Von mesenchymalen Stamm-/Stromazellen abgeleitete Exosomen Teil 1

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Abstrakt:Exosomen sind Vesikel in Nanogröße, die als Vermittler für die Kommunikation von Zelle zu Zelle dienen. Mit ihren einzigartigen Frachtzusammensetzungen aus Nukleinsäuren, Proteinen und Lipiden, die die Eigenschaften von Erzeugerzellen widerspiegeln, können Exosomen als zellfreie Therapeutika eingesetzt werden. Unter den Exosomen unterschiedlichen zellulären Ursprungs haben mesenchymale Stammzell-Exosomen (MSC-Exosomen) aufgrund ihrer immunmodulatorischen und regenerativen Funktionen große Aufmerksamkeit erlangt. Tatsächlich haben viele Studien entzündungshemmende, alterungshemmende und wundheilende Wirkungen von MSC-Exosomen in verschiedenen In-vitro- und In-vivo-Modellen gezeigt. Darüber hinaus haben jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Exosomenbiologie die Entwicklung spezifischer Richtlinien und Qualitätskontrollmethoden ermöglicht, die letztendlich zur klinischen Anwendung von Exosomen führen werden. Diese Übersicht hebt aktuelle Studien hervor, die das therapeutische Potenzial von MSC-Exosomen und die relevante Wirkungsweise bei Hautkrankheiten sowie Qualitätskontrollmaßnahmen untersuchen, die für die Entwicklung von Exosomen-abgeleiteten Therapeutika erforderlich sind.

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Schlüsselwörter:Antialterung; entzündungshemmend; Haarwuchs; Immunmodulation; mesenchymale Stammzellen (MSCs); MSC-Exosomen; Hautbarriere; Therapeutika; regenerative Ästhetik; Wundheilung

1. Einleitung

Die Entdeckung extrazellulärer Vesikel (EVs) oder Exosomen geht auf die 1940er Jahre zurück, und diese winzigen Vesikel wurden lange Zeit als zelluläre Mülleimer ignoriert [1-3]. Sie begannen erst um die Mitte-2000s nach der Wiederentdeckung von Exosomen als Boten für die Kommunikation von Zelle zu Zelle [1,4-6] große Aufmerksamkeit zu erregen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass wir am Beginn der Ära der Exosomen stehen. In den Jahren 2018 und 2019 gab es jährlich mehr als dreitausend Publikationen zu Elektrofahrzeugen oder Exosomen und verwandten Themen in PubMed[1].cistanche tubulosa-ExtraktDer Wettlauf um die Kommerzialisierung von Exosomen-basierten Therapeutika hat bereits begonnen [7-10]. Die vier führenden Start-up-Unternehmen für Exosomen, Codiak Biosciences, Exosome Diagnostics, Evox Therapeutics und ExoCoBio, haben ungefähr 386,2 Millionen US-Dollar an Investorenfinanzierung erhalten [8]. Darüber hinaus wurden mehrere große Deals zwischen Exosomen-Startups und großen Pharmaunternehmen abgeschlossen [10].

