小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

王嘉旻，李 琳，胡小偉，李天一，儲(chǔ)利勝*

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310053；浙江中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

小膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central Nervous System，CNS）中發(fā)揮著重要作用，它可以持續(xù)不斷地對(duì)分布在腦和脊髓中損壞的神經(jīng)、斑塊以及一些具有感染性的物質(zhì)進(jìn)行清除。近年來的相關(guān)研究指出，小膠質(zhì)細(xì)胞可以分為M1 型和M2 型。M1 型又名經(jīng)典型，該表型的小膠質(zhì)細(xì)胞可分泌促炎因子、細(xì)胞毒性物質(zhì)等，使細(xì)胞存活、增殖、分化等功能紊亂，加劇組織損傷；M2 型又名替代激活型，該表型的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)抑炎性細(xì)胞因子，可通過增強(qiáng)其吞噬功能而加快清除壞死組織并促進(jìn)組織修復(fù)[1]，且已有相關(guān)研究證明M2 型小膠質(zhì)細(xì)胞在諸如神經(jīng)退行性疾病、腦卒中等疾病中可對(duì)受損的神經(jīng)元起到保護(hù)作用。小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體是影響CNS 重要的因素之一，外泌體是直徑為30 ～150nm[2]的一種囊泡，通過多囊體的特定內(nèi)小體與質(zhì)膜融合而成。其中富含多種生物分子，細(xì)胞膜上含有大量膽固醇、鞘磷脂、神經(jīng)酰胺、糖脂及含長(zhǎng)飽和脂肪?；母视土字?，內(nèi)含RNA和蛋白質(zhì)等具有生物活性的物質(zhì)[3]。在外泌體自身膜蛋白識(shí)別靶細(xì)胞并與其融合后，這些生物活性物質(zhì)會(huì)參與細(xì)胞間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和信息傳遞，并在其中起著重要的作用[4]。它們不僅通過與靶細(xì)胞受體結(jié)合的方式直接刺激靶細(xì)胞，還通過攜帶功能性蛋白、微RNA（microRNAs，miRNA）等生物大分子對(duì)靶細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控。本文就小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體在CNS 疾病中的作用進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體的重要性

小膠質(zhì)細(xì)胞源于原始的髓系細(xì)胞，是CNS 的常駐細(xì)胞，也是其中非常重要的一道免疫防線，并且CNS 的完整性是通過膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間存在的相互作用維持的[5]。在構(gòu)成CNS 的所有細(xì)胞類型中，小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是最活躍的細(xì)胞類型，它可以形成一個(gè)橫跨CNS 的網(wǎng)絡(luò)，通過掃描胞體周圍區(qū)域并迅速向病灶極化發(fā)揮感知功能[6]。在生理或病理情況下，細(xì)胞因子、趨化因子和外泌體均可被小膠質(zhì)細(xì)胞釋放，其中外泌體是非常重要的調(diào)控免疫和抗原遞呈的物質(zhì)[7]，它可以作為載體介導(dǎo)細(xì)胞間的物質(zhì)交換，且已被證實(shí)與帕金森病（parkinson disease，PD）、阿爾茲海默癥（alzheimer’s disease，AD）、缺血性腦損傷、脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）等許多神經(jīng)系統(tǒng)方面的疾病有關(guān)。這是因?yàn)橥饷隗w可以攜帶如miRNA和蛋白質(zhì)類物質(zhì)，從而能影響受體細(xì)胞的基因表達(dá)和蛋白活性，這些物質(zhì)可能有助于α- 突觸核蛋白（alpha-synuclein，α-syn）等錯(cuò)折疊蛋白的傳播[8]。而miRNA 作為外泌體中最重要的組成成分，通過與靶基因中3’端非編碼區(qū)內(nèi)的堿基進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)并相互結(jié)合抑制靶基因的翻譯表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮其生物學(xué)功能[9]。除此之外，外泌體直徑較小，易于穿過血腦屏障，并且它的雙層脂膜結(jié)構(gòu)使其包裹載體的穩(wěn)定性較高，這些特性使得小膠質(zhì)細(xì)胞來源的外泌體可能是臨近小膠質(zhì)細(xì)胞群之間以及與周圍不同類型細(xì)胞（如神經(jīng)元）之間進(jìn)行通訊及功能調(diào)控的重要手段。

