皮肤衰老是生理性、不可避免的，其具体表现多种多样， 包括组织变得萎缩、脆弱，出现修复缺陷、免疫缺陷及易受感染。皮肤衰老受内在及外在等多种不同因素的影响，同时在 衰老局部留下多种印记。皮肤衰老所导致的一系列不良后果， 使得人们对抗衰老的需求越来越强烈。

干细胞与外泌体

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衰老过程包括生理和功能退化，这种退化在生物体的一生中不断发展，由各种遗传和非遗传环境因素引起，最终， 体内平衡被破坏，对疾病的易感性增加。临床上，皮肤衰老表现为细纹和皱纹、弹性丧失、色素异常、表皮变薄和粗糙度增加。随着年龄的增长，干细胞功能受损，不再维持表皮组织稳态和修复受损组织，导致皮肤衰老。

本系列旨在科学的讲述极受关注的干细胞相关抗衰老的研究进展，其中主要描述应用较多的间充质干细胞、诱导多能干细胞及其衍生物（外泌体、条件培养基、细胞外囊泡）在皮肤抗衰老中的研究成果及作用机制。

皮肤抗衰系列一 | 诱导多能干细胞在皮肤抗衰老中的应用皮肤抗衰系列二 | 间充质干细胞在皮肤抗衰老中的应用皮肤抗衰系列三 | 外泌体在皮肤抗衰老中的应用皮肤抗衰系列四 | 条件培养基在皮肤抗衰老中的应用皮肤抗衰系列五 | 细胞外囊泡在皮肤抗衰老中的应用

本期 | 皮肤抗衰系列一 | 诱导多能干细胞在皮肤抗衰老中的应用

人体皮肤成纤维细胞的荧光显微照片

1.iPSC技术开启医学新纪元

诱导多能干细胞 (induced pluripotent stem cells, iPSCs) 是将一系列诱导因子导入到成熟体细胞中，并 重编程为具有类似胚胎干细胞特征的一种多能干细胞。诱导多能干细胞避开了利用人体胚胎提取干细胞的伦 理道德制约，避免了异体移植免疫排斥的风险，同时 在建立疾病模型、药物筛选和开发等领域具有重大潜在价值。

2006 年日本京都大学山中伸弥（Shinya Yamanaka） 在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了诱导多能 干细胞的研究。因此，山中伸弥于2012年获得诺贝尔生理学和医学奖。

诱导多能 干细胞医疗级的应用包括：疾病治疗、器官移植、 生物修复等，也可以通过细胞生产需要的产物，如血小板等，以及应用患者的诱导 iPSCs 细胞筛选药物。临床应用方面以日本的进展最快，其次为美国、澳大 利亚等。

全球范围内已有多个产品进入了临床。常见的应用方向，包括眼科类的退行性疾病（黄斑变性）、神经退行性疾病（如帕金森病）、囊性纤维化、肌萎缩性侧索硬化、癌症等。其他系统性疾病的在研方向，包括 糖尿病、心衰等，以及对新冠肺炎的治疗和后遗症的 恢复都有在进行中。

2.iPSCs技术的优点

· iPSCs可由少量的皮肤组织诱导获得；

· iPSCs在体外可以无限的增殖，提供大量的细胞来源；

· iPSCs可以分化为各种细胞类型；

· 由iPS细胞分化获得的细胞能用于疾病模型和药物筛选；

· 基因突变引起的皮肤病可以在iPS细胞中纠正突变基因；

· 由iPS细胞衍生而来的细胞如角质形成细胞可以用于细胞治疗；

· 应用iPS细胞分化的成体细胞避免了由胚胎干细胞引起的伦理问题。

|诱导多能干细胞 (iPSC) 和 iPSC 衍生的角质形成细胞的产生

iPSC 的一个决定性特性是它们可以无限扩展的能力。现在，基本上无限量的所得材料使皮肤研究人员能够为各种遗传性皮肤病生成人体模型。

这些模型不仅用于更好地了解导致各种皮肤疾病的病理机制，而且还用于生成基于细胞的筛选系统，旨在识别逆转或减少疾病表型的化合物。

3.Dior（迪奥） 利用iPS细胞研究皮肤对抗衰老

2019年Dior的研究部门与京都大学 iPS 细胞研究与应用中心 (CiRA) 开展合作，研究皮肤代谢机制。该联合项目的目的是探索氧化代谢如何影响皮肤角质形成细胞的自我更新或分化能力。

