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研究背景与目的:衰老和抗衰老一直以来都是研究的关注热点。衰老时机体生物学功能进行性降低,是老年性骨质疏松等衰老相关性疾病的主要危险因素;衰老机体组织损伤后的修复能力也明显受到抑制。研究发现,衰老细胞(senescent cells)在组织器官中的大量堆积是机体衰老发生、发展的主要原因;靶向衰老细胞的治疗是一种防治衰老相关性疾病、促进衰老机体组织损伤后修复的有效措施。干细胞移植具有明显的抗衰老作用,其中胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)因其无限增殖、多向分化潜能和内源性抵抗衰老的特性,有望成为治疗衰老及衰老相关疾病最有前景的候选细胞之一;外泌体(exosomes,exos),作为一种细胞分泌的生物纳米囊泡,是干细胞发挥生物学功能的主要媒介。干细胞来源外泌体已被证实具有促进组织再生等生物学功能,且无成瘤风险、免疫反应低。目前,尚无有关胚胎干细胞来源外泌体(ESC-Exos)治疗衰老及衰老相关疾病的研究报道。本课题通过采用衰老小鼠皮肤压力性溃疡模型和早衰小鼠老年性骨质疏松模型,探究ESC-Exos促进衰老组织创面修复、防治老年性骨质疏松的作用及相关机制。研究内容和方法:1、构建D-galactose诱导衰老小鼠的皮肤溃疡模型,观察ESC-Exos对衰老小鼠皮肤创面的治疗作用,评估ESC-Exos改善创面内皮细胞衰老、促进血管新生的作用;体外实验探究ESC-Exos改善D-galactose诱导HUVECs衰老模型的抗衰老作用及相关分子机制;2、采用SAMP8早衰小鼠作为老年性骨质疏松的动物模型,在体实验中通过micro CT、骨组织学染色等方法观察ESC-Exos的抗骨质疏松作用;观察不同月龄小鼠BMSCs衰老指标及干性基因的动态变化及ESC-Exos在体治疗后对BMSCs衰老表型和干性基因表达的影响;体外实验通过采用ESC-Exos处理衰老BMSCs,并通过调控Oct4干性基因的表达,明确ESC-Exos改善BMSCs衰老及成骨分化的作用机制。研究结果:1、ESC-Exos通过改善内皮细胞衰老促进衰老小鼠皮肤压力性溃疡的愈合:1)创面大体观、HE和Masson染色结果显示ESC-Exos可以促进衰老小鼠皮肤溃疡的愈合;2)micro CT微血管造影、CD31/α-SMA双染、CD31/P16双染结果证实ESCExos可以促进衰老创面血管新生并改善局部内皮细胞衰老;3)体外实验通过检测不同实验组HUVECs衰老指标、成管能力等指标,证实ESC-Exos可以改善D-galactose诱导的HUVECs衰老,并恢复HUVECs的成管能力,且ESC-Exos改善HUVECs衰老依赖于Nrf2的激活;4)体外实验证实ESC-Exos通过转运mi R-200a,下调Keap1的表达,激活Nrf2,改善衰老;2、ESC-Exos改善骨髓间充质干细胞衰老治疗SAMP8小鼠骨质疏松:1)SAMP8小鼠BMSCs随着小鼠月龄增长,衰老指标表达增加、成骨能力减弱、干性基因表达下降;2)DIR-标记ESC-Exos体内示踪结果显示:外泌体可以分布至骨组织、脾脏等全身多脏器部位;3)micro CT检测、骨组织染色等结果证实ESC-Exos治疗可以明显改善SAMP8小鼠的骨质疏松;4)提取ESC-Exos治疗后SAMP8小鼠BMSCs,通过检测相关指标,证实ESC-Exos可以改善BMSCs衰老、促进成骨分化并上调Oct4的表达;5)体外实验通过干预BMSCs Oct4基因的表达,进一步证实ESC-Exos通过上调Oct4表达、改善BMSCs衰老、促进成骨分化的作用机制。结论:1、胚胎干细胞来源外泌体具有显著的抗衰老作用;2、ESC-Exos通过改善内皮细胞衰老,促进血管新生,加速衰老小鼠皮肤压力性溃疡的愈合;3、ESC-Exos通过上调衰老骨髓间充质干细胞Oct4干性基因表达,改善骨髓间充质干细胞衰老,治疗SAMP8小鼠骨质疏松;4、ESC-Exos有望成为缓解衰老相关疾病的一种新型非细胞治疗技术。