小膠質細胞源性外泌體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展

王嘉旻，李 琳，胡小偉，李天一，儲利勝*

（1.浙江中醫(yī)藥大學第四臨床醫(yī)學院，浙江 杭州 310053；浙江中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，浙江 杭州 310053）

小膠質細胞在中樞神經(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進行清除。近年來的相關研究指出，小膠質細胞可以分為M1 型和M2 型。M1 型又名經(jīng)典型，該表型的小膠質細胞可分泌促炎因子、細胞毒性物質等，使細胞存活、增殖、分化等功能紊亂，加劇組織損傷；M2 型又名替代激活型，該表型的小膠質細胞表達抑炎性細胞因子，可通過增強其吞噬功能而加快清除壞死組織并促進組織修復[1]，且已有相關研究證明M2 型小膠質細胞在諸如神經(jīng)退行性疾病、腦卒中等疾病中可對受損的神經(jīng)元起到保護作用。小膠質細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小體與質膜融合而成。其中富含多種生物分子，細胞膜上含有大量膽固醇、鞘磷脂、神經(jīng)酰胺、糖脂及含長飽和脂肪酰基的甘油磷脂鏈，內含RNA和蛋白質等具有生物活性的物質[3]。在外泌體自身膜蛋白識別靶細胞并與其融合后，這些生物活性物質會參與細胞間的物質轉運和信息傳遞，并在其中起著重要的作用[4]。它們不僅通過與靶細胞受體結合的方式直接刺激靶細胞，還通過攜帶功能性蛋白、微RNA（microRNAs，miRNA）等生物大分子對靶細胞進行調控。本文就小膠質細胞源性外泌體在CNS 疾病中的作用進行簡述。

1 小膠質細胞源性外泌體的重要性

小膠質細胞源于原始的髓系細胞，是CNS 的常駐細胞，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細胞和神經(jīng)元之間存在的相互作用維持的[5]。在構成CNS 的所有細胞類型中，小膠質細胞被認為是最活躍的細胞類型，它可以形成一個橫跨CNS 的網(wǎng)絡，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，細胞因子、趨化因子和外泌體均可被小膠質細胞釋放，其中外泌體是非常重要的調控免疫和抗原遞呈的物質[7]，它可以作為載體介導細胞間的物質交換，且已被證實與帕金森病（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。這是因為外泌體可以攜帶如miRNA和蛋白質類物質，從而能影響受體細胞的基因表達和蛋白活性，這些物質可能有助于α- 突觸核蛋白（alpha-synuclein，α-syn）等錯折疊蛋白的傳播[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)內的堿基進行互補配對并相互結合抑制靶基因的翻譯表達，進而發(fā)揮其生物學功能[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構使其包裹載體的穩(wěn)定性較高，這些特性使得小膠質細胞來源的外泌體可能是臨近小膠質細胞群之間以及與周圍不同類型細胞（如神經(jīng)元）之間進行通訊及功能調控的重要手段。