“将研究年龄对线粒体状态、皮肤再生和分化的影响，希望有助于皮肤和皮肤年轻化的重大治疗发现，”CiRA 在一份新闻声明中说。在诺贝尔奖获得者山中伸弥的指导下，CiRA 是诱导多能干细胞研究的领先中心。根据 CiRA 的说法，iPS 细胞是通过将少量因子引入人体细胞（如皮肤细胞和血细胞）而产生的细胞。iPS细胞的独特之处在于它们可以在体内转化为任何类型的细胞并在培养中无限增殖。Dior 旨在利用该中心的干细胞专业知识来开发再生皮肤细胞和保持年轻皮肤的方法。

深入研究衰老的细胞原因

CiRA 的 Wolzen 实验室由 Knut Wolzen 副教授领导，将为 Dior 的研究团队提供来自健康老年供体的诱导多能干细胞 (iPSC) ，并提供其在基因组编辑方面的专业知识。

这将使他们能够通过比较年轻和老年供体的 iPS 细胞产生的皮肤细胞状态，分析与衰老迹象相关的因素，例如皱纹。

该项目标志着日本团队首次与法国奢侈化妆品公司合作。

CiRA 之前对 iPS 细胞的研究为帕金森病和肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 等顽固性疾病带来了新的治疗方法。

Dior 表示，希望 Dior 和 CiRA 之间的长期交流能够带来皮肤和皮肤年轻化方面的重大治疗发现。

隶属于LVMH集团研究与创新部门的Dior Science，拥有20年的干细胞研究经验。

据 Dior Science 称，它自己的研究已经在皮肤领域产生了 17 项发现，发表了大约 55 篇论文，并建立了数个学术合作伙伴关系。

他们对皮肤护理领域干细胞研究的最新发现引起了 CiRa 的“极大兴趣”。

展望未来，研究小组计划研究再生所需的物质，以及皮肤细胞在暴露于紫外线辐射和热等日常压力后如何变化。

4.世界首富杰夫贝索斯投资iPS技术顶尖公司

据报道，世界首富杰夫贝索斯投资了 Altos Labs，这是一家试图延长人类寿命的最新创业公司。

亚马逊前首席执行官杰夫贝索斯一直在寻找人类未来的空间。但根据麻省理工学院技术评论的一份报告，世界上最富有的人也在试图延长人类在地球上的寿命。 

据《技术评论》2021年的报道，贝索斯的身家估计为 2000 亿美元，他是 Altos Labs 的几位投资者之一，Altos Labs 是一家硅谷初创公司，致力于使细胞恢复活力并可能延长寿命。这家初创公司还将以色列-俄罗斯科技亿万富翁、300 万美元突破奖的创始人 Yuri Milner 作为支持者。

根据麻省理工学院的《技术评论》 ，Altos Labs 正在研究所谓的重编程技术，这是一种将成体细胞转化为诱导多能干细胞的方法，诱导多能干细胞可以变成任何类型的细胞。 

科学家们表示，重新编程在治疗视力丧失、脊髓损伤、脑损伤和其他与年龄相关的身体退化方面具有巨大潜力。在 2018 年的一项研究中，索尔克研究所的生物化学家 Juan Carlos Izpisua Belmonte宣称它是“长生不老药”，并表示“衰老不是一个不可逆转的过程”。

据《技术评论》报道，现在Izpisua Belmonte 加入 Altos Labs。其他更多的杰出科学家也加入了这家创新公司，包括加州大学遗传学家 Steve Horvath，他开发了一种通过分子标记检测细胞衰老的方法。据《技术评论》报道，2012 年因iPS细胞技术获得诺贝尔奖的山中伸弥教授将领导 Altos Labs 科学顾问委员会工作。

阻止疾病和延长生命似乎是贝索斯的主要兴趣。在 2020 年给亚马逊股东的信中，这位 57 岁的亚马逊创始人广泛引用了英国进化生物学家理查德道金斯 (Richard Dawkins) 给他的投资者的信：“避免死亡是你必须努力的事情。……如果生物没有“如果不积极阻止它，它们最终会融入周围环境，不再作为自主生物存在。这就是它们死后会发生的事情。”

贝索斯在他的股东信中总结道：“永远，永远，永远不要让宇宙让你融入周围的环境。” 

据Bezos Expeditions称，这位亿万富翁持有其他几家进行细胞研究的创新公司的股份，包括 Nautilus Biotechnology、Sana Biotechnology、Denali Therapeutics 和 Juno Therapeutics（现为 Bristol Myers Squibb 的一部分）。 

与科技亿万富翁彼得泰尔一起，贝索斯还投资了 Unity Biotechnology，这是一家开发延缓细胞衰老技术的创新公司。 

利用干细胞持术延缓死亡和恢复健康项目是硅谷的热门项目。2019年，谷歌推出了Calico，一个治疗衰老的研发实验室。一年后，帕洛阿尔托长寿奖提供 100 万美元奖励那些可以让老生物变年轻或将生物寿命延长 50% 的研究人员。今天，来自 50 个国家的研究人员可以通过美国国家医学科学院的“健康长寿”挑战获得大约 3000 万美元的奖金。

