从“细胞助手”到“肠道卫士”！最新研究：槲皮素预处理外泌体为糖尿病皮肤伤口愈合带来新希望

糖尿病的发病率在全球范围内呈上升趋势，尤其随着老龄化问题加剧，其发病年龄逐渐降低。糖尿病患者长期处于高血糖状态，不仅会扰乱身体内部环境的平衡，还会对各种组织造成慢性损害，引发一系列并发症，其中糖尿病皮肤伤口（DSW）尤为常见且棘手。这些伤口愈合困难，若控制不佳，可能导致肢体坏死，严重影响患者的生活质量，同时也给患者家庭和社会带来沉重的经济负担。目前临床上的常规治疗方法，如血糖控制、伤口换药、高压氧疗等，虽然在一定程度上能够缓解症状，但难以从根本上解决问题，伤口愈合仍然面临巨大挑战。

最近，一项发表于Int J Nanomedicine的研究Pretreatment of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes with Quercetin Enhances the Healing of Diabetic Skin Wounds by Modulating Host-Microbiota Interactions发现，经槲皮素预处理的人脐带间充质干细胞衍生外泌体（MSCs^Qr-exo）在糖尿病皮肤伤口愈合中发挥着重要作用，这一发现为糖尿病患者带来了新的曙光。

1.细胞层面研究

研究人员首先对人脐带间充质干细胞进行培养和鉴定，通过成脂、成骨、成软骨分化诱导实验以及流式细胞术检测表面标志物，证实所培养的细胞具有间充质干细胞的特性。随后，从MSCs和经槲皮素预处理的MSCs（MSCs^Qr）培养上清中分离外泌体，并运用透射电子显微镜、纳米粒子跟踪分析和Westernblot等技术对其进行表征。结果显示，MSCs-exo和MSCs^Qr-exo在形态、粒径分布和蛋白表达方面相似，表明槲皮素预处理并未改变外泌体的基本特征。

图1. MSC及其衍生的外泌体表征

为了探究MSCs^Qr-exo对成纤维细胞的影响，研究人员以高糖诱导的人皮肤成纤维细胞（HSF）为研究对象，模拟糖尿病体外环境。将HSF细胞分为对照组、高糖组（HG）、高糖+槲皮素组（HG+Qr）、高糖+MSCs-exo组（HG+MSCs-exo）和高糖+ MSCs^Qr-exo组（HG+ MSCs^Qr-exo），通过CCK-8实验检测细胞增殖能力，EdU掺入实验评估细胞增殖水平，Transwell实验分析细胞迁移能力。结果表明，与MSCs-exo相比，MSCs^Qr-exo能够更有效地促进高糖条件下HSF细胞的增殖和迁移，提示其在糖尿病皮肤伤口愈合中具有更大的潜力。

图2. MSCs^Qr-exo增强了HG诱导的HSF的增殖和迁移能力

2.动物模型实验

建立糖尿病大鼠模型，选用7-8周龄的雄性SPF级SD大鼠，腹腔注射链脲佐菌素（STZ）诱导糖尿病，同时密切监测血糖和体重变化，确保模型成功建立。随后，在糖尿病大鼠背部制作全层皮肤缺损模型，将大鼠分为对照组、模型组、槲皮素组、MSCs-exo组和MSCs^Qr-exo组，分别给予相应处理。在术后第0、7、14和21天观察伤口愈合情况，并进行拍照记录。

结果显示，与对照组相比，模型组伤口愈合明显延迟，而MSCs^Qr-exo组伤口愈合速度显著快于其他治疗组。组织学分析进一步证实，MSCs^Qr-exo组在伤口长度缩短、胶原合成增加、I型和III型胶原蛋白表达增强以及与伤口愈合相关的分子标记物（如α-SMA、Ki67和TGF-β1）表达上调等方面表现出色，充分证明了MSCs^Qr-exo在促进糖尿病皮肤伤口愈合方面的卓越疗效。