2 小膠質細胞源性外泌體與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)性進展，由于神經(jīng)元受損或死亡而導致記憶力和認知功能逐步喪失。神經(jīng)原纖維纏結和以β- 淀粉樣蛋白（Aβ）為主要成分的老年斑是AD 的重要病理學特征[10]，病理性tau 蛋白的堆積是AD 的主要標志[11]。研究表明，小膠質細胞外泌體在AD 的進展中發(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其在突觸間的直接傳遞。除此之外，Asai 等[11]證實了小膠質細胞外泌體中存在tau 蛋白，小膠質細胞通過有效的吞噬作用和促進tau蛋白向胞外排放使tau 蛋白從神經(jīng)元傳遞到神經(jīng)元，并且在體內相較于裸體形式，小膠質細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 蛋白在體外及體內的增殖。除tau 外，目前研究發(fā)現(xiàn)Aβ 的有毒寡聚體可能會以朊病毒的方式進行病理性增殖，而不同構象的Aβ 間性質存在差異，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)元吸收后可轉移到二級神經(jīng)元并在二級神經(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 的傳播也相應地被抑制。另外，小膠質細胞脫落的MVs與Aβ 原纖維之間有很強的相互作用，同時它對Aβ 單體的聚集也存在抑制作用，由此發(fā)現(xiàn)原代小膠質細胞對Aβ 原纖維存在較強的吸收作用[14]。另外，反復輕度腦損傷（Repetitive mild traumatic brain injury，RmTBI）被認定是導致AD 等長期神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的重要危險因素，盡管機制尚未闡明，但已有研究表明RmTBI 通過損傷軸突轉運過程從而引起Aβ 的病理性積累[15]。小膠質細胞外泌體中的miR-124-3p 已被證實有助于改善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 的表達水平不斷增加，且miR-124-3p 可抑制重復損傷所致神經(jīng)元的Aβ 異常，深入研究后發(fā)現(xiàn)miR-124-3p 通過向神經(jīng)元轉移和靶向Rela/ApoE 信號通路，在一定程度上減輕了RmTBI 導致的神經(jīng)退行性疾病。綜上，小膠質細胞源性外泌體在AD 中的保護作用與致病作用均存在，具體作用機制尚待進一步研究，并且如何有效地利用這些作用進而能夠更好地治療AD 也十分關鍵。

3 小膠質細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，小膠質細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)的小膠質細胞不利于神經(jīng)發(fā)生[18]，但同時也有研究發(fā)現(xiàn)促血管生成的小膠質細胞可能通過上調轉化生長因子α（TGF-α）而促進缺血性腦卒中后神經(jīng)細胞的增殖和分化[19]。目前，在缺血性腦損傷方面，已有大量實驗證明小膠質細胞外泌體中的miRNAs 對神經(jīng)有重要的保護作用。從M2 表型的BV2 細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 相關的神經(jīng)保護，從而對經(jīng)氧-葡萄糖剝奪（Oxygen-glucose deprivation，OGD）處理的神經(jīng)元產(chǎn)生了保護作用[20]，并且還發(fā)現(xiàn)其中的miR-124 可以下調其下游USP14 靶點的表達，從而降低了神經(jīng)元凋亡率，促進其存活[21]。Li 等[22]發(fā)現(xiàn)，將損傷的神經(jīng)元與過度表達miR-124-3p 的小膠質細胞共培養(yǎng)后，神經(jīng)元的自噬被抑制，這一過程可能是通過小膠質細胞外泌體實現(xiàn)的，相關機制包括miR-124-3p 與FIP200 mRNA 的3′UTR 特異性結合以調節(jié)其翻譯。此外，miR-124-3p 的增加會促進小膠質細胞向可抵御炎癥的M2 型極化，而神經(jīng)炎癥的特征是促炎細胞因子﹝包括腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-1β、IL-6 ﹞的表達增加和抗炎細胞因子（包括IL-10）的表達減少，用miR-124-3p過表達的外泌體治療后可抑制促炎細胞因子的表達以及促進抗炎細胞因子的表達，同時還發(fā)現(xiàn)miR-124-3p可通過抑制mTOR 信號的活性來抑制神經(jīng)元炎癥的發(fā)生[23]。除miRNAs 外，腦缺血后期小膠質細胞通過外泌體釋放的煙酰胺磷酸核糖轉移酶（NAMPT）也參與調控了小膠質細胞介導的腦缺血慢性期的炎癥，并在構建大鼠OGD/R 模型后發(fā)現(xiàn)，缺血條件下誘導表達和釋放的NAMPT 顯著增加，而當NAMPT 活性和釋放受到抑制時，M1 型小膠質細胞轉變?yōu)镸2 型且細胞內的核因子κB（NF-κB）被激活，從而減輕了腦缺血后期小膠質細胞介導的炎癥[24]。

