外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的進展

李慧靈 趙琳琳 汪煜楠 宋嶺 郭思琦 張驚宇

作者單位：哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，黑龍江，哈爾濱150001

外泌體（exosomes）是指包含了復雜核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA）和蛋白質的小膜泡（30～150 nm），現(xiàn)特指直徑在40～100 nm 的盤狀囊泡，電鏡下呈雙凹圓盤狀或杯口狀?；罴毎軌蛴蓛?nèi)吞途徑使得原始胞內(nèi)小泡等內(nèi)吞物質轉變?yōu)閮?nèi)吞小體，隨后融合成早期胞內(nèi)體。神經(jīng)細胞、腫瘤細胞、心肌細胞等多種細胞均能分泌外泌體，而外泌體亦天然存在于體液之中。外泌體可攜帶多種信息分子，目前被視為特異性分泌的膜泡而參與細胞間通訊［1］。在某些疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，外泌體中所含的內(nèi)容物如miRNA、蛋白質等會發(fā)生改變，提示外泌體可以作為潛在的生物標志物［2］。有研究表明外泌體參與阿爾茨海默病、帕金森病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著至關重要的作用［3］。本文對外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展給予綜述，為阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療尋找新的治療靶點提供參考。

1 外泌體生物合成及其功能

Trams 等［4］在1981年首次將體外培養(yǎng)細胞過程中脫落并具有胞外酶活性的小泡描述為胞外囊泡。隨后的研究者在此基礎上不斷深入認識，直到1987年將發(fā)現(xiàn)的納米囊泡分離而命名為“exosomes”［5］。外泌體是膜性囊泡，其脂質膜的磷脂雙分子層方向與細胞質膜方向一致，是通過質膜的向外出芽脫落直接產(chǎn)生的微泡。外泌體的來源不同，亦包含著超1 萬種的不同蛋白，脂質雙層膜的物質構成，能夠有效維持內(nèi)容物不被降解，盡管經(jīng)歷了長時間以及長距離的運輸，仍舊能夠維持其生物活性，并進一步維持外泌體的形態(tài)［6-8］。此外，外泌體參與機體多個重要的生物過程，如腫瘤的擴散、免疫的調節(jié)、神經(jīng)生長與修復過程等，而外泌體在神經(jīng)組織的氧化應激過程中，被證實起到了神經(jīng)保護的作用［9］，這亦肯定了外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用。

2 外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的作用

外泌體除了能夠反映來源細胞的內(nèi)容物之外，亦能夠對其生理病理狀態(tài)產(chǎn)生映像。目前的研究表明，外泌體是一種普遍的細胞間通信系統(tǒng)，向中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息或從中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的能力可能依賴于外泌體進入和穿過血腦屏障，并且外泌體和大腦的相互作用有特殊的意義，因此可作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病非侵襲性診斷工具而應用［10］。

徐宏炎等［11］研究表明，重癥肌無力患者（眼肌型和全身型）的外泌體源性miR-1224-5p 表達顯著升高，全身型尤著，進一步實驗表明miR-1224-5p 的相對表達量與重癥肌無力定量評分（quamitative myasthenia gravis score，QMGS）呈正相關，說明在眼肌型和全身型重癥肌無力（myasthenia gravis，MG）患者中，miR-1224-5p 的表達影響著重癥肌無力定量評分（quamitative myasthenia gravis score，QMGS），外泌體源性miR-1224-5p 可能具有診斷重癥肌無力的價值。Lugli 等［12］則指出在阿爾茨海默病患者的血清中亦可提取到外泌體miRNA，并篩選出20 個具有顯著差異的miRNA，經(jīng)過進一步研究指出miR-342-3p 可能成為一個疾病診斷的獨立標志物，這也證實了外泌體miR-342-3p 在阿爾茨海默病診斷中的重要意義。李武等［13］亦對外泌體及miRNA 的診斷作用進行總結，并指出miR-422a 和miR-125b-2-3p 在腦卒中的診斷、miR-135a、miR-384 和miR-193b 等在阿爾茨海默病的診斷，miR-1、miR-19b-3p、miR-153、miR-409-3p 和miR-10a-5p 等在帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中均可能成為有效的生物標志物。