Exosomen sind extrazelluläre Vesikel (EVs) in Nanogröße, die von fast allen eukaryotischen Zellen freigesetzt werden [11]. Im Allgemeinen reicht ihre Größe von 30 nM bis 200 nM. Zwei weitere Subpopulationen von Elektrofahrzeugen sind Mikrovesikel (100-1000 nM) und apoptotische Körper (500-2000 nM)[12-14]. Aus Stammzellen gewonnene Exosomen haben in mehrfacher Hinsicht ein attraktives therapeutisches Potenzial [15]. Es wurde festgestellt, dass die Wirkungsweise (MoA) für therapeutische Wirkungen von Stammzellen hauptsächlich parakrine Wirkungen sind, die durch sezernierte Faktoren aus Stammzellen vermittelt werden [6,16]. Von Teilen des Sekretoms von Stammzellen wurde berichtet, dass Exosomen eine wichtige Rolle bei den parakrinen Effekten spielen [16-18]. Mesenchymale Stamm-/Stromazellen (MSCs) sind die am meisten bevorzugte Quelle für therapeutische Exosomen, da MSCs selbst auf der Grundlage einer großen Menge klinischer Daten aus dem letzten Jahrzehnt sicher zu sein scheinen [15]. Darüber hinaus können von MSC abgeleitete Exosomen (MSC-Exosomen) durch Filtration sterilisiert und als Standardprodukt hergestellt werden, während MSCs selbst dies nicht können. Darüber hinaus gelten MSC-Exosomen als frei von Sicherheitsproblemen im Zusammenhang mit zellbasierten Therapien, wie z. B. tumorigenem Potenzial durch Zellverabreichung [19,20].cistanche tubulosa bewertungenTatsächlich wurden MSC-Exosomen als Alternativen zu MSCs für neue zellfreie therapeutische Strategien bei einer Vielzahl von Krankheitsmodellen eingesetzt, darunter neurologische, kardiovaskuläre, Immun-, Nieren-, Muskel-Skelett-, Leber-, Atemwegs-, Augen- und Hauterkrankungen sowie Krebs [15,17,19,21,22].

2. MSCs als Quellen von Exosomen

MSCs haben sowohl Selbsterneuerungsfähigkeiten (dh sie können selbst mehr MSCs erzeugen) als auch Differenzierungspotenziale (in andere Zelltypen) [23]. MSCs können aus einer Reihe von Geweben und Körperflüssigkeiten gewonnen werden, wie z. B. Fettgewebe, Knochenmark (BM), Zahnpulpa, Synovialflüssigkeit (SF), Fruchtwasser (AF), Plazenta (PL), Nabelschnur (UC), Nabelschnurblut (UCB) und Wharton-Gelee (WJ) [24]. MSCs können auch aus embryonalen Stammzellen (ESCs) oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) gewonnen werden [25-27]. MSCs sind je nach Herkunft in der Lage, sich in verschiedene Zelltypen zu differenzieren, darunter Adipozyten, Chondrozyten, Osteoblasten und Myozyten [28]. Darüber hinaus haben MSCs immunmodulatorische Eigenschaften, um verschiedene Zellen zu regulieren, die an Immunantworten beteiligt sind, wie z. B. dendritische Zellen (DCs), Lymphozyten, Makrophagen, Mastzellen, Neutrophile und natürliche Killerzellen (NK) [24]. Auf dieser Grundlage wurden MSCs in den letzten Jahrzehnten als potente Zelltherapeutika für verschiedene Krankheiten ins Rampenlicht gerückt.

