性疾病，这种病无法治愈但却能够人为地减缓。
细胞衰老主要受p53–p21和p16–pRB肿瘤抑制途径控制。衰老诱导信号，包括DNA损伤、致癌应激和氧化应激，通常与p53和pRB通路有关。衰老可能通过分泌多种因子促进周围组织的癌变，这些因子改变微环境以促进邻近肿瘤细胞的生长。
另一方面，新的证据表明，细胞衰老也是肿瘤进展的障碍，因为衰老抑制癌细胞的异常细胞增殖，降低细胞的运动性，并阻止人类细胞的癌变。因此，衰老被认为是肿瘤发生的一把双刃剑。
肿瘤抑制因子调控衰老细胞的分泌活性和外泌体的释放[1]
抗衰黑科技：干细胞外泌体
下丘脑也与衰老密切相关。在2013年，Nature杂志上发表过一篇题为“Hypothalamic Programming of Systemic Aging Involving IKKβ/NF-κB and GnRH”，认为下丘脑具有引起全身衰老的程序性作用。在此之前，单个组织是否主要用于调节衰老进展和控制寿命，并没有太多研究。下丘脑对于小鼠全身衰老的发展至关重要，其机理包括由IκB激酶-β（IKK-β）、核因子κB（NF-κB）和相关小胶质细胞介导的下丘脑免疫神经元免疫间的相互作用。通过阻止衰老相关的下丘脑或脑IKK-β和NF-κB的激活，能够在小鼠中实现延迟衰老进程并延长寿命。IKK-β和NF-κB抑制促性腺激素释放激素（GnRH）使衰老相关的下丘脑GnRH下降，GnRH的治疗可以改善神经发生并减缓衰老。总之，下丘脑通过免疫神经内分泌间的相互作用，在衰老发生中具有程序性作用[2]。
所以，下丘脑是衰老调控中特别重要的一环，但是下丘脑造成衰老的分子细胞机制不是十分清楚。有研究发现成体神经干细胞/祖细胞NSCs存在于下丘脑中，特别是在中底下丘脑区域（MBH）中，其对于全身生理体内平衡的神经内分泌调节至关重要。所以，研究人员需要了解这些下丘脑神经干细胞（htNSCs）是否可能对机体衰老起到调控作用。
图1：经过基因编辑（l图），将表达有Sox2的下丘脑神经干细胞消融掉（m图），发现这些干细胞消失后小鼠寿命显著缩短（n图，红线）
在本研究中，研究团队设计了几种小鼠模型，他们将共表达有Sox2和Bmi1两个基因的下丘脑神经干细胞/祖细胞（htNSCs）消融杀死，他们发现，随着这些下丘脑干细胞的消失，小鼠开始出现衰老症状。每个小鼠模型都表现出来了衰老相关的生理变化或者寿命的缩短。相反，中年小鼠中植入经过改造的健康的下丘脑干细胞/祖细胞后，小鼠的衰老症状延迟并且寿命延长，并且这些经改造后的下丘脑干细胞可以在衰老相关的下丘脑炎症微环境下存活。
图2：植入健康下丘脑干细胞后，小鼠衰老症状得到缓解（c图，红色柱），寿命得到延长（d图，红线）
在机制上，下丘脑干细胞/祖细胞会将外泌体微小RNA（miRNA）分泌到脑脊液中，而这些外泌体miRNA在衰老过程中会下调，而用健康的下丘脑干细胞/祖细胞分泌的外泌体的治疗便能够减慢衰老进程。综上所述，机体衰老的速度基本上是由下丘脑干细胞所控制的，而该过程一部分是下丘脑干细胞通过释放外泌体miRNA的来实现的。
阿尔兹海默病是老年痴呆最常见的类型，是一种严重损害记忆和认知功能的神经系统退行性疾病。多项研究结果表明，间充质干细胞外泌体具有治疗阿尔兹海默病的潜力，主要是因为它能够促进炎症恢复、调节免疫功能、促进神经细胞轴突生长等，这些生物学特性使其能够很好的针对阿尔兹海默病核心病理机制发挥效果[3]。
展望
近年来，利用外泌体作为药物或基因传递的生物载体成为了新的研究热点。这些纳米囊具有良好的宿主生物分布和生物相容性，并且患者自身体液或细胞培养物会产生该物质，可以避免免疫原性的问题。然而，外泌体作为药物抵抗衰老及其相关疾病仍有挑战需要克服，例如这其中的确切的机制尚未清楚。
随着科学技术的不断发展，干细胞外泌体的应用也越来越多，干细胞外泌体抗衰老也取得很大的突破。就在近期，太阳贵宾会3537将推出全新富含活性干细胞因子和外泌体、寡肽、肌肽等营养物质的医用级面膜！
参考文献：
1.Xu and Tahara, 2013, The role of exosomes and microRNAs in senescence and aging.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X12002323#f0010
2. Zhang, G. et al. Hypothalamic programming of systemic ageing involving IKK-β, NF-κB and GnRH. Nature 497, 211–216 (2013).
3. 间充质干细胞外泌体在阿尔兹海默症治疗中的研究进展
https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZXGA201904010.htm
END