2 小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體與AD

AD 是一種典型的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其起病隱匿，呈慢性和持續(xù)性進(jìn)展，由于神經(jīng)元受損或死亡而導(dǎo)致記憶力和認(rèn)知功能逐步喪失。神經(jīng)原纖維纏結(jié)和以β- 淀粉樣蛋白（Aβ）為主要成分的老年斑是AD 的重要病理學(xué)特征[10]，病理性tau 蛋白的堆積是AD 的主要標(biāo)志[11]。研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體在AD 的進(jìn)展中發(fā)揮一定的作用。目前的證據(jù)表明，AD 中tau 病變的傳播可能是由tau 蛋白傳播引起的。Wang 等[12]發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元通過外泌體釋放tau 蛋白，而外泌體作為載體能夠介導(dǎo)其在突觸間的直接傳遞。除此之外，Asai 等[11]證實(shí)了小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體中存在tau 蛋白，小膠質(zhì)細(xì)胞通過有效的吞噬作用和促進(jìn)tau蛋白向胞外排放使tau 蛋白從神經(jīng)元傳遞到神經(jīng)元，并且在體內(nèi)相較于裸體形式，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的外泌體能更有效地將tau 蛋白傳遞給神經(jīng)元，而抑制外泌體的合成能顯著減少tau 蛋白在體外及體內(nèi)的增殖。除tau 外，目前研究發(fā)現(xiàn)Aβ 的有毒寡聚體可能會(huì)以朊病毒的方式進(jìn)行病理性增殖，而不同構(gòu)象的Aβ 間性質(zhì)存在差異，尤其是Aβ 低聚物（Aβ oligomers，oAβ）和Aβ 原纖維，它們具有較強(qiáng)的神經(jīng)毒性。Sardar 等[13]研究表明，oAβ 可以從外泌體中釋放，在AD 患者的大腦中，攜帶oAβ 的外泌體被神經(jīng)元吸收后可轉(zhuǎn)移到二級(jí)神經(jīng)元并在二級(jí)神經(jīng)元處釋放攜帶的oAβ，從而引起神經(jīng)毒性，而抑制外泌體的形成及分泌后，oAβ 的傳播也相應(yīng)地被抑制。另外，小膠質(zhì)細(xì)胞脫落的MVs與Aβ 原纖維之間有很強(qiáng)的相互作用，同時(shí)它對(duì)Aβ 單體的聚集也存在抑制作用，由此發(fā)現(xiàn)原代小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ 原纖維存在較強(qiáng)的吸收作用[14]。另外，反復(fù)輕度腦損傷（Repetitive mild traumatic brain injury，RmTBI）被認(rèn)定是導(dǎo)致AD 等長(zhǎng)期神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素，盡管機(jī)制尚未闡明，但已有研究表明RmTBI 通過損傷軸突轉(zhuǎn)運(yùn)過程從而引起Aβ 的病理性積累[15]。小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體中的miR-124-3p 已被證實(shí)有助于改善Aβ 異常。Ge 等[16]利用RmTBI 小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在rmTBI急性期和亞急性期miR-124-3p 的表達(dá)水平不斷增加，且miR-124-3p 可抑制重復(fù)損傷所致神經(jīng)元的Aβ 異常，深入研究后發(fā)現(xiàn)miR-124-3p 通過向神經(jīng)元轉(zhuǎn)移和靶向Rela/ApoE 信號(hào)通路，在一定程度上減輕了RmTBI 導(dǎo)致的神經(jīng)退行性疾病。綜上，小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體在AD 中的保護(hù)作用與致病作用均存在，具體作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究，并且如何有效地利用這些作用進(jìn)而能夠更好地治療AD 也十分關(guān)鍵。

