肺部 “瘢痕” 有了新克星？科学家用 “纳米导弹” 精准逆转衰老细胞
当一位老人反复咳嗽、稍一活动就呼吸困难时，他可能正被一种叫做 “肺纤维化” 的疾病悄悄侵蚀肺部。这种病会让肺泡逐渐被瘢痕组织取代，就像肺部蒙上了一层越来越厚的 “毛玻璃”，最终可能导致呼吸衰竭。更棘手的是，现有药物只能延缓恶化，无法逆转已经形成的瘢痕。不过，鼠来宝生物客户华中科技大学同济医学院附属协和医院陈智超教授和李秋柏教授团队2024年合作发表在《ACS Nano》（IF=16.4）的一项研究带来了新希望 —— 他们研发出一种 “纳米级导弹”，能精准找到并修复肺部的衰老细胞，为治疗肺纤维化开辟了新路径。
CD38 抗原受体膜修饰间充质干细胞外泌体治疗肺纤维化的示意图
（A）通过转染包装抗 CD38 单链抗体质粒的慢病毒构建 CD38抗原受体膜修饰间充质干细胞外泌体（CD38 antigen receptor membrane-modified mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles, CD38-ARM-MSC-EVs)。
（B）腹腔注射后，CD38-ARM-MSC-EVs表现出显著的 CD38 表达组织趋向性；随后，CD38-ARM-MSC-EVs与 2 型肺泡上皮细胞表面的 CD38 结合，并阻断 CD38 对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和烟酰胺单核苷酸（NMN）的水解作用。由此，减少 NAD + 消耗并增加 NAD + 合成，有助于激活沉默信息调节因子家族（SIRT）、恢复线粒体功能，进而逆转上皮 - 间质转化并减轻肺纤维化。
肺部的 “衰老危机”：从肺泡细胞到致命瘢痕
要理解这个新疗法，得先从肺部的 “基本单位” 说起。我们的肺里布满了微小的肺泡，其中一种叫做 “2型肺泡上皮细胞（AEC2）” 的细胞堪称 “肺部守护者”—— 它们分泌表面活性物质，维持肺泡结构，还能在肺部受损时修复组织。但随着年龄增长或长期损伤，AEC2 会逐渐 “衰老”。
衰老的AEC2会发生可怕的转变：它们会失去原有功能，甚至通过 “上皮-间质转化” 变成纤维细胞 —— 这种细胞会疯狂分泌胶原蛋白，在肺部形成瘢痕。就像一栋房子的 “维修工” 变成了 “拆房队”，最终导致肺泡结构被破坏，氧气交换受阻。
科学家发现，这些衰老的AEC2身上有一个明显的 “身份标记”——CD38蛋白。它就像衰老细胞的 “身份证”，不仅会大量出现在肺纤维化患者的AEC2上，还会不断消耗细胞内的 “能量货币” NAD+。NAD+是维持细胞活力的关键物质，一旦被CD38过度消耗，细胞的线粒体功能会衰退，衰老速度会加快，形成 “衰老→瘢痕→更衰老” 的恶性循环。
现有治疗为何难以突破？比如常用的吡非尼酮，只能抑制纤维细胞的活性，却无法唤醒已经衰老的AEC2。而科学家新的思路是：直接瞄准带 “CD38身份证” 的衰老细胞，从源头打破恶性循环。
“纳米导弹” 的诞生：给干细胞外泌体装个 “导航系统”
科学家把目光投向了间充质干细胞分泌的 “外泌体”。这些直径只有几十到几百纳米的囊泡，堪称 “天然纳米载体”—— 它们能携带蛋白质、RNA 等 “修复信号”，在细胞间传递信息，而且安全性高，不会像干细胞移植那样有排斥风险。此前研究已发现，间充质干细胞外泌体（MSC-EVs）有抗衰和抗纤维化的潜力，但问题是：它们在体内会 “乱跑”，难以精准到达肺部的衰老 AEC2。
这次研究的关键突破，就是给外泌体装了个 “导航系统”。科学家通过慢病毒转染技术，给间充质干细胞导入了一段特殊基因，让干细胞分泌的外泌体表面带上 “CD38抗原受体”—— 这种受体能像 “磁铁” 一样牢牢抓住表达CD38的衰老细胞。这种改造后的外泌体被命名为 “CD38-ARM-MSC-EVs”，就像装上了精准导航的 “纳米导弹”。