图3. MSCs^Qr-exo显着促进DSW中的伤口愈合

3.肠道菌群与代谢组学研究

鉴于肠道菌群在健康和疾病中的重要作用，研究人员收集大鼠粪便样本，采用16SrRNA测序技术分析肠道菌群组成变化。结果发现，糖尿病皮肤伤口大鼠模型组肠道菌群与对照组相比发生显著改变，在门水平上，厚壁菌门减少，拟杆菌门增加；在属水平上，多个菌属如Muribaculaceae_genus、Clostridium_sensu_stricto_1等也存在明显差异。这些变化与慢性炎症和糖尿病的发生发展密切相关，提示肠道菌群失调可能参与了糖尿病皮肤伤口的病理过程。

进一步研究表明，MSCs-exo和MSCs^Qr-exo处理能够调节糖尿病皮肤伤口大鼠的肠道菌群组成，其中MSCs^Qr-exo在改善菌群失调方面表现更为突出，如显著增加粪杆菌属（Faecalibacterium）和肠杆菌属（Enterorhabdus）的丰度。粪杆菌属与肠道健康密切相关，其表达水平的降低与多种炎症疾病相关，而肠杆菌属在炎症性疾病中也具有重要作用。因此，MSCs^Qr-exo可能通过调节这些关键菌属的丰度，改善肠道微生态环境，从而促进糖尿病皮肤伤口愈合。

图4. MSCs^Qr-exo通过调节营养不良的肠道微生物群来促进DSW的愈合

为了深入探究肠道菌群与宿主之间的相互作用，研究人员采用非靶向液相色谱-质谱法分析大鼠粪便中微生物代谢物的变化。结果发现，糖尿病皮肤伤口大鼠模型组中多种代谢物发生显著改变，其中花生四烯酸代谢、亚油酸代谢、类固醇激素生物合成和神经活性配体-受体相互作用等代谢途径受到显著影响。花生四烯酸代谢产生的多种代谢产物在炎症和药物代谢中发挥关键作用，而在糖尿病皮肤伤口大鼠模型中，花生四烯酸表达水平显著升高，且与粪杆菌属呈负相关，提示粪杆菌属可能通过调节花生四烯酸代谢影响伤口愈合。此外，14,15-EET在模型组中表达水平显著降低，且与厚壁菌门和肠杆菌属呈正相关，表明厚壁菌门和肠杆菌属可能通过影响14,15-EET的表达参与糖尿病皮肤伤口的愈合过程。

本研究首次证实了槲皮素预处理的人脐带间充质干细胞衍生外泌体（MSCs^Qr-exo）在糖尿病皮肤伤口愈合中的重要作用，揭示了其通过调节肠道菌群及其代谢产物，影响宿主-微生物群相互作用，从而促进伤口愈合的潜在机制。这一研究成果为糖尿病皮肤伤口的治疗提供了新的靶点和策略，有望为糖尿病患者带来更好的治疗效果。

然而，本研究也存在一定的局限性，如采用SD大鼠构建糖尿病皮肤伤口模型可能无法完全模拟人类疾病的复杂性，未来需要进一步探索更接近人类疾病特征的动物模型。此外，本研究未进行微生物群移植实验，对于肠道菌群与糖尿病皮肤伤口之间的因果关系仍需进一步深入研究。未来的研究应聚焦于更深入地阐明肠道菌群及其代谢产物在糖尿病皮肤伤口愈合中的作用机制，以及如何通过调节肠道菌群来实现糖尿病皮肤伤口的精准治疗，为改善糖尿病患者的生活质量提供更多的科学依据。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Wu S, Zhou Z, Li Y, Wu R, Jiang J. Pretreatment of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes with Quercetin Enhances the Healing of Diabetic Skin Wounds by Modulating Host-Microbiota Interactions. Int J Nanomedicine. 2024;19:12557-12581. Published 2024 Nov 26. doi:10.2147/IJN.S491471