4 小膠質細胞源性外泌體與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Lewy 小體的主要組成成分，α-syn 可以激活小膠質細胞，并且引發(fā)炎癥反應，而神經(jīng)元的損傷則是因為小膠質細胞異常活化，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]。有報道提到α-syn 異常聚集并在細胞間傳播，而外泌體被認為是這一過程非常重要的介質，據(jù)此，Minakaki 等[25]研究發(fā)現(xiàn)腦脊液中的EVs（extracellular vesicles）能夠將α-syn 從一個細胞轉移到另一個細胞。Guo 等[26]發(fā)現(xiàn)小膠質細胞通過預成型纖維（preformed fibril，PFF）處理后能夠釋放含有α-syn 的外泌體，含有α-syn 的外泌體能夠誘導次級神經(jīng)元中α-syn 的聚集并介導α-syn 在小膠質細胞和神經(jīng)元之間的胞外傳遞以及神經(jīng)元之間的傳遞，當用藥物抑制小膠質細胞外泌體的分泌后發(fā)現(xiàn)，α-syn 從小膠質細胞向神經(jīng)元的傳遞減少，因此小膠質細胞外泌體可能是抑制α-syn 擴散的潛在干預靶點[27]。除此之外，林輝等[9]研究發(fā)現(xiàn)過表達α-syn的人神經(jīng)母細胞瘤細胞（SH-SY5Y 細胞）外泌體刺激小膠質細胞后，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 信號通路，最終抑制神經(jīng)細胞的自噬，這同時也是PD 產(chǎn)生的相關機理。因此，治療PD 的重要突破口可能是調控神經(jīng)細胞的自噬。

5 小膠質細胞源性外泌體與SCI

SCI 是一種嚴重的中樞神經(jīng)創(chuàng)傷疾病，在世界范圍內長期致殘且致死率較高。SCI 后的血運重建十分重要，它為神經(jīng)元網(wǎng)絡的重建提供營養(yǎng)支持、維持其內環(huán)境穩(wěn)定、促進血管生成，有利于相關功能的恢復。目前已有研究顯示，SCI 后受損部位四周的小膠質細胞可迅速聚集，起到神經(jīng)保護的作用，并且促進小膠質細胞增殖可以減少SCI 后的組織丟失和功能缺陷[28]。Li 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，小膠質細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，同時miR-151-3p 通過直接靶向p53 的3′ -UTR 調節(jié)p53/p21/CDK 1 信號通路，從而抑制神經(jīng)元凋亡以及介導軸突生長這一過程，促進SCI 部位相關功能的恢復。除此之外，由于SCI 后會繼發(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，高水平的氧化應激和惡劣的微環(huán)境會限制血管修復、軸突再生等，而用小膠質細胞源性外泌體處理內皮細胞，可通過調節(jié)keap1/Nrf2/ho-1 信號通路抑制內皮細胞的氧化應激，提高內皮細胞的存活率，同時還能促進體內血管的再生以及SCI 后相應功能的恢復[30]。另外，還有學者發(fā)現(xiàn)小膠質細胞的激活在SCI發(fā)生后的炎癥過程中起到重要作用，這是因為小膠質細胞外泌體中的miR-145-5p 是星形膠質細胞的負調節(jié)因子，其下調可消除Smad3 對星形膠質細胞增殖的抑制[31]，從而修復損傷、恢復穩(wěn)態(tài)。

6 小結

綜上所述，小膠質細胞分泌的外泌體在各種臨床應用中具有相當大的潛力，極有可能成為臨床診治的新靶點，同時也可用于對CNS 疾病的病理及生理過程的研究。另外，外泌體參與介導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特優(yōu)勢和包含許多不同物質的特點，故在生物學標志物、重塑神經(jīng)血管等方面可能存在極大的作用。但針對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鍵問題[32]。雖然目前大量研究已不斷證實小膠質細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，且相關作用機制也逐漸清晰，但仍需確認這些作用機理是否完善，是否存在仍未發(fā)現(xiàn)的作用機制，并且需要進一步探索外泌體在其他CNS 疾病中的作用。總之，小膠質細胞源性外泌體在臨床治療中具有相當大的研究價值。