更妙的是，这些 “导弹” 不仅能精准定位，还自带 “修复弹药”。分析发现，改造后的外泌体携带的抗纤维化microRNA（比如 let-7 家族）数量比普通外泌体更多。这些microRNA就像 “分子指令”，能抑制纤维化相关基因的活性。
图 1. CD38 抗原受体膜修饰间充质干细胞外泌体（CD38-ARM-MSC-EVs）的构建与表征
成功构建：通过慢病毒转染，将 CD38 抗原受体 - CD8 跨膜片段融合质粒导入间充质干细胞（MSCs），成功构建出 CD38-ARM-MSCs，其分泌的 CD38-ARM-MSC-EVs 表面高表达抗 CD38 单链抗体（scFv）。
基本特性：CD38-ARM-MSC-EVs 与未修饰的 MSC-EVs 形态相似，均为典型的膜囊泡结构；尺寸分布相近，平均直径无显著差异；且都表达常见的外泌体标志物（CD9、CD63、CD81、TSG101）和间充质干细胞表面标志物（CD73、CD90、CD105）。
miRNA 表达：对两者的 miRNA 进行分析发现，CD38-ARM-MSC-EVs 中与抗肺纤维化相关的 miRNA（如 let-7 家族、miR-423-5p 等）表达更高，其中 let-7i-5p 和 let-7f-5p 在肺纤维化肺样本中下调，而在 CD38-ARM-MSC-EVs 中显著上调，表明其具有潜在的抗纤维化作用。
图 2. CD38-ARM-MSC-EVs靶向高表达 CD38 的细胞（CD38high 细胞）
以 RAW264.7 细胞（M0 型，CD38dim）、LPS 刺激的 RAW264.7 细胞（M1 型，CD38high）、骨髓间充质干细胞（BMSCs，CD38dim）和 RPMI8226 细胞（CD38high）为模型，发现 PKH26 标记的 CD38-ARM-MSC-EVs 被 CD38high 细胞的摄取量显著高于未修饰的 MSC-EVs，而在 CD38dim 细胞中两者摄取量无明显差异。在共培养体系中，CD38-ARM-MSC-EVs 对 CD38high 细胞的靶向摄取优势依然存在。
从细胞模型到动物模型：“导弹” 如何逆转肺部病变？
在实验室培养的衰老细胞中，“纳米导弹” 的威力已经显现。科学家用药物诱导 A549 细胞（一种肺泡上皮细胞模型）衰老，这些细胞会高表达 CD38，NAD +水平下降，出现明显的衰老特征。当加入 CD38-ARM-MSC-EVs 后，奇迹发生了：
它们像认准目标的导弹一样，大量聚集在衰老细胞周围（吸收效率是普通外泌体的2倍以上）；随后，细胞内的 NAD+水平显著回升，线粒体功能恢复，原本已经 “变身” 为纤维细胞的衰老细胞，又重新变回了正常的肺泡上皮细胞；更重要的是，这些细胞分泌的纤维化因子（如 TGF-β、MMP9）大幅减少，瘢痕形成的 “原料” 被切断。
图 3. CD38-ARM-MSC-EVs靶向并逆转衰老的 A549 细胞
针对衰老 AEC2 细胞的靶向性：用 0.25μM 阿霉素（DOX）诱导 A549 细胞（AEC2 细胞系）衰老构建 CD38high 细胞模型，以及经达雷妥尤单抗预处理的 CD38high + Dara 细胞模型。结果显示，CD38-ARM-MSC-EVs 被 CD38high 的衰老 A549 细胞摄取量显著高于 CD38dim 的非衰老 A549 细胞，而经达雷妥尤单抗（daratumumab, dara）阻断 CD38 后，CD38-ARM-MSC-EVs 的摄取量显著降低，未修饰的 MSC-EVs 则不受影响，证实 CD38-ARM-MSC-EVs 可通过识别细胞表面 CD38 靶向衰老的 AEC2 细胞。
逆转衰老表型：CD38-ARM-MSC-EVs 处理后，DOX 诱导的衰老 A549 细胞中衰老相关 β-半乳糖苷酶（SA-β-GAL）阳性细胞比例显著降低，衰老相关分泌表型（SASP）因子（IL-1β、IL-6、MCP-1）的分泌水平明显下降，且与 NMN 联合使用时效果更显著。
图 4. CD38-ARM-MSC-EVs可恢复衰老 A549 细胞中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水平并逆转上皮 - 间质转化（EMT）