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In den berichteten präklinischen Studien zu MSC-Exosomen wurden MSCs aus verschiedenen Geweben/Zellen in der folgenden Reihenfolge isoliert: BM (51 Prozent), Nabel-/Plazentagewebe (23 Prozent), Fettgewebe (13 Prozent), abgeleitet von ESCs oder iPSCs (8 Prozent) und andere (5 Prozent)[29]. Da die Eigenschaften und Funktionen von MSCs von ihrer Herkunft abhängen, ist es offensichtlich, dass die von MSC-Exosomen je nach Herkunft der MSCs variieren. Vergleichende Studien von MSC-Exosomen nach ihrem Gewebeursprung sind jedoch immer noch begrenzt, und nur wenige Berichte haben verschiedene MSC-Exosomen innerhalb derselben Studie verglichen (Tabelle 1)[30-35]:(1)menschliches Fettgewebe- Abgeleitete MSC(ASC)-Exosomen zeigten eine höhere Aktivität von Neprilysin, einem Amyloid (A)-Peptid abbauenden Enzym im Gehirn, als MSC (BM-MSC)-Exosomen aus menschlichem Knochenmark, was auf die therapeutische Relevanz von ASC-Exosomen bei der Alzheimer-Krankheit hindeutet [30]; (2) humane BM-MSC-EVs und Wharton'sjelly MSC(WJ-MSC)-EVs verringerten die Zellproliferation und induzierten Apoptose, während ASC-EVs die Zellproliferation erhöhten und keine apoptotische Wirkung in U87MG-Glioblastomzellen hatten [31 ]. Die Auswirkungen von MSC-Exosomen auf Krebszellen sind jedoch umstritten [36]. Beispielsweise wurde berichtet, dass ASC-Exosomen sowohl in vitro als auch in vivo eine krebshemmende Wirkung auf Prostatakrebs haben[37]; (3) menschliche Menstruationsflüssigkeit MSC(MSC)-Exosomen und BM-MSC-Exosomen förderten beide das Neuritenwachstum in kortikalen und sensorischen Neuronen, während menschliche Chorion-MSC-Exosomen und UC-MSC-Exosomen dies nicht taten.cistanche UKDies deutet darauf hin, dass eine geeignete Auswahl von MSC-Quellen für die Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen unerlässlich sein könnte [32]; (4) humane iPSC-MSC (MSC)-Exosomen und Synovialmembran-MSC (SM-MSC)-Exosomen, beide abgeschwächte Osteoarthritis (OA) in einem Mausmodell, aber MSC-Exosomen hatten eine überlegene therapeutische Wirkung im Vergleich zu SM-MSC-Exosomen [33];(5) eine Vergleichsstudie

Hunde-MSCs berichteten, dass BM-MSCs eine höhere Menge an Sekretom, einschließlich Exosomen, freisetzten als ASCs [34]; und (6) humane Fruchtwasser-MSCs (AF-MSCs) setzten eine größere Menge an Exosomen frei als BM-MSCs [35]. Es ist jedoch schwierig, die Ergebnisse zwischen den oben genannten Studien direkt zu vergleichen, da sie nicht mit vergleichbaren Verfahren oder Methoden zur Isolierung, Charakterisierung und Wirksamkeitsbewertung von Exosomen durchgeführt wurden. Darüber hinaus bleiben Variationen von verschiedenen Spendern oder Zubereitungsmethoden für MSCs eine herausragende Herausforderung [38,39]. Dennoch wird vermutet, dass MSC-Exosomen je nach Herkunft der MSCs unterschiedliche Eigenschaften und Wirksamkeiten aufweisen könnten. Daher sollten biologische Unterschiede wie der Ursprung von MSCs und die Wirksamkeit ihrer Exosomen für spezifische klinische Anwendungen berücksichtigt werden.

3. Qualitätskontrolle von Elektrofahrzeugen für die Entwicklung von therapeutischen Elektrofahrzeugen

Es ist wichtig, EVs in klinischer Qualität mit einem GMP-konformen Prozess und einer Qualitätskontrolle (QC) für die Entwicklung von EV-basierten Therapeutika herzustellen[40-42]. Geeignete QCs sind auch für reproduzierbare Studien in akademischen Umgebungen von entscheidender Bedeutung. Kürzlich hat die Internationale Gesellschaft für extrazelluläre Vesikel (ISEV) eine Reihe von Minimalinformationen für Studien extrazellulärer Vesikel (MISEV) vorgeschlagen, die als MISEV2018[43-45] abgeschlossen wurden. Das koreanische Ministerium für Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit (MFDS) veröffentlichte die weltweit erste Richtlinie für EV-Therapieprodukte mit dem Titel „Guideline on Quality, Non-clinical, and Clinical Assessment of Extracellular Vesicles Therapy Products“ [46. Wie in Tabelle 2 gezeigt, sind die meisten Kriterien in diesen Leitlinien ähnlich[1] und wurden bereits in GMP-Umgebungen angewendet [42, A7,48]. Zu den routinemäßigen QC-Kriterien gehört die Bestimmung der Menge, Größe, Identität und Reinheit von Elektrofahrzeugen.

