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经FGF21修饰的脂肪干细胞来源的外泌体通过AMPKmTOR信号通路激活成纤维细胞的糖酵解作用从而促进伤口愈合
经FGF21修饰的脂肪干细胞来源的外泌体通过AMPK/mTOR信号通路激活成纤维细胞的糖酵解作用，从而促进伤口愈合
摘要背景慢性伤口愈合障碍仍是重大的临床难题，这主要源于传统治疗策略的效果有限。最新研究显示，工程化外泌体有望成为一种有效的无细胞治疗手段。本研究旨在阐明经FGF21修饰的脂肪来源间充质干细胞外泌体促进伤口愈合的机制。方法通过基因工程构建了过表达FGF21的ADSC细胞，随后利用透
慢性伤口愈合障碍仍是重大的临床难题，这主要源于传统治疗策略的效果有限。最新研究显示，工程化外泌体有望成为一种有效的无细胞治疗手段。本研究旨在阐明经FGF21修饰的脂肪来源间充质干细胞外泌体促进伤口愈合的机制。
通过基因工程构建了过表达FGF21的ADSC细胞，随后利用透射电子显微镜和纳米颗粒追踪分析技术分离并分析了富含FGF21的外泌体（）。通过增殖、迁移、侵袭及凋亡检测评估了对人类皮肤成纤维细胞的生物学作用，同时检测了糖酵解活性、葡萄糖消耗量、乳酸生成量、ATP水平以及羟脯氨酸含量，以探究其中的代谢变化。在机制研究中，还采用了AMPK药物抑制和PFKFB3基因敲低的方法。最后在小鼠全层皮肤缺损模型中进一步检测了该疗法的疗效。
具有典型的外泌体形态，直径在80至150纳米之间，且表达CD9和CD63这两种典型外泌体标记物。在体外实验中，显著增强了成纤维细胞的增殖、迁移和侵袭能力，促进了与胶原蛋白合成相关的基因表达，同时降低了细胞凋亡率。从机制上来看，激活了AMPK，抑制了mTOR信号通路，并提升了PFKFB3的表达水平。而AMPK抑制和PFKFB3敲低则显著减弱了这些促进修复的作用。代谢分析结果显示，提升了细胞的糖酵解能力，增加了葡萄糖的利用效率，提升了乳酸生成量，同时也提高了ATP和羟脯氨酸的水平，表明发生了糖酵解代谢重编程。在体内实验中，加速了伤口闭合，促进了表皮再生，增强了胶原蛋白沉积，并激活了AMPK/mTOR/PFKFB3信号通路。
经FGF21修饰的ADSC来源外泌体可通过AMPK/mTOR/PFKFB3信号轴诱导成纤维细胞的糖酵解代谢重编程，从而促进伤口愈合。这些研究结果为这一领域提供了新的机制见解，也为基于工程化外泌体的慢性伤口修复策略的治疗应用奠定了理论基础。
皮肤作为人体最大的器官，在维持体内稳态和抵御外部损伤方面起着至关重要的屏障作用[1]。对于糖尿病患者、患有血管疾病的人群以及老年人而言，慢性伤口愈合障碍是一大临床难题，其核心病理机制包括成纤维细胞功能异常以及代谢能量供应不足[2]、[3]、[4]。传统的伤口治疗方法往往效果有限，因此亟需开发新的修复策略。近年来，由于具有旁分泌作用，脂肪来源间充质干细胞已成为再生医学领域的热门研究对象，而作为天然纳米载体的外泌体则展现出独特的治疗优势[5]、[6]、[7]。
外泌体是一种体积较小的细胞外囊泡，直径通常在30至150纳米之间，其脂质双分子层结构能够保护其中的生物活性物质免受酶解作用[8]。与直接细胞治疗相比，外泌体具有免疫原性低、易于储存且无致癌风险等优点[9]。更重要的是，外泌体可以通过膜融合或内吞作用将其携带的蛋白质、核酸及其他生物活性分子递送至靶细胞，从而实现细胞间通信与功能调控[10]、[11]、[12]。纤毛生长因子家族中的代谢调节因子——纤毛生长因子21，已被证实可以通过激活AMPK信号通路并维持细胞能量稳态来促进组织修复[13]、[14]、[15]。然而，FGF21在伤口微环境中的不稳定性和快速降解特性严重限制了其生物利用度与治疗效果，因此亟需有效的递送策略。
