間充質干細胞外泌體在神經損傷中的應用

間充質干細胞（MSCs）是一種來自于中胚層的多能干細胞，具有高度的自我更 新及多向分化潛能，并在適宜的條件下具有誘導分化為肌細胞、軟骨細胞、成骨細胞、成脂細胞 等多種細胞的能力。

MSCs 不僅具有多向分化潛能，而且還具有免疫調節功能，可抑制多種免 疫細胞的性能，調節免疫應答。

近年來，研究發現，來源于 MSCs 的外泌體（MSCs-Exo）具有與 MSCs 相似的組織損傷修復和再生功能。外泌體（exosome）是多種細胞分泌的膜外小囊泡，直徑30~200nm，可以轉運核酸、脂質和蛋白質，參與細胞間的信息交流。

與 MSCs 相比，外泌體用于臨床疾病的治療更加穩定，體內同種異體給藥后免疫排斥反應的可能性較低，并可為各種 疾病提供替代療法。MSCs-Exo 逐漸成為新的研究熱點。

MSCs-Exo可以將許多遺傳物質、神經營養因子和蛋白質傳遞到軸突，恢復微環境的穩態，調節軸突再生、促進神經形成和血管生成。

1.外泌體促進神經再生

德國漢諾威醫學院的科研團隊在Mol Neurobiol上發表了題為Effect of Exosomes from Rat Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells on Neurite Outgrowth and Sciatic Nerve Regeneration After Crush Injury（間充質干細胞外泌體對擠壓傷后神經元生長和坐骨神經再生的影響）的研究報告。

該報告指出，周圍神經損傷需要宏觀環境和微觀環境的最佳條件來促進軸突的再生。然而，大多數創傷性周圍神經損傷的修復策略往往導致不滿意的臨床結果。

盡管已經采取了各種策略來改善宏觀環境，但神經導管提供的微環境中軸突再生的基本分子機制仍不清楚。

圖：a, b 坐骨神經被處理后用細鑷子壓碎。c adMSC外泌體被注入近端和遠端。再生的軸突用e S100和f神經絲（綠色）染色。PKH-26標記的adMSC外泌體（紅色）。

在這項研究中，研究人員評估了源自脂肪間充質干細胞（adMSCs）的外泌體對坐骨神經再生和神經元生長的影響，并首次在adMSC外泌體中顯示了神經生長因子轉錄物的存在。

研究結果表明，由adMSCs產生的外泌體參與了周圍神經的再生，并有可能被用作有效的組織工程神經的治療工具。

2.外泌體能夠促進血管形成

研究發現來源于骨髓的MSCs-Exo具有支持血管形成作用，可抑制外周血單核細胞分泌 IFN-γ，內含有免疫相關 microRNA（miR-301、miR-22、miR-let-7a 等），能促進人臍靜脈血管內皮細胞的血管和網狀結構形成。

2019年天津醫科大學總醫院等科研團隊在國際科技期刊Mol Cell Biochem.上發表了題為Proteomics analysis of Schwann cell-derived exosomes: a novel therapeutic strategy for central nervous system injury（外泌體的蛋白質組學分析：中樞神經系統損傷的新型治療策略）的研究報告。

該報告指出，外泌體是參與細胞間交流的納米大小的囊泡，它們由各種類型的細胞釋放。

為了了解由雪旺細胞（SCs）產生的外泌體，并探索它們在修復中樞神經系統（CNS）方面的潛在功能，研究人員通過超速離心法從細胞的上清液中分離出外泌體，用電子顯微鏡和免疫印跡法對其進行表征，并利用蛋白質組學分析確定其蛋白質概況。

結果表明，雪旺細胞衍生的外泌體（SCDEs）平均直徑為106.5納米，呈圓形，有杯狀凹陷，表達外泌體標記物CD9和Alix，但不表達腫瘤易感基因（TSG）101。

研究人員共鑒定了433個蛋白，其中398個蛋白與ExoCarta數據庫重疊。根據它們的具體功能，確定了12個與中樞神經系統修復密切相關的蛋白質，并按不同的潛在機制進行分類，如軸突再生和炎癥抑制。

基因腫瘤學分析表明，雪旺細胞衍生的外泌體主要參與了信號轉導和細胞通訊。生物途徑分析表明，途徑大多參與外泌體的生物生成、形成、吸收和軸突再生。

在這些通路中，神經營養素、PI3K-Akt和cAMP信號通路在中樞神經系統修復中發揮了重要作用。

總之，該研究分離了雪旺細胞衍生的外泌體，揭示了它們的內容，提出了潛在的神經修復蛋白和途徑，并提供了豐富的蛋白質組學數據資源，對今后研究單個蛋白在神經退行性疾病中的功能有重要價值。

3.外泌體能夠促進中樞神經系統的神經發生

最近研究發現特定的 miRNAs （miR-23a、miR-200、miR-133b、miR-17-92 等）過表達可以促進神經基因和髓鞘化的形成，而在這過程 中主要是外泌體將 miRNAs 從神經元細胞體轉移到軸突，從而介導軸突生長。

第三軍醫大學神經生物學重點實驗室等科研團隊在 J Neurosci Res.上發表了題為The role of the miR-17-92 cluster in neurogenesis and angiogenesis in the central nervous system of adults（miR-17-92在成人中樞神經系統的神經發生和血管生成中的作用）的研究報告。

該研究指出，神經生成并不是腦或脊髓損傷后功能完全恢復的唯一關注點，因為它已經闡明了血管生成在改善神經功能恢復方面的關鍵作用。

血管生成和神經生成在發育中和成年大腦中協調地相互作用，在此期間，它們可能對類似的介質和受體作出反應，其中它們有一個共同的轉錄后調節器：miR-17-92簇。miR-17-92簇最初被描述為一種腫瘤基因，后來被證明在發育和疾病期間分別驅動關鍵的生理和病理反應。

據報道，miR-17-92簇同時調節著神經發生和血管生成。miR-17-92簇調節神經祖細胞的增殖，不僅在發育過程中，而且在神經系統疾病如中風期間。

也有研究表明，內皮細胞的miR-17-92簇在胚胎階段和成年期調節血管生成。

在這篇綜述中，研究討論了miR-17-92簇在神經元和血管可塑性中的作用，以及它作為中樞神經系統損傷的新型治療策略的潛力。

4.外泌體促進外周神經細胞的再生

此外，有研究報道稱牙齦來源的 MSCs-Exo 能夠誘導分化（修復）表型相關基因的上調，從而促進外周神經細胞的再生。

研究還發現 PEDF 修飾的脂肪 MSCs-Exo 可以激活細胞自噬，抑制神經元細胞凋亡，從而改善腦損傷；

另外，近年來研究發現 MSCs- Exo 還可通過傳遞 miR-30d-5p 來抑制小膠質細胞的自噬，最終促進小膠質 細胞向抗炎表型的極化，從而逆轉神經元的損傷，該研究不僅解釋了 MSCs-Exo 介導神經炎癥促進神經發生的機制，而 且還提示 MSCs-Exo 可能是一種很有前途的基因傳遞載體， 可以減輕神經炎癥。

雖然目前許多實驗證據表明，利用 MSCs-Exo 治療周圍神經損傷是有效和安全的，但這一領域還有待進一步研究，需要大量的工作來充分確定MSCs-Exo 在臨床應用中的潛力。