Da diese Methoden EVs nicht von Nicht-EV-Partikeln unterscheiden können, wird empfohlen, die Ergebnisse dieser Methoden mit Ergebnissen aus TEM, AFM oder anderen mikroskopischen Beobachtungen zu vergleichen.2 Ein Vergleich mit Ergebnissen aus Quantifizierungsmethoden wie der Proteinquantifizierung wird ebenfalls empfohlen. Abkürzungen: AF4, Mehrwinkel-Lichtstreuung gekoppelt an asymmetrische Strömungsfeldströmungsfraktionierung; AFM, Rasterkraftmikroskopie; DLS, dynamische Lichtstreuung; FCM, Durchflusszytometrie; FCS, Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie; ISEV, Internationale Gesellschaft für extrazelluläre Vesikel; LAL, Limulus-Amöbozytenlysat; MoA, Wirkungsweise; MFDS, Ministerium für Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit; NTA, Nanopartikel-Tracking-Analyse; RPS, resistive Impulserfassung; WB, Western-Blotting.

3.1.EVMenge und Größe

Sowohl die MISEV2018- als auch die MFDS-Richtlinien empfehlen die Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Menge von Elektrofahrzeugen [45,46]. Die Quantifizierung von EVs kann durch Messung der Gesamtmenge an Proteinen, Lipiden oder RNAs erreicht werden, da EVs aus all diesen Molekülen bestehen. Diese Methoden geben jedoch keine Auskunft über die Anzahl der EV-Partikel. Zur Messung der Anzahl und Größe von Partikeln stehen mehrere Methoden zur Verfügung, darunter die Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA), die resistive Pulsmessung (RPS) und die dynamische Lichtstreuung (DLS). Die am weitesten verbreitete Methode ist NTA [42, 47-53]. NTA bestimmt die Anzahl und Größe von Partikeln durch Verfolgung der Brownschen Bewegung einzelner Partikel in einer wässrigen Lösung [54]. NTA leidet jedoch unter einer niedrigen Auflösung von polydispersen Proben und hohen Variationen, wie z. B. Variationen zwischen Geräten, zwischen Assays und intra- und interindividuellen Variationen [55-57]. Darüber hinaus unterscheidet NTA Elektrofahrzeuge nicht von anderen Nanopartikeln wie Proteinaggregaten.cistanche wirkungKürzlich wurden Instrumente für Fluoreszenz-NTA eingeführt, um fluoreszenzmarkierte Elektrofahrzeuge mit spezifischen Antikörpern nachzuweisen [58]. Die Quantifizierung von Elektrofahrzeugen bleibt jedoch äußerst schwierig. Jährlich wurden neue Technologien und Instrumente vorgestellt, insbesondere während der ISEV-Konferenz, wie z. B. Nanodurchflusszytometrie 59,60], direkte stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie [61], ExoCounter mit der Optical-Disc-Technologie [62] und bildgebende Durchflusszytometrie [63] . Obwohl es einige Zeit dauern wird, vollständig GMP-kompatible Instrumente zu entwickeln, wird erwartet, dass die großen Fortschritte bei den Methoden zur Quantifizierung von EVs in naher Zukunft zur Überwindung der derzeitigen Hürden führen werden.

3.2. EV-Identität

Es wurde berichtet, dass eine Vielzahl von Proteinen mit EV assoziiert sind, insbesondere Exosomen, darunter Tetraspanine (CD9, CD63 und CD81), Annexine, Flotillin und ALG -2--interagierendes Protein X (Alix) und das Tumoranfälligkeitsgen 101 (TSG101)-Protein [45,64]. Proteine ​​wie CD9, CD63, CD81, TSG101 und Alix werden als spezifische Marker für Exosomen empfohlen, da bekannt ist, dass sie in Exosomen im Vergleich zu den Ursprungszellen stark angereichert sind [45, 64-66]. Da Alix und TSG101 außerdem an der Bildung von multivesikulären Körperchen (MVBs) beteiligt sind, ist das Vorhandensein dieser Proteine ​​wesentlich, um den endozytischen Ursprung von Exosomen zu unterstützen |43,45,64]. Für die Qualitätskontrolle werden zumindest halbquantitative Methoden empfohlen, um diese Proteine ​​in Exosomen nachzuweisen [46]. Der Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) und die durchflusszytometrische Analyse eignen sich jeweils sowohl für GMP-konforme Einrichtungen als auch für allgemeine akademische Labore. Obwohl Western Blotting in akademischen Labors weit verbreitet ist, ist diese Methode durch das Fehlen einer geeigneten Quantifizierung und Methodenvalidierung begrenzt [67].