伤口愈合是一个高度依赖能量的过程，需要大量的ATP以及各种生物合成前体物质，以支持细胞的增殖、迁移以及基质重塑[16]。作为伤口修复过程中的关键效应细胞，成纤维细胞通过代谢重编程来调控胶原蛋白的合成与组织重塑[17]。研究表明，代谢重编程，尤其是从氧化磷酸化向糖酵解的转变，能够为快速增殖的细胞提供必要的能量和代谢中间产物[18]。6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3是糖酵解过程中的关键限速酶，其表达与活性可调控细胞的糖酵解流量[19]。AMP活化的蛋白激酶与雷帕霉素靶蛋白是细胞代谢调控中的两个核心分子开关[20]。AMPK在能量不足时会被激活，进而促进分解代谢过程并维持ATP的生成；而mTOR则在营养充足时被激活，推动蛋白质合成与细胞生长[21]。最新研究显示，AMPK/mTOR轴不仅能够调控细胞的整体代谢状态，还能特异性地调节关键糖酵解酶的表达与活性[22]、[23]。
基于上述背景，本研究通过基因工程技术构建了过表达FGF21的ADSC细胞，并分离出了富含FGF21的工程化外泌体（）。我们推测，这类工程化外泌体能够将FGF21有效递送至成纤维细胞，激活AMPK/mTOR信号轴，提升PFKFB3的表达水平，进而推动糖酵解代谢重编程，为细胞的迁移和胶原蛋白合成提供必要的能量与代谢底物，最终加速皮肤修复。本研究不仅为理解外泌体介导的伤口愈合分子机制提供了新视角，也为基于代谢调控的伤口治疗策略的开发奠定了理论基础。
DMEM/F12培养基、胎牛血清以及青霉素-链霉素混合剂购自Gibco公司；I型胶原酶和细胞计数Kit-8购自Sigma-Aldrich公司；EdU细胞增殖检测试剂盒购自RiboBio公司；Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒购自BD Biosciences公司；TRIzol提取试剂购自Invitrogen公司；逆转录试剂盒和SYBR Green qPCR试剂盒购自TaKaRa公司；抗体：p-AMPK（编号#2535）、AMPK（编号#2532）、p-mTOR
为评估ADSC外泌体作为FGF21递送载体的有效性，我们首先通过qRT-PCR和Western blot分析确认了脂肪来源间充质干细胞中FGF21的过表达情况（见图1A-C）。透射电子显微镜观察显示，具有典型的杯状囊泡结构，形态完整（见图1D）。纳米颗粒追踪分析进一步证实，这类颗粒的尺寸主要集中在80–150纳米范围内
本研究证明，能够递送FGF21的ADSC来源工程化外泌体，可通过激活AMPK/mTOR/PFKFB3信号轴以及促进成纤维细胞的糖酵解重编程来推动皮肤伤口愈合。这些结果表明，代谢调控在外泌体介导的组织修复过程中起着重要作用。
由于能够保护载荷物质免于降解，并有助于实现靶向的细胞间通信，工程化外泌体为FGF21的递送提供了高效的载体平台[24]。
所有动物实验均严格遵循所在机构动物护理与使用委员会的指南进行，同时获得了温州医科大学第一附属医院实验室动物伦理委员会的批准（批准号：WYYY-AEC-2025-142）。实验过程完全符合相关机构规定以及国际动物护理与使用标准，以确保动物得到妥善对待。
所有作者均声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
Kewei ChenXiaoyu ChenChenyi WenWanying ChenZijin LiaoYanming ChenLiqun Li
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