外泌體在神經(jīng)退行性病變中的研究進展

陳欣雅綜述， 季秋虹審校

外泌體在神經(jīng)退行性病變中的研究進展

陳欣雅綜述， 季秋虹審校

外泌體(exosomes)是一種由多種細胞分泌的直徑為50～90 nm的膜性囊泡。外泌體可以在靶細胞間激活并運輸，從而發(fā)揮其細胞間信息交流的作用。外泌體內(nèi)不僅含有特定的蛋白和脂質(zhì)，還包含信使RNAs(mRNAs)和microRNAs(miRNAs)。外泌體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元的形成、再生以及調(diào)節(jié)突觸的功能；在神經(jīng)退行性疾病中，可通過細胞間傳遞神經(jīng)毒性錯誤折疊蛋白而致病。這篇綜述著重強調(diào)了外泌體在神經(jīng)退行性病變及神經(jīng)保護方面的作用，通過識別神經(jīng)退行性疾病中外泌體的異常，深入了解其發(fā)病機制。同時，發(fā)現(xiàn)特征性的生物標記物對于疾病的診治有很大幫助。

1 外泌體的生物起源和內(nèi)容

外泌體包含各種蛋白、脂質(zhì)和核酸。通過對外泌體起源和轉(zhuǎn)運的認識，有助于我們理解細胞如何利用外泌體實現(xiàn)細胞間交流及改變外周環(huán)境。外泌體的形成起源于漿膜上網(wǎng)格蛋白微區(qū)的內(nèi)吞作用，轉(zhuǎn)運必需內(nèi)體分選復合物(ESCRT)促進由內(nèi)吞作用產(chǎn)生的囊泡形成裝載有“貨物”的早期核內(nèi)體，早期核內(nèi)體逐漸蓄積和成熟形成晚期核內(nèi)體，晚期核內(nèi)體內(nèi)產(chǎn)生很多小囊泡(ILVs)，進一步形成多囊泡體(MVBs)[1，2]。MVBs與質(zhì)膜融合，導致小囊泡釋放到細胞外空間從而發(fā)揮作用。Trajkovic等人[3]證明，在少突細胞中，ILVs的釋放依賴于ESCRT，MVBs內(nèi)鞘磷脂神經(jīng)酰胺的分布可調(diào)節(jié)胞外ILVs的釋放，從而調(diào)節(jié)外泌體的釋放。一些研究表明，外泌體的釋放依賴于Rab27和Rab35，且被神經(jīng)鞘磷脂酶抑制劑阻斷[3,4]。另一個研究指出，Ca2+及離子載體A23187可誘導外泌體釋放[5]。

外泌體的組成包括膜轉(zhuǎn)運和融合相關蛋白(GTP酶、flotillin、annexins)、四跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81、CD82)、熱休克蛋白(HSP70，HSP90)、多囊泡泡體內(nèi)產(chǎn)生相關蛋白(Alix,TSG101)，脂質(zhì)相關蛋白和磷脂酶。來源不同的外泌體含有不同的蛋白，這些蛋白均可作為陽性“標記物”。最常見的標記物為TSG101,Alix,flotillin和 Rab5b，免疫印跡或者ELISA法均可檢測，證明外泌體的存在。除了膜相關蛋白以外，質(zhì)譜分析可鑒別與外泌體相關的4400多種蛋白，這些蛋白參與細胞間的相互聯(lián)系[6]。

外泌體的脂質(zhì)含量十分豐富，不同細胞來源的外泌體其脂質(zhì)組成的成份各不相同，與外泌體的形成密切相關，包括磷脂酰膽堿、磷脂酰、乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、神經(jīng)酰胺、膽固醇和鞘磷脂。脂質(zhì)成份如鞘磷脂和GM3，決定了外泌體不同的生物學功能，同時也決定了它們的傳送效率[7]。而外泌體膜上磷脂酰絲氨酸水平的高低會影響其信息交流的功能。