3.3.EV-Reinheit

Die Reinheit von Elektrofahrzeugen ist auch ein kritisches Kriterium für die Qualitätskontrolle. Eine einfache Methode zur Überwachung der Reinheit von Elektrofahrzeugen ist die Bestimmung der Partikel-zu-Protein-, Protein-zu-Lipid- oder RNA-zu-Partikel-Verhältnisse [45]. Das Fehlen von intrazellulären Proteinen wie Histonen, Lamin A/C, GRP94 (dh HSP90B1), GM130 (dh GOLGA2) und Cytochrom C (dh CYC1) ist ein weiteres wichtiges Kriterium zur Bestimmung der Reinheit von EVsorexosomen seit diesen Proteine ​​werden in Exosomen aufgrund ihrer strengen zellulären Lokalisierung nicht angereichert [43,45]. Verunreinigungen aus dem Zellkulturprozess, einschließlich Antibiotika und Serum, sollten ebenfalls analysiert werden, um die Entfernung potenziell gefährlicher Substanzen zu überwachen [46]. Jede Charge von Elektrofahrzeugen sollte durch routinemäßige QC qualifiziert werden, bevor sie für therapeutische Zwecke oder funktionelle Assays verwendet werden, sogar in den akademischen Labors, um die Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

3.4. Wirksamkeitstests

Potenzassays sind das wichtigste OC-Kriterium, um die Wirksamkeit von Elektrofahrzeugen in vivo vorherzusagen. Zulassungsbehörden wie die US Food and Drug Administration (FDA) empfehlen die Verwendung geeigneter Potenztests für Zell- und Gentherapieprodukte [68]. Die MISEV2018- und die MFDS-Richtlinien empfehlen auch die Aufnahme von Wirksamkeitstests für EV QC [45,46]. Potenz ist definiert als "die spezifische Fähigkeit oder Fähigkeit des Produkts, ein bestimmtes Ergebnis zu erzielen, wie durch geeignete Labortests oder angemessen kontrollierte klinische Daten, die durch die Verabreichung des Produkts in der beabsichtigten Weise erhalten wurden, angezeigt wird"[68]. Es wurde berichtet, dass viele biologische und biochemische Assays die Wirksamkeit von Elektrofahrzeugen oder Exosomen zeigen [69,70]. Da die Quantifizierung von Elektrofahrzeugen nach wie vor eine Herausforderung darstellt, wäre die Etablierung eines geeigneten Wirksamkeitsassays ein unschätzbares Instrument, um die Konsistenz von Charge zu Charge zu überwachen und die Dosis von Elektrofahrzeugen zu bestimmen [71]. Obwohl ideale Potenzassays das MoA darstellen sollten, ist es schwierig, einen geeigneten Potenzassay mit einzelnen biochemischen oder auf isolierten Zellen basierenden Assays einzurichten, da es schwierig ist, einzelne bioaktive Substanzen in der komplexen Ladung von Elektrofahrzeugen zu identifizieren. Beispielsweise ist es schwierig, die komplexen Immunantworten in vivo mit zellbasierten In-vitro-Assays nachzuahmen [70-73].