恢复NAD+水平及线粒体功能：CD38-ARM-MSC-EVs 能有效提高衰老 A549 细胞内的NAD+水平，促进NAD+合成相关基因（NAMPT）和 SIRT 家族基因（SIRT1、SIRT3）的表达；同时减少活性氧（ROS）生成，提高线粒体膜电位，改善线粒体功能，且效果优于未修饰的 MSC-EVs，与 NMN 联合使用时可增强 NMN 的作用。
图 5. CD38-ARM-MSC-EVs逆转衰老 A549 细胞的上皮 - 间质转化（EMT）
CD38-ARM-MSC-EVs 可下调衰老 A549 细胞中 α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达，上调 E-钙粘蛋白（E-cad）的表达，抑制纤维化相关因子（TGF-β、MMP9）的分泌，从而逆转 EMT 表型。与 NMN 联合使用时，对 EMT 相关指标的改善效果更显著，且优于未修饰的 MSC-EVs 与 NMN 联合使用的效果。
在自然衰老的小鼠模型中，效果同样显著。17 月龄的老年小鼠（相当于人类 60 岁以上）肺部已经出现明显纤维化，肺泡结构紊乱。当给它们腹腔注射 “纳米导弹” 后，外泌体精准聚集到肺部高表达 CD38 的区域，尤其是 AEC2 周围。
图 6. CD38-ARM-MSC-EVs在自然衰老小鼠中靶向高表达 CD38 的细胞（CD38high 细胞）和 2 型肺泡上皮细胞（AEC2s）
17-21 月龄的自然衰老小鼠肺、肝、脾组织中 CD38 表达高于 3 月龄年轻小鼠。腹腔注射DiR标记的外泌体后，CD38-ARM-MSC-EVs 在衰老小鼠的 CD38high 组织（肝、脾、肺、肾）中富集更显著，尤其是在肺组织中，更多地与 CD38 阳性细胞及表面活性蛋白 A（SP-A）阳性的 AEC2 细胞结合，而在年轻小鼠中无此差异。
更令人惊喜的是，这种 “纳米导弹” 还能和NMN（一种NAD+ 前体物质）协同作用。NMN本身能补充NAD+，但容易被CD38分解；而 “纳米导弹” 能阻断CD38对NAD+的消耗，让 NMN 的效果翻倍。两者结合后，老年小鼠肺部的 NAD+水平恢复到年轻小鼠的70%以上，衰老细胞标志物减少了近一半。
图 7. CD38-ARM-MSC-EVs减轻自然衰老小鼠的肺纤维化
经 CD38-ARM-MSC-EVs 处理后，衰老小鼠肺组织的肺泡结构紊乱、肺间质增厚及炎症细胞浸润等情况明显改善；Masson 染色显示纤维化程度减轻，Ashcroft 评分显著降低；SA-β-GAL 活性和 P21 表达减少。与未修饰的 MSC-EVs 相比，CD38-ARM-MSC-EVs 的效果更显著。
图 8. CD38-ARM-MSC-EVs逆转老年小鼠肺组织中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水平下降并抑制上皮 - 间质转化（EMT）
CD38-ARM-MSC-EVs 可提高衰老小鼠肺组织中 NAD+、NADP、NAM的水平及SIRT1的表达；下调肺泡和支气管组织中 α-SMA 的表达，上调E-cad的表达，从而抑制EMT，且与NMN联合使用时可增强NMN对NAD+和 SIRT1水平的提升作用。
未来可期：从基础研究到临床应用的可能
这项研究的意义不仅在于找到新疗法，更提供了一种 “精准靶向” 的治疗思路。相比传统药物，CD38-ARM-MSC-EVs 有三个明显优势：
精准性：通过CD38靶向，避免对正常细胞的干扰，减少副作用；
多效性：既能恢复 NAD+水平、逆转细胞衰老，又能抑制纤维化，比单一机制药物更高效；
安全性：源于干细胞外泌体，生物相容性好，且采用腹腔注射（比静脉注射更安全）。
当然，从动物实验到临床应用还需要时间。科学家下一步需要验证更大动物模型的效果，优化外泌体的制备工艺，确保批量生产时的稳定性。但可以期待的是，未来这种 “纳米导弹” 可能不仅用于肺纤维化，还能扩展到其他与细胞衰老相关的疾病，比如肝纤维化、骨关节炎等。