綜上所述，外泌體源性miRNAs 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中具有重要應用價值，可分別作為阿爾茨海默病、帕金森病、腦卒中及重癥肌無力等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的生物標志物而更好地協(xié)助臨床的診斷［14］。

3 外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的作用

3.1 阿爾茨海默病的治療

Lee 等［15］研究表明，來源于脂肪干細胞的外泌體可抑制阿爾茨海默病小鼠神經(jīng)干細胞中Aβ42水平、Aβ40水平以及Aβ42/40 比值的表達，此外在其研究中還進一步證實外泌體能夠干預阿爾茨海默病小鼠神經(jīng)干細胞的凋亡，并有效修護腦中被Aβ 損傷的神經(jīng)突觸，進而對神經(jīng)功能起到調控作用，說明外泌體可通過干預細胞凋亡及神經(jīng)突觸的生長而干預阿爾茨海默病。Gui 等［16］通過對淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）/PS1 大鼠模型實驗中缺氧預處理的間充質干細胞來源的外泌體的研究指出，其可以有效降低促炎癥因子TNF-α、IL-1 的表達，并提升抗炎因子IL-4、IL-10 的表達，說明外泌體能夠有效對抗炎癥反應而改善大鼠神經(jīng)認知功能，減輕阿爾茨海默病發(fā)展。Patrik 等［17］研究表明，外泌體能夠介導小膠質細胞產(chǎn)生的tau 樣蛋白的擴散，而通過下調外泌體能夠有效降低致病tau 樣蛋白的擴散，從而為阿爾茨海默病提供了新的治療靶點。

綜上所述，外泌體可能可通過干預Aβ、tau 樣蛋白及炎癥因子等不同途徑在阿爾茨海默的治療中發(fā)揮關鍵作用，降低阿爾茨海默病對患者帶來的損傷，減緩病情的進展。

3.2 帕金森病的治療

傅曼等［18］將75 例帕金森病患者作為研究對象，通過檢測其血漿外泌體miR-331-5p 表達水平以觀察外泌體miR-331-5p 在帕金森病患者中的診斷價值，結果表明帕金森病患者的血漿外泌體miR-331-5p 表達水平明顯高于健康者，此外Ⅴ期帕金森病患者血漿外泌體miR-331-5p 表達水平明顯高于Ⅰ～Ⅳ期患者，說明血漿外泌體miR-331-5p表達能夠幫助診斷帕金森病，并評估其臨床分型，為帕金森病患者的治療提供了方向。謝振華［19］亦通過研究指出，血漿外泌體中α-syn 寡聚體/總α-syn及其磷酸化后比值水平的提升，或是帕金森病潛在的生物標志，對其有效干預亦在α-突觸核蛋白相關性帕金森病中的發(fā)病過程起到至關重要的作用。Stuendl 等［20］在帕金森病患者的腦脊液中的外泌體進行研究，結果表明帕金森病患者腦脊液中的外泌體能夠誘導靶細胞中可溶性α-Syn 的低聚化，從而導致帕金森病患者病情進一步加劇，說明對腦脊液源性的外泌體所誘導的α-Syn 的干預可有效調控帕金森病的發(fā)生與發(fā)展。

綜上所述，通過對帕金森病患者外泌體miR-331-5p 表達、α-Syn及α-syn 寡聚體/總α-syn 比值的干預，可能能夠干預帕金森病的發(fā)病過程，并進一步調控帕金森病的發(fā)生與發(fā)展，為疾病的治療提供新的靶點。

3.3 重癥肌無力的治療

尹煒凡［21］選取能夠抵抗肽段Tα146-162 刺激的抗原特異性不成熟樹突狀細胞（dendritic cell，DC）來源的外泌體，并為應用于實驗性自身免疫性重癥肌無力的治療做準備，結果可見其能夠有效降低實驗性自身免疫性重癥肌無力的肌無力程度，并可有效改善病理性自身抗體水平，說明其對實驗性自身免疫性重癥肌無力有較理想的治療作用。杜通等［22］通過對他汀類藥物誘導骨髓源性細胞（bone marrow derived cells，BMDCs）外泌體對實驗性自身免疫性重癥肌無力大鼠自然殺傷細胞和自然殺傷T（Natural killer T，NK T）細胞的影響的研究，得出結論可知他汀Dex 可緩解實驗性自身免疫性重癥肌無力大鼠的臨床癥狀，而這種作用與提升淋巴結單核細胞（mononuclear cell，MNC）中的自然殺傷（Natural killer，NK）細胞有關，說明外泌體能夠有效干預重癥肌無力。