4. Entzündungshemmer und Immunmodulation durch MSC-Exosomen

Immunzellen sezernieren lösliche Faktoren wie inflammatorische Zytokine und Mediatoren, die im Falle einer Entzündung beitragen können [74,75]. Insbesondere entzündungsfördernde Zytokine, einschließlich Tumornekrosefaktor (TNF)-x, Interleukin(IL)-6 und IL-1, werden hauptsächlich von aktivierten Makrophagen produziert. Diese Zytokine spielen eine wichtige Rolle bei der Hochregulierung von Entzündungsreaktionen wie der Aktivierung von Makrophagen und der Rekrutierung zusätzlicher Immunzellen [74,75]. Im Gegensatz dazu werden entzündungshemmende Zytokine von regulatorischen T-Zellen (Tregs), Helfer-T(Th)2-Zellen, alternativ aktivierten Makrophagen und Monozyten produziert, die die Entzündungsreaktionen und die Immunität kontrollieren 75,76]. Zu den wichtigsten entzündungshemmenden Zytokinen gehören der lL-1-Rezeptoragonist (lL-1RA), lL-4, IL-10 und der transformierende Wachstumsfaktor (TGF)- [76].Zitrus-BioflavonoideDiese Zytokine hemmen die Th1l-Reaktionen und die Produktion von entzündungsfördernden Zytokinen [76].

Entzündung ist ein Mechanismus der angeborenen Immunität als Reaktion auf schädliche Reize, einschließlich Krankheitserreger, geschädigte Zellen oder Reizstoffe, und manifestiert sich typischerweise als Hitze, Schmerz, Rötung, Schwellung und Funktionsverlust [77]. Unkontrollierte chronische Entzündungsreaktionen sind mit verschiedenen entzündlichen Erkrankungen wie Allergien, Asthma, Autoimmunerkrankungen, entzündlichen Darmerkrankungen (IBD), OA, Atherosklerose und Hepatitis verbunden [77-79]. Darüber hinaus betrachten viele Wissenschaftler Entzündungen heute als Hauptursache der meisten chronischen Krankheiten wie Herzinfarkt, Schlaganfall, Typ-2-Diabetes, Alzheimer und sogar Krebs [80,81]. Daher ist die Regulation von Entzündungen ein wichtiges therapeutisches Ziel zur Behandlung entzündlicher Erkrankungen. Es wurde gezeigt, dass MSCs die Eigenschaft intrinsischer immunsuppressiver Fähigkeiten haben, um Entzündungen und Immunantworten zu lindern [82]. MSC-Exosomen können eine ausgezeichnete Alternative zur MSC-Zelltherapie sein, da MSC-Exosomen ähnliche biologische Funktionen wie die Ursprungszellen besitzen, während sie im Vergleich zu ihren Ursprungszellen stabiler sind und eine geringere Immunogenität aufweisen [83]. Tatsächlich wurde ausführlich über entzündungshemmende und immunmodulatorische Funktionen von MSC-Exosomen berichtet (Tabelle 3) [21, 84-151].