3 小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體與腦缺血及腦卒中

缺血性腦卒中在臨床上發(fā)病率較高，小膠質(zhì)細(xì)胞在缺血性腦卒中的不同階段起著雙重作用[17]。例如，在神經(jīng)發(fā)生方面，有研究表明梗死周圍區(qū)的小膠質(zhì)細(xì)胞不利于神經(jīng)發(fā)生[18]，但同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)促血管生成的小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過上調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子α（TGF-α）而促進(jìn)缺血性腦卒中后神經(jīng)細(xì)胞的增殖和分化[19]。目前，在缺血性腦損傷方面，已有大量實(shí)驗(yàn)證明小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體中的miRNAs 對(duì)神經(jīng)有重要的保護(hù)作用。從M2 表型的BV2 細(xì)胞中分離后提取到的外泌體，其中的miRNA-137 通過miRNA-137/notch1通路參與了BV2-Exo 相關(guān)的神經(jīng)保護(hù)，從而對(duì)經(jīng)氧-葡萄糖剝奪（Oxygen-glucose deprivation，OGD）處理的神經(jīng)元產(chǎn)生了保護(hù)作用[20]，并且還發(fā)現(xiàn)其中的miR-124 可以下調(diào)其下游USP14 靶點(diǎn)的表達(dá)，從而降低了神經(jīng)元凋亡率，促進(jìn)其存活[21]。Li 等[22]發(fā)現(xiàn)，將損傷的神經(jīng)元與過度表達(dá)miR-124-3p 的小膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)后，神經(jīng)元的自噬被抑制，這一過程可能是通過小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體實(shí)現(xiàn)的，相關(guān)機(jī)制包括miR-124-3p 與FIP200 mRNA 的3′UTR 特異性結(jié)合以調(diào)節(jié)其翻譯。此外，miR-124-3p 的增加會(huì)促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞向可抵御炎癥的M2 型極化，而神經(jīng)炎癥的特征是促炎細(xì)胞因子﹝包括腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-6 ﹞的表達(dá)增加和抗炎細(xì)胞因子（包括IL-10）的表達(dá)減少，用miR-124-3p過表達(dá)的外泌體治療后可抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)以及促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)miR-124-3p可通過抑制mTOR 信號(hào)的活性來抑制神經(jīng)元炎癥的發(fā)生[23]。除miRNAs 外，腦缺血后期小膠質(zhì)細(xì)胞通過外泌體釋放的煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（NAMPT）也參與調(diào)控了小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的腦缺血慢性期的炎癥，并在構(gòu)建大鼠OGD/R 模型后發(fā)現(xiàn)，缺血條件下誘導(dǎo)表達(dá)和釋放的NAMPT 顯著增加，而當(dāng)NAMPT 活性和釋放受到抑制時(shí)，M1 型小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镸2 型且細(xì)胞內(nèi)的核因子κB（NF-κB）被激活，從而減輕了腦缺血后期小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥[24]。

4 小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體與PD

PD 是老年人常見的一種神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，其最主要的病理改變是Lewy 小體在多巴胺（DA）神經(jīng)中的形成和沉積以及這些DA 神經(jīng)元的變性和死亡[8]。作為L(zhǎng)ewy 小體的主要組成成分，α-syn 可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并且引發(fā)炎癥反應(yīng)，而神經(jīng)元的損傷則是因?yàn)樾∧z質(zhì)細(xì)胞異常活化，最終引發(fā)自噬功能障礙。目前已有研究表明，PD 患者腦脊液中存在含α-syn的外泌體[25]。有報(bào)道提到α-syn 異常聚集并在細(xì)胞間傳播，而外泌體被認(rèn)為是這一過程非常重要的介質(zhì)，據(jù)此，Minakaki 等[25]研究發(fā)現(xiàn)腦脊液中的EVs（extracellular vesicles）能夠?qū)ⅵ?syn 從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。Guo 等[26]發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞通過預(yù)成型纖維（preformed fibril，PFF）處理后能夠釋放含有α-syn 的外泌體，含有α-syn 的外泌體能夠誘導(dǎo)次級(jí)神經(jīng)元中α-syn 的聚集并介導(dǎo)α-syn 在小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的胞外傳遞以及神經(jīng)元之間的傳遞，當(dāng)用藥物抑制小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體的分泌后發(fā)現(xiàn)，α-syn 從小膠質(zhì)細(xì)胞向神經(jīng)元的傳遞減少，因此小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體可能是抑制α-syn 擴(kuò)散的潛在干預(yù)靶點(diǎn)[27]。除此之外，林輝等[9]研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)α-syn的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞（SH-SY5Y 細(xì)胞）外泌體刺激小膠質(zhì)細(xì)胞后，其重新分泌的外泌體中miRNAs 的成分改變，而該外泌體可通過miR-19a-3p 靶向抑制PTEN，激活PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路，最終抑制神經(jīng)細(xì)胞的自噬，這同時(shí)也是PD 產(chǎn)生的相關(guān)機(jī)理。因此，治療PD 的重要突破口可能是調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞的自噬。