纽约阿尔伯特爱因斯坦医学院衰老研究所所长 Nir Barzilai 告诉《纽约邮报》 ，他预计2022年将有45亿美元用于支持延长生命的科学研究。

5.诱导多能干细胞来源外泌体在皮肤病中的有效应用

几项研究表明，iPSC-EXO在皮肤病中的有效应用，例如伤口愈合和抗老化。研究表明HiPSC-MSC-exos在治疗大鼠皮肤伤口中的潜力。大鼠伤口周围的HiPSC-MSC-exos皮下注射导致加速重新上皮化，疤痕宽度减少和促进胶原蛋白成熟度。

在皮肤抗老化方面，外泌体应用刺激了人类皮肤成纤维细胞和HUVEC的增殖和迁移，以及I型和III型胶原蛋白和弹性蛋白分泌的增加，以剂量依赖性方式在体现。他们的发现表明，HIPSC-MSC-EXO可以通过促进胶原蛋白合成和血管生成来促进皮肤伤口愈合。

研究使用未分化的HiPSC治疗的外泌体治疗的糖尿病性溃疡小鼠也具有更快的伤口闭合和愈合率。它们的外泌体能够在体外刮擦测定法中促进成纤维细胞迁移和增殖。

为了研究源自 iPSC 的外泌体在人体临床试验中的潜在应用，研究人员在伤口中处理了源自自体和异体恒河猴 iPSCs 的外泌体，并发现两组皮肤伤口愈合加速的证据，如伤口闭合、上皮覆盖、胶原沉积和血管生成所证明的。外泌体在体外促进受损表皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞的细胞活力。

研究发现，iPSC-Exos 含有低水平的多能 mRNA，如 Oct4、Sox2、Klf-4 和 Nanog，而它们不向宿主细胞传递多能性。对此的一个可能解释是多能 mRNA 在外泌体接受细胞中的短暂存在，并且递送的 mRNA 不足以转化为可检测量的多能因子。

因此，接受外泌体的细胞不具有重编程能力，这表明iPSC-Exos 没有形成畸胎瘤的风险。此外，同种异体外泌体不会引起淋巴细胞浸润到皮肤病变中，如 T 细胞标志物 CD3、B 细胞标志物 CD20 和单核细胞/巨噬细胞标志物 CD68 的蛋白质印迹分析所证明的那样。

这表明同种异体 iPSC-Exos 可能是“现成的”无 iPS 细胞产品的首选，因为它们的大规模生产无需担心畸胎瘤的形成。除了使用自体外泌体的个性化医疗之外，异基因 iPSC 衍生的外泌体可能代表一种有前途的疾病治疗替代方法。

6.iPSCs外泌体优于MSCs外泌体

名古屋大学医学研究生院的科研人员2018年在Nagoya J Med Sci.学术期刊上发表的标题为Effects of exosomes derived from the induced pluripotent stem cells on skin wound healing的论文指出，诱导多能干细（iPSCs）来源的外泌体优于间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体。

该研究使用糖尿病溃疡模型，研究了 iPSCs-Exos 和 MSCs-Exos 两种外泌体对皮肤伤口愈合和细胞迁移能力的影响。透射电子显微镜分析表明，iPS-Exos (120 ± 25 nm) 的尺寸明显大于MSCs-Exos (≤ 100nm)。流式细胞术分析显示，iPSCs-Exos 对 CD9、CD63和CD81呈阳性，而对 HLA-ABC 和 -DR 表达呈阴性。与 iPSCs-Exos 共培养的成纤维细胞的迁移能力显示出高于与MSCs-Exos共培养的细胞的迁移能力，如使用划痕试验所证明的。皮肤伤口愈合模型结果表明，与在MSCs-Exos组中观察到的相比，iPSCs-Exos 的施用导致伤口闭合更快。

此外，该研究还证明，iPS-Exo 治疗可诱导受伤后第 7 天的血管密度增加和受伤后第 28 天的神经纤维密度增加，这表明这些囊泡可能促进神经纤维的再生。

总之，最近，越来越多的研究表明，诱导多能干细胞 (iPSC) 和 iPSC 衍生细胞显示出治疗效果，主要通过旁分泌机制以及转分化能力。外泌体已成为 iPSC 通过传递生物活性成分修复受损细胞的重要旁分泌因子。iPS-Exos的尺寸明显大于MSCs-Exos，iPS-Exos对成纤维细胞的迁移能力更强，iPSCs外泌体优于MSCs外泌体。关于 iPSC 衍生的外泌体在各种疾病模型上的动物报告正在增加，例如在心脏、四肢、肝脏、皮肤、骨骼、眼睛和神经系统疾病等。

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