4.1.Makrophagenpolarisation

Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass MSC-Exosomen die Makrophagenpolarisation von M1 zu M2 fördern. M1-Makrophagen sind durch die Expression eines breiten Spektrums proinflammatorischer Zytokine und Chemokine, wie IL-1 , IL-12 und TNF- gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu wird der M2-Makrophagen-Phänotyp durch Th2-Zytokine induziert und führt zur Sekretion von entzündungshemmenden Faktoren wie IL-10 und TGF- und M2-Markern wie IL-1RA, CD163, und CC-Motiv-Chemokin 22 (CCL22)[152]. Es wurde berichtet, dass menschliche BM-MSC-Exosomen und Kieferknochenmark-MSC (JM-MSC)-Exosomen die Wundheilung der Haut fördern [86] und die bronchopulmonale Dysplasie (BPD)[86] verbessern Makrophage M2 Polarisation. Das in Exosomen enthaltene miR-223 linderte Entzündungen und beschleunigte die Wundheilung, indem es die Makrophagen-M2-Polarisation induziert. Die Kokultur mit BM-MSC-Exosomen erhöhte die Expression von miR-223 und verringerte die Expression von PBX/verknotetem Homeobox 1(PKNOX1)-Protein, einem wichtigen Regulator der Makrophagenpolarisation, in Makrophagen, die aus peripheren einkernigen Blutzellen isoliert wurden ( PBMC). Außerdem waren nach Kokultur mit BM-MSC-Exosomen CD206--positive Makrophagen erhöht, und miR-223-Inhibitoren kehrten diese Erhöhung um [85]. In einem Mausmodell mit fettreicher Ernährung (HFD) verstärkte der miR-223-Mangel die Infiltration von M1-Makrophagen und erhöhte die Produktion entzündungsfördernder Zytokine, verringerte jedoch M2--assoziierte Biomarker, einschließlich des Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptors (PPARy) und Arginase 1 (ARG1)[153]. Eine andere Studie zeigte, dass menschliche UC-MSC-Exosomen auch die M2-Makrophagenaktivierung fördern und die Wundheilung der diabetischen Haut regulieren [87]. Im Vergleich zu denen von unkonditionierten UC-MSCs enthielten Exosomen von LPS-vorkonditionierten UC-MSCs einen hohen Anteil an let-7b, verbesserten die Entzündung und förderten die Wundheilung intensiver. UC-MSC-Exosomen verringerten den Toll-like-Rezeptor 4 (TLR4) und die Phospho (p)-p65-Proteine ​​unabhängig von der LPS-Vorkonditionierung. Nach der Behandlung von LPS-vorkonditionierten UC-MSC-Exosomen war ARG1, ein M2-Makrophagenmarker, erhöht und die induzierbare Stickoxidsynthase (iNOS), ein M1-Makrophagenmarker, verringert [88]. Das let-7b zielt auf TLR4 ab, dessen Aktivierung zur Aktivierung des Kernfaktors kB (NF-kB) führt. Außerdem reguliert let-7b die Expression der Cyclooxygenase -2(COX{ {77}}) und Cyclin-D1-Proteine ​​[154]. Es wurde gezeigt, dass UC-MSC-Exosomen Entzündungen unterdrücken und die Wundheilung fördern, indem sie die Sekretion von Zytokinen aus M2-Makrophagen bei Ratten mit schwerer Verbrennungs-induzierter Hautentzündung durch Herunterregulierung der TLR4-, NF-KB- und p-p65-Expression induzieren [89]. In UC-MSC-Exosomen wurde im Vergleich zu humanen dermalen Fibroblasten (HDF)-Exosomen eine höhere miR-181c-Konzentration beobachtet. Das Expressionsniveau von miR-181c war durch Brandverletzungen verringert und nach Behandlung von UC-MSC-Exosomen in der Hautwunde erhöht. Darüber hinaus reduzierte die Behandlung von UC-MSC-Exosomen die Expression von TNF- und IL-1 und erhöhte die Expression von IL-10. Diese Effekte wurden durch Exosomen verstärkt, die von miR{101}}c-überexprimierten UC-MSCs stammen [88]. In einem an Mausastrozyten durchgeführten Experiment wurde das Expressionsniveau von miR-181c durch LPS, einen TLR4-Rezeptorliganden, verringert. Die Überexpression von miR-181c erhöhte die durch LPS induzierte IL-10-Sekretion[155]. In primärer Mikroglia führte Sauerstoff-Glukose-Entzug (OGD) zu einer Hochregulierung von TLR4, während miR-181c diese Hochregulierung umkehrte. Das miR-181c regulierte auch NF-kB und entzündungsfördernde Zytokine wie TNF-, IL-1 und iNOS herunter, die durch OGD induziert wurden[156]. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass menschliche MSC-Exosomen eine Makrophagen-M2-Polarisation induzierten, was durch das erhöhte ARG1/iNOS-Verhältnis bestätigt wurde, was zu einer Linderung der Entzündung in der diabetischen Hautwunde führte [89].