5 小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體與SCI

SCI 是一種嚴(yán)重的中樞神經(jīng)創(chuàng)傷疾病，在世界范圍內(nèi)長(zhǎng)期致殘且致死率較高。SCI 后的血運(yùn)重建十分重要，它為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的重建提供營(yíng)養(yǎng)支持、維持其內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、促進(jìn)血管生成，有利于相關(guān)功能的恢復(fù)。目前已有研究顯示，SCI 后受損部位四周的小膠質(zhì)細(xì)胞可迅速聚集，起到神經(jīng)保護(hù)的作用，并且促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞增殖可以減少SCI 后的組織丟失和功能缺陷[28]。Li 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體可將其中的miR-151-3p 傳遞給神經(jīng)元，增加其在神經(jīng)元中的表達(dá)，同時(shí)miR-151-3p 通過直接靶向p53 的3′ -UTR 調(diào)節(jié)p53/p21/CDK 1 信號(hào)通路，從而抑制神經(jīng)元凋亡以及介導(dǎo)軸突生長(zhǎng)這一過程，促進(jìn)SCI 部位相關(guān)功能的恢復(fù)。除此之外，由于SCI 后會(huì)繼發(fā)缺氧、微環(huán)境失衡，引起大量氧自由基和活性氧類的產(chǎn)生及釋放，高水平的氧化應(yīng)激和惡劣的微環(huán)境會(huì)限制血管修復(fù)、軸突再生等，而用小膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體處理內(nèi)皮細(xì)胞，可通過調(diào)節(jié)keap1/Nrf2/ho-1 信號(hào)通路抑制內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激，提高內(nèi)皮細(xì)胞的存活率，同時(shí)還能促進(jìn)體內(nèi)血管的再生以及SCI 后相應(yīng)功能的恢復(fù)[30]。另外，還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活在SCI發(fā)生后的炎癥過程中起到重要作用，這是因?yàn)樾∧z質(zhì)細(xì)胞外泌體中的miR-145-5p 是星形膠質(zhì)細(xì)胞的負(fù)調(diào)節(jié)因子，其下調(diào)可消除Smad3 對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖的抑制[31]，從而修復(fù)損傷、恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。

6 小結(jié)

綜上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的外泌體在各種臨床應(yīng)用中具有相當(dāng)大的潛力，極有可能成為臨床診治的新靶點(diǎn)，同時(shí)也可用于對(duì)CNS 疾病的病理及生理過程的研究。另外，外泌體參與介導(dǎo)了腦卒中后重建大腦功能這一過程，由于其具有穿過血腦屏障的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和包含許多不同物質(zhì)的特點(diǎn)，故在生物學(xué)標(biāo)志物、重塑神經(jīng)血管等方面可能存在極大的作用。但針對(duì)外泌體的研究目前仍存在許多問題尚待解決，包括外泌體中的miRNA 種類較多，其在機(jī)體中的作用也各異；外泌體中具有生物活性的分子數(shù)目較大，許多分子的功效尚未被闡明；如何提取制備高濃度的外泌體是關(guān)鍵問題[32]。雖然目前大量研究已不斷證實(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的外泌體在腦血管意外和神經(jīng)退行性疾病中的作用，且相關(guān)作用機(jī)制也逐漸清晰，但仍需確認(rèn)這些作用機(jī)理是否完善，是否存在仍未發(fā)現(xiàn)的作用機(jī)制，并且需要進(jìn)一步探索外泌體在其他CNS 疾病中的作用?？傊∧z質(zhì)細(xì)胞源性外泌體在臨床治療中具有相當(dāng)大的研究?jī)r(jià)值。