中風(fēng)治療：外泌體療法優(yōu)于干細胞療法嗎？

中風(fēng)是最常見的致殘和死亡原因之一，目前缺乏理想的臨床治療方法。干細胞移植是一種廣泛使用的中風(fēng)治療方法。與其他類型的干細胞相比，間充質(zhì)干細胞因其諸多優(yōu)勢而受到廣泛研究。

旁分泌作用是干細胞發(fā)揮作用的主要機制，而外泌體在旁分泌作用中起著至關(guān)重要的作用。與細胞療法相比，無細胞外泌體療法可以避免許多風(fēng)險和困難，因此代表了一種有前途的新型治療方法。那么，外泌體療法優(yōu)于干細胞療法嗎？

中風(fēng)是全球第二大最常見的致命疾病，也是成人永久性殘疾的最常見原因。腦卒中可分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中。

我國每21秒就有1人因中風(fēng)死亡，據(jù)流行病學(xué)的調(diào)查，患腦卒中的人群當(dāng)中，45歲以下的人已經(jīng)達到了10%的比例，且在未來的數(shù)年之內(nèi)，這個比例可能還會繼續(xù)上升。高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙等都是腦卒中的危險因素，這些危險因素在逐步年輕化，所以綜合起來，腦卒中在年輕人群中的發(fā)病風(fēng)險也會變大。

臨床上，缺血性卒中比出血性卒中更常見，占所有卒中相關(guān)事件的約 80%，而出血性卒中占所有卒中的約 15%。

目前，嚴重急性缺血性腦卒中的治療手段僅限于快速再通（血栓切除術(shù)）和溶栓治療（注射組織纖溶酶原激活劑），但在臨床治療中，這兩種治療的最佳給藥時間僅在中風(fēng)發(fā)作術(shù)后4.5h。

如果在腦卒中發(fā)作后，錯過了4.5小時的黃金治療期，再次治療不僅無效而且會增加出血事件的風(fēng)險。

之前的一項研究表明，只有 10% 的患者在卒中發(fā)作后 4.5 小時內(nèi)接受了治療。死亡率高的出血性中風(fēng)的主要治療方法是手術(shù)機械清除局部血腫，并結(jié)合藥物降低顱內(nèi)壓。

然而，血腫清除后，炎癥級聯(lián)反應(yīng)、神經(jīng)元凋亡、氧化應(yīng)激和局部凝血酶升高等主要挑戰(zhàn)尚無良好解決方案。由于治療時間延長與腦組織損失直接相關(guān)，因此目前中風(fēng)的臨床研究集中于擴大治療時間窗的方法。

干細胞治療中風(fēng)

在干細胞治療中，注射干細胞后幾天內(nèi)即可觀察到治療效果。相比之下，移植細胞向神經(jīng)細胞的反式分化相對較少。

細胞置換后建立新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常耗時，這表明細胞置換并不是干細胞發(fā)揮治療作用的主要機制。

此前研究已經(jīng)證實，干細胞移植后，會原位分泌多種營養(yǎng)因子和多種其他分子，促進修復(fù)。這種機制被稱為旁分泌效應(yīng)。

旁分泌效應(yīng)是干細胞發(fā)揮其作用的主要機制。細胞外囊泡 (EV) 在干細胞的旁分泌作用中起著重要作用。

外泌體是一種廣泛存在于體液中的細胞外囊泡。外泌體被帶有身份標(biāo)記的脂質(zhì)雙層包圍，并包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和其他分子，例如 DNA 和 RNA 。

與干細胞相比，外泌體具有很強的靶向能力和低免疫原性，其內(nèi)容物可以根據(jù)干細胞環(huán)境而改變。這些特性使外泌體療法成為治療中風(fēng)的一種新的潛在方法。

外泌體治療中風(fēng)

目前，外泌體療法在腦卒中動物模型中取得了可喜的成果，但缺乏長期、大樣本的臨床試驗。因此，不同外泌體在腦卒中發(fā)病機制中的正負調(diào)控機制有待進一步闡明。