除了蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，外泌體還包含有核酸(包括miRNA，mRNA)和其他非編碼RNA。許多研究報道，外泌體的RNA不同于親代細胞的RNA[8]。也有一些報道，來源于癌癥細胞的外泌體包含有與親代細胞相同的miRNA，因此可以用作腫瘤標記物[9]。通過電鏡鑒定外泌體尋找疾病的生物標記物，費時且昂貴，通過miRNA來證明外泌體的存在不失為一個更好的方法。由外泌體攜帶的mRNAs可以在受體細胞中翻譯，同時miRNAs和ncRNAs可以調(diào)控基因的表達。外泌體中也包含DNA，但這些DNA的功能還未被證實。

總之，外泌體可由各種細胞分泌，并且包含多種蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸。因此外泌體可以看成是運輸者、細胞間交流的橋梁，在起源細胞與其他細胞間進行物質(zhì)傳遞。

2 神經(jīng)元之間通過外泌體的交流

外泌體通過傳遞活化的分子與鄰近的細胞相互聯(lián)系，因此細胞間的信息交流是外泌體的主要功能。Skog等人[10]研究了神經(jīng)膠質(zhì)細胞與軸突之間蛋白質(zhì)和miRNAs的運輸。為了應答谷氨酸能突觸的活化，海馬神經(jīng)元和培養(yǎng)的皮質(zhì)細胞向胞外釋放外泌體。特異的髓磷脂脂質(zhì)(半乳糖腦苷脂，硫苷脂和膽固醇)通過少突膠質(zhì)細胞釋放進入外泌體，是髓磷脂鞘和神經(jīng)傳導的本質(zhì)特征。

在病理環(huán)境下，小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的巨噬細胞可以被激活，同時小膠質(zhì)細胞通過分泌外泌體發(fā)揮著抗原提呈細胞的作用。ATP的刺激和鞘磷脂酶活化后，小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的漿膜可以釋放外泌體，這些外泌體中含有促炎癥因子IL-β。氧化反應和熱應激后，培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞也可以釋放外泌體，而這些外泌體中含有熱休克蛋白70和突觸蛋白-1。Guescini等[11]報道，星形膠質(zhì)細胞釋放的外泌體含有線粒體DNA，而來源于星形膠質(zhì)細胞和惡性膠質(zhì)瘤的腦腫瘤細胞釋放的外泌體包含有免疫抑制劑和致癌因子。因此，外泌體通過轉(zhuǎn)移不同來源的分子發(fā)揮其細胞間信息交流的作用。

3 神經(jīng)退行性病變中的外泌體

神經(jīng)細胞的死亡是神經(jīng)退行性變的一個主要原因，也是許多疾病如阿爾茨海默癥(AD)、亨廷頓舞蹈癥(HD)、帕金森疾病(PD)、尼曼克氏癥、額顳癡呆、肌萎縮側(cè)索硬化癥等神經(jīng)退行性疾病的標志。以上疾病都涉及神經(jīng)系統(tǒng)中受累區(qū)域蛋白的聚集和內(nèi)含物的形成。細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的正確分選和降解對于維持神經(jīng)元的健康狀態(tài)十分重要。外泌體與神經(jīng)退行性疾病中突變的錯誤折疊蛋白的傳播有關，這些“毒性”蛋白可以作為寡聚體形成模板。神經(jīng)元通過胞內(nèi)體途徑對這些蛋白進行加工并嘗試去除這些聚集的蛋白，最終這些蛋白被降解進入溶酶體或者合并入MVBs，后者最終以外泌體的形式釋放入胞外環(huán)境中。

1970年Paula-Barbosa等人[12]首次發(fā)現(xiàn)AD患者前腦皮質(zhì)神經(jīng)元中MVBs的數(shù)量明顯增加。淀粉狀蛋白β42(Aβ42)作為AD特征性老年斑的主要成分 ，聚集在MVBs中。AD患者體內(nèi)的外泌體將不恰當分選及聚集的淀粉狀蛋白-β傳遞到其他組織。當清除通路被抑制時，外泌體在毒性Aβ的降解和毒性肽段的聚集方面均有一定作用。

1997年在亨廷頓疾病中首次發(fā)現(xiàn)了MVBs，突變的亨廷頓蛋白聚集在MVBs中。除MVBs外，其他膜結(jié)構(gòu)如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、脂筏、晚期內(nèi)含體也發(fā)現(xiàn)了亨廷頓蛋白[13，14]。亨廷頓相關蛋白(HAP-1)與ESCRT-O相互作用，其過量表達與通過MVBs與溶酶體生物EGF受體運輸損傷相關。