綜上所述，通過對機體內(nèi)外泌體的干預，能夠有效改善病理性自身抗體水平，提升淋巴結單核細胞中的自然殺傷細胞，進而改善自身免疫性重癥肌無力程度，對重癥肌無力起到較理想的治療作用。

3.4 腦膠質瘤的治療

腦膠質瘤為一種常見的侵襲性、原發(fā)性腦腫瘤，腫瘤分泌的外泌體被發(fā)現(xiàn)參與了膠質瘤微環(huán)境的調節(jié)、細胞間通訊乃至腫瘤耐藥性等多個方面。Liu 等［23］通過研究指出外泌體作為α-GalCer激活的一種細胞佐劑，其同iNKTs聯(lián)合使用可協(xié)同破壞免疫耐受，誘導對多形性膠質母細胞瘤（glioblastoma multiforme，GBM）產(chǎn)生強抗原特異性細胞毒性T 淋巴細胞（Cytotoxic T lymphocyte，CTL）反應，說明其能夠協(xié)同iNKTs 對膠質母細胞瘤的相關免疫治療起到較好的療效。徐文華等［24］指出，低級別膠質瘤組外泌體含量低于高級別膠質瘤組，說明外泌體含量與膠質瘤級別呈正相關性。Murgoci 等［25］則指出，由小膠質細胞衍生的外泌體介導的免疫反應最明顯地參與了神經(jīng)炎癥、神經(jīng)退行性疾病和腦癌的傳播，并通過3D 球狀神經(jīng)膠質瘤培養(yǎng)測試實驗證實小膠質細胞來源的外泌體能夠及時抑制腫瘤的侵襲活動，說明其對膠質瘤有較好的抑制作用。

綜上所述，小膠質細胞來源的外泌體可破壞免疫耐受、抑制腫瘤的侵襲，并由此為臨床中膠質瘤的治療提供了新的治療靶點和新的研究思路。

3.5 神經(jīng)系統(tǒng)其他疾病的治療

多發(fā)性硬化是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自身免疫性疾病，近期研究表明外泌體參與多發(fā)性硬化的多個生理病理過程，研究顯示外泌體所含有的microRNA 與多發(fā)性硬化的發(fā)生與發(fā)展密切相關，其能夠增加髓鞘形成和氧化應激的耐受性，且在多發(fā)性硬化的發(fā)展中起到免疫調節(jié)的作用［26-27］。Ella 等［28］的研究也表明，間充質干細胞來源的外泌體具有抗炎、調節(jié)免疫及清除Aβ 和oAβ的功能，并可有效改善突觸功能重塑、阻止神經(jīng)細胞死亡的功效。

4 總結與展望

外泌體的研究是一個新興和快速發(fā)展的的領域，得到越來越多的關注。外泌體作為一種納米載體，通過將載體對準受體細胞發(fā)揮作用，外泌體的轉移改變了宿主細胞的行為，這些納米載體有望作為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和治療工具。外泌體在多種細胞中廣泛存在，能夠參與小膠質細胞的激活、炎性反應、細胞交流和信息傳遞等。目前關于神經(jīng)系統(tǒng)免疫疾病與外泌體之間關聯(lián)的研究仍相對較少，現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)外泌體miRNA 的相關因子在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有較好的診斷趨勢，而對外泌體的有效干預亦可有效調控神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病、阿爾茨海默病、重癥肌無力、多發(fā)性硬化、膠質瘤等。在現(xiàn)有的研究中，外泌體自身在靶向性、免疫原性和攜帶生物活性分子等方面已存在著較顯著的作用，使得其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的實驗研究及臨床檢測與治療中發(fā)揮著極大的潛在作用，提示臨床工作者可以從外泌體方向入手尋找新的診斷與治療途徑。