Darüber hinaus spielen Exosomen, die von verschiedenen MSCs stammen, auch eine wichtige Rolle bei der Förderung der Aktivierung von M2-Makrophagen bei anderen entzündlichen Erkrankungen sowie bei Hautwunden. Es wurde festgestellt, dass Maus-BM-MSC-Exosomen Entzündungen bei Atherosklerose über Makrophagen-M2-Polarisation in vivo über den Let-7/high mobility group AT-Hook 2(HMGA2)/NF-kB-Signalweg lindern [90]. Eine Anreicherung der let-7-Familie wurde in BM-MSC-Exosomen gefunden, und die Behandlung von BM-MSC-Exosomen regulierte den let-7-Spiegel in ApoE-/-Mäusen hoch [90]. Zhao et al. enthüllten, dass BM-MSC-Exosomen von Mäusen auch myokardiale Ischämie-Reperfusions(IR)-Schäden abschwächten, indem sie Makrophagen in Richtung M2-Phänotypen (iNOS-CD206 plus ) polarisierten und IL-10 und ARG1 erhöhten, die durch reguliert werden miR-182 zielt auf TLR4[91]. Es wurde berichtet, dass humane BM-MSC-Exosomen die durch Dextran-Natriumsulfat (DSS) induzierte CED bei Mäusen durch die Polarisierung von M2b-Makrophagen in einer von Metallothionein -2 (MT2A) abhängigen Weise reduzieren [92]. Ein anderer Bericht zeigte, dass Maus-ESC-Exosomen die Kardiomyopathie verbesserten, indem sie M2-Makrophagen und IL-10-Freisetzung erhöhten [157]. Außerdem wurde berichtet, dass Ratten-ASC-Exosomen den Myokardinfarkt verbesserten, indem sie die M2-Makrophagenpolarisation förderten, die durch die Erhöhung des Sphingosin-1-phosphat-Rezeptors 1 (S1PR1) reguliert wird[93]. Die Bedeutung der Sphingosin-1--Phosphat (S1P)/Sphingosinkinase 1 (SphK1)/S1PR-Achse wurde weiter bestätigt, indem S1PR1 zum Schweigen gebracht wurde, wodurch die Abnahme der Hypoxie-induzierten Apoptose durch ASC-Exosomen in H9c2-Zellen aufgehoben wurde. In ähnlicher Weise induzierten menschliche ASC-Exosomen M2-Makrophagenmarker in menschlichen PBMCs [94]. Heoet al. zeigten, dass menschliche ASC-Exosomen auch den M2-Makrophagen-Phänotyp induzieren, indem sie den erhöhten Spiegel an Transkriptionsfaktoren (z. B. Signalumwandler und Aktivator der Transkription 6 (STAT6), MAF BZIP-Transkriptionsfaktor B (MafB) usw.) bestätigten, was dazu führte Regulierung immunmodulatorischer und entzündungshemmender Wirkungen wie erhöhte Tregs und entzündungshemmende Zytokine (z. B. IL-10 und TNF- -stimuliertes Gen-6(TSG-6))[94 ]. Maus-ASC-Exosomen induzierten auch die M2-Makrophagenpolarisation und reduzierten die Entzündung des weißen Fettgewebes (WAT) bei fettleibigen Mäusen [96]. Diese Wirkungen sind in ASC-Exosomen von einem Transkriptionsfaktor, STAT3, abhängig. Darüber hinaus induzierten ASC-Exosom-erzogene M2-Makrophagen die Proliferation von ASCs selbst und die Produktion von Laktat aus ASCs, was das WAT-Beinging weiter förderte [95]. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um den detaillierten zugrunde liegenden molekularen Mechanismus für die Regulierung der M2-Makrophagenpolarisation durch MSC-Exosomen zu verstehen.

Dieser Artikel ist extrahiert aus Cells 2020, 9, 1157; doi:10.3390/cells9051157 www.mdpi.com/journal/cells