PD是僅次于AD的常見神經(jīng)退行性疾病，以路易小體黑質(zhì)內(nèi)選擇性的多巴胺神經(jīng)元變性為特征，而路易小體主要由α-突觸核蛋白(α-syn)和泛素化蛋白組成。90%的PD患者散發(fā)，家族性的病例與α-syn和LRRK2等基因有關。但目前為止該疾病確切的發(fā)病機制仍不清楚。在PD中外泌體傳遞α-syn的毒性形式并釋放α-syn沉積物[1,15，16]。神經(jīng)元間傳遞的α-syn可以在受體細胞中沉積。星形膠質(zhì)細胞的內(nèi)吞作用可清除α-syn的沉積[17，18]。但是，過量攝取α-syn可產(chǎn)生神經(jīng)膠質(zhì)包含物并產(chǎn)生炎癥反應。LRRK2在外泌體分泌和MVBs與漿膜融合的過程中發(fā)揮作用。2008年Shin等[20]證明了LRRK2與內(nèi)吞載體的運輸調(diào)節(jié)者Rab5b之間相互作用。阿爾茨海默病的致病蛋白tau蛋白可以加速外泌體介導的α-syn毒素從損傷的神經(jīng)元中釋放。探索LRRK2，tau與外泌體之間的相互關系為α-syn的蔓延和PD的進展提供了重要的線索。

朊蛋白病是由朊病毒蛋白PrPsc異常引起的一種毒性的羊瘙癢病，最終導致神經(jīng)元的死亡并引起腦組織內(nèi)海綿狀空泡。朊病毒蛋白PrPc和PrPsc 均與外泌體相關，且含外泌體的PrPsc 在動物和細胞中都具有傳染性。除了細胞培養(yǎng)物可以隔離外泌體載體，原代培養(yǎng)的神經(jīng)元和腦脊液作為外泌體的來源可以檢測到阮病毒顆粒[22]。阮病毒疾病中MVBs發(fā)生異常并且增加，為外泌體促進朊病毒疾病的進展提供了依據(jù)。

4 外泌體在神經(jīng)保護方面的作用

許多研究均顯示了外泌體在神經(jīng)元保護、神經(jīng)元再生、神經(jīng)元形成、突觸可塑性方面的作用，并且闡明了外泌體可由神經(jīng)元，小膠質(zhì)細胞，星形膠質(zhì)細胞，少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)干細胞等釋放。在小鼠大腦早期神經(jīng)形成的過程中，外泌體即被釋放入神經(jīng)管內(nèi)的腦室液中[23]。由外泌體介導的空間和時間梯度在神經(jīng)元的形成過程中很重要。

5 外泌體在神經(jīng)退行性病變治療方面的作用

許多藥物不能通過血腦屏障，這是現(xiàn)代神經(jīng)藥理學所面臨的一個大問題。在這一方面外泌體很有優(yōu)勢，它可以通過血腦屏障。最近的報道也證明了外泌體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有抗神經(jīng)炎癥的作用。比如，包裹外泌體的姜黃可抑制LPS誘導的炎癥，同時抑制髓磷脂少突膠質(zhì)細胞糖蛋白誘導的自身免疫反應[24]。關于外泌體在治療方面的研究也越來越成熟，相信在不久的將來應用于臨床。

6 總 結(jié)

外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)中參與許多重要的過程，正常環(huán)境下可以在神經(jīng)元細胞間進行信息交流，外泌體在神經(jīng)退行性疾病中又與錯誤折疊的蛋白傳播有關，外泌體在神經(jīng)元保護、神經(jīng)再生、神經(jīng)元形成、突觸可塑性方面扮演者重要的角色。因此，深入了解外泌體的生理功能和在神經(jīng)退行性疾病中的致病機制，對研究神經(jīng)退行性疾病的診療方法有重大意義和臨床應用前景。

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1003-2754(2017)02-0191-02

R741

2016-10-29；

2017-01-30

國家自然科學基金(81201016，81272027，81071483)；南通市民生示范推廣項目(MS32015026)；南通大學研究生創(chuàng)新計劃(YKC16099)

(南通大學附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南通 226001)

季秋虹，E-mail：jiqiuhong@sina.com