对于被肺纤维化困扰的患者来说，这个研究就像一束光 —— 它意味着 “肺部瘢痕不可逆转” 的困境可能被打破。或许在不久的将来，通过定期注射这种 “纳米导弹”，衰老的肺部细胞能重新焕发活力，患者又能自由呼吸新鲜空气。科学的进步，正在让这种 “逆转衰老” 的想象逐渐变成现实。
老龄鼠的应用
在该论文中，研究者使用了鼠来宝生物提供的2～3月龄C57小鼠和鼠来宝子公司武汉有度生物提供的16～21月龄C57老龄鼠。
研究者选择特定月龄的小鼠（3 月龄、17-21 月龄）进行实验，是为了精准模拟 “自然衰老” 及相关的肺纤维化病理状态，确保实验结果能有效反映衰老与疾病的关联，具体原因如下：
1. 3月龄小鼠：作为 “年轻对照”，提供正常生理基线
年龄意义：3 月龄的小鼠相当于人类青年时期（约 20-30 岁），此时机体各器官功能处于巅峰状态，肺部结构完整，肺泡上皮细胞（AEC2）几乎无衰老，CD38 蛋白表达量低，NAD + 水平充足，不存在肺纤维化相关病变。
实验作用：作为对照组，用于对比衰老小鼠的病理变化。例如，通过检测 3 月龄小鼠肺部 CD38 的表达量、NAD + 水平及肺泡结构，可明确 17-21 月龄小鼠的衰老相关指标（如 CD38 升高、NAD + 下降、肺纤维化）是 “衰老导致”，而非其他因素。
2. 17-21月龄小鼠：模拟 “自然衰老及肺纤维化” 的病理模型
年龄意义：17-21 月龄的小鼠已进入老年阶段（相当于人类 60-80 岁），其自然衰老过程会伴随以下变化，与人类衰老相关的肺纤维化高度相似：
肺泡上皮细胞衰老：AEC2 细胞出现衰老表型，CD38 蛋白高表达（作为衰老标志物），导致 NAD + 消耗增加、水平下降；
肺纤维化倾向：衰老的 AEC2 通过上皮 - 间质转化（EMT）变成纤维细胞，促进胶原蛋白沉积，逐渐出现肺泡结构破坏、肺间质瘢痕化等肺纤维化特征；
全身衰老表型：除肺部外，肝脏、脾脏等器官也会因衰老出现 CD38 高表达，且可能伴随炎症因子（如 IL-1、IL-6）分泌增加等 “衰老相关分泌表型（SASP）”。
实验作用：作为核心的 “疾病模型”，用于验证 CD38-ARM-MSC-EVs 的治疗效果。例如，通过检测该月龄小鼠经治疗后肺部纤维化程度、NAD + 水平恢复情况、衰老细胞比例变化等，可直接证明疗法对 “自然衰老引发的肺纤维化” 是否有效。
3. 选择 “自然衰老模型” 而非 “药物诱导模型” 的优势
研究中未采用药物（如博来霉素）诱导的肺纤维化模型，而是选择自然衰老小鼠，原因在于：
更贴近人类病理：人类肺纤维化（尤其是特发性肺纤维化）常与自然衰老密切相关，而非单一药物损伤。自然衰老小鼠的病变是长期、渐进的，更能模拟人类疾病的发展过程；
排除药物干扰：药物诱导模型可能因药物毒性引发非特异性炎症或细胞损伤，干扰对 “衰老本身导致肺纤维化” 的机制研究。而自然衰老模型的病变更纯粹与衰老相关，能更准确反映靶向衰老细胞的治疗效果。
综上，3月龄小鼠提供 “正常衰老基线”，17-21月龄小鼠模拟 “衰老相关肺纤维化”，两者结合可清晰对比治疗前后的病理变化，确保实验结果的科学性和临床相关性 —— 毕竟该研究的最终目标是为人类衰老相关肺纤维化提供疗法，自然衰老模型的结果更具转化价值。
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论文：Yaoying Long, et al. Targeting Senescent Alveolar Epithelial Cells Using Engineered Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles To Treat Pulmonary Fibrosis. ACS Nano 2024 18 (9), 7046-7063. DOI: 10.1021/acsnano.3c10547