外泌體被帶有身份標(biāo)記的脂質(zhì)雙層包圍，并包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和其他分子，例如 DNA 和 RNA 。

與干細胞相比，外泌體具有很強的靶向能力和低免疫原性，其內(nèi)容物可以根據(jù)干細胞環(huán)境而改變。這些特性使外泌體療法成為治療中風(fēng)的一種新的潛在方法。

目前，外泌體療法在腦卒中動物模型中取得了可喜的成果，但缺乏長期、大樣本的臨床試驗。因此，不同外泌體在腦卒中發(fā)病機制中的正負調(diào)控機制有待進一步闡明。

外泌體在中風(fēng)后神經(jīng)炎癥中的作用

神經(jīng)細胞（NSC） 衍生的外泌體

自 2018 年以來，對 NSC 衍生的外泌體在中風(fēng)中的研究一直引起人們的興趣。一項研究比較了來自 NSCs 和 MSCs 的外泌體在血栓栓塞性中風(fēng)模型中的作用，它們來自相同的多能干細胞系。NSC 外泌體被證明比 MSC 外泌體發(fā)揮更大的功能改善和梗塞體積減少，這與使巨噬細胞極化為 M2 表型和抑制炎癥的更有效作用相關(guān)。此外，NSC 外泌體減少梗塞體積的作用可能是通過保存星形膠質(zhì)細胞功能實現(xiàn)的。此外，NSC 外泌體在老年中風(fēng)小鼠中也顯示出良好的治療效果。重要的是，在豬中風(fēng)模型中，NSC 外泌體治療還減少了梗塞體積和腦水腫，促進了白質(zhì)完整性和功能恢復(fù)。

脂肪干細胞來源的外泌體

脂肪來源的干細胞 (ADSCs) 可以很容易地從手術(shù)脂肪廢組織中獲得，并已被證明是一種有前途的缺血治療候選者。最近，來自 ADSC 的外泌體正在成為一種替代療法。在體外，ADSC 外泌體促進腦微血管內(nèi)皮細胞遷移和管形成，而定制的 miR-181b-5p 過表達 ADSC 外泌體通過下調(diào)其靶標(biāo)瞬時受體電位 melastatin 7 和上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子 1α 和 VEGF 進一步增強血管生成。

與正常和 miRNA-126 敲低的 ADSC 外泌體相比，全身給藥 miRNA-126 過表達的 ADSC 外泌體可有效抑制大鼠缺血中的神經(jīng)炎癥，減少神經(jīng)元死亡，促進神經(jīng)發(fā)生和功能恢復(fù)。

同樣，富含 miR-30d-5p 的 ADSC 外泌體通過促進 M2 小膠質(zhì)細胞極化比正常和 miR-30d-5p 敲低組進一步預(yù)防腦損傷。機制研究表明，miR-30d-5p 通過靶向自噬相關(guān)基因 beclin-1 和自噬相關(guān)基因 。抑制自噬介導(dǎo)的 M1 小膠質(zhì)細胞極化在大鼠缺血中，腦室內(nèi)施用用多功能蛋白色素上皮衍生因子改造的 ADSC 外泌體，通過促進自噬相關(guān)蛋白 little computer 3 的表達，更有可能抑制神經(jīng)元凋亡。

外泌體給藥途徑

中風(fēng)有不同的外泌體給藥途徑，可分為兩大類，分別是全身給藥和局部給藥。全身給藥包括經(jīng)尾靜脈、股靜脈或頸內(nèi)靜脈靜脈注射，經(jīng)頸總動脈動脈內(nèi)注射，腹膜內(nèi)和鼻內(nèi)給藥。通過尾靜脈遞送外泌體是嚙齒動物缺血性中風(fēng)模型中最常用的途徑。

通過單光子發(fā)射 CT (SPECT) 對缺血后 1 小時注射的銦 111 標(biāo)記的外泌體進行可視化顯示，外泌體在注射后 1 小時出現(xiàn)在梗塞區(qū)域，并且大部分從大腦中清除到 24 小時。

另一項研究表明，外泌體從血液中清除的時間迅速從注射后 1 小時開始，逐漸持續(xù)到注射后 1.5 至 6 小時。同樣，通過測量血液中的放射性，3- 125 I-碘苯甲酰降生物素酰胺標(biāo)記的外泌體顯示出半衰期為 1.5 分鐘的分布相，然后是半衰期更長的 6 小時消除相。

值得注意的是，大部分外泌體被困在肝、肺、脾、腎、胃和腸中。與靜脈內(nèi)注射相比，腹膜內(nèi)注射顯示肝臟蓄積減少，胰腺分布增加，全身蓄積略高。

與其他全身給藥途徑相比，腹腔內(nèi)給藥允許產(chǎn)生更多的外泌體，但外泌體在腹膜腔內(nèi)迅速擴散。在圍產(chǎn)期腦損傷大鼠模型中，局部缺血前鼻內(nèi)給藥外泌體的動態(tài)檢查顯示外泌體早在給藥后 30 分鐘就出現(xiàn)在額腦中，并在給藥后 3 小時均勻分布在整個大腦中。

腦缺血后靜脈內(nèi)和鼻內(nèi)遞送用金納米粒子標(biāo)記的外泌體的生物分布分析表明，在給藥后 1 小時，鼻內(nèi)遞送的外泌體在大腦中的數(shù)量比靜脈內(nèi)遞送高兩倍以上。鼻內(nèi)遞送后仍有大量外泌體保留在腦中，而靜脈內(nèi)遞送后 24 小時后幾乎可以忽略不計。重要的是，相當(dāng)數(shù)量的鼻內(nèi)遞送外泌體也在肺、脾和腎中積累。這些結(jié)果表明，對于缺血性中風(fēng)的外泌體給藥，鼻內(nèi)給藥是一種更有效、更有前途的非侵入性治療策略。

報道的局部給藥通常是腦室注射。在全腦缺血中，腦室內(nèi)注射 MSC 外泌體可挽救海馬突觸傳遞缺陷，抑制環(huán)加氧酶 2 表達并促進空間學(xué)習(xí)和記憶。89此外，ADSC 外泌體在局部缺血前 3 天通過側(cè)腦室遞送，在 tMCAO 后 3 天改善梗塞體積和細胞凋亡。

總之，外泌體對腦缺血的研究越來越受到關(guān)注，并被認為是潛在的治療策略。大量證據(jù)表明，源自干細胞或其他細胞的外泌體在中風(fēng)中發(fā)揮保護和恢復(fù)作用。此外，工程化的外泌體表現(xiàn)出更大的治療益處。因此，外泌體可以與恢復(fù)性基因、蛋白質(zhì)、藥物和分子特異性結(jié)合以獲得更好的療效。

參考文獻：

1.Chen K-H , Chen C-H , Wallace CG , et al . Intravenous administration of xenogenic adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) and ADMSC-derived exosomes markedly reduced brain infarct volume and preserved neurological function in rat after acute ischemic stroke. Oncotarget 2016;7:74537–56.doi:10.18632/oncotarget.12902?

2.Huang X , Ding J , Li Y , et al . Exosomes derived from PEDF modified adipose-derived mesenchymal stem cells ameliorate cerebral ischemia-reperfusion injury by regulation of autophagy and apoptosis. Exp Cell Res 2018;371:269–77.doi:10.1016/j.yexcr.2018.08.021

3.Zheng Y , He R , Wang P , et al . Exosomes from LPS-stimulated macrophages induce neuroprotection and functional improvement after ischemic stroke by modulating microglial polarization. Biomater Sci 2019;7:2037–49.doi:10.1039/C8BM01449C