小胶质细胞源性外泌体在中枢神经系统疾病中的研究进展

王嘉旻，李 琳，胡小伟，李天一，储利胜*

（1.浙江中医药大学第四临床医学院，浙江 杭州 310053；浙江中医药大学基础医学院，浙江 杭州 310053）

小胶质细胞在中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）中发挥着重要作用，它可以持续不断地对分布在脑和脊髓中损坏的神经、斑块以及一些具有感染性的物质进行清除。近年来的相关研究指出，小胶质细胞可以分为M1 型和M2 型。M1 型又名经典型，该表型的小胶质细胞可分泌促炎因子、细胞毒性物质等，使细胞存活、增殖、分化等功能紊乱，加剧组织损伤；M2 型又名替代激活型，该表型的小胶质细胞表达抑炎性细胞因子，可通过增强其吞噬功能而加快清除坏死组织并促进组织修复[1]，且已有相关研究证明M2 型小胶质细胞在诸如神经退行性疾病、脑卒中等疾病中可对受损的神经元起到保护作用。小胶质细胞源性外泌体是影响CNS 重要的因素之一，外泌体是直径为30 ～150nm[2]的一种囊泡，通过多囊体的特定内小体与质膜融合而成。其中富含多种生物分子，细胞膜上含有大量胆固醇、鞘磷脂、神经酰胺、糖脂及含长饱和脂肪酰基的甘油磷脂链，内含RNA和蛋白质等具有生物活性的物质[3]。在外泌体自身膜蛋白识别靶细胞并与其融合后，这些生物活性物质会参与细胞间的物质转运和信息传递，并在其中起着重要的作用[4]。它们不仅通过与靶细胞受体结合的方式直接刺激靶细胞，还通过携带功能性蛋白、微RNA（microRNAs，miRNA）等生物大分子对靶细胞进行调控。本文就小胶质细胞源性外泌体在CNS 疾病中的作用进行简述。

1 小胶质细胞源性外泌体的重要性

小胶质细胞源于原始的髓系细胞，是CNS 的常驻细胞，也是其中非常重要的一道免疫防线，并且CNS 的完整性是通过胶质细胞和神经元之间存在的相互作用维持的[5]。在构成CNS 的所有细胞类型中，小胶质细胞被认为是最活跃的细胞类型，它可以形成一个横跨CNS 的网络，通过扫描胞体周围区域并迅速向病灶极化发挥感知功能[6]。在生理或病理情况下，细胞因子、趋化因子和外泌体均可被小胶质细胞释放，其中外泌体是非常重要的调控免疫和抗原递呈的物质[7]，它可以作为载体介导细胞间的物质交换，且已被证实与帕金森病（parkinson disease，PD）、阿尔兹海默症（alzheimer’s disease，AD）、缺血性脑损伤、脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）等许多神经系统方面的疾病有关。这是因为外泌体可以携带如miRNA和蛋白质类物质，从而能影响受体细胞的基因表达和蛋白活性，这些物质可能有助于α- 突触核蛋白（alpha-synuclein，α-syn）等错折叠蛋白的传播[8]。而miRNA 作为外泌体中最重要的组成成分，通过与靶基因中3’端非编码区内的碱基进行互补配对并相互结合抑制靶基因的翻译表达，进而发挥其生物学功能[9]。除此之外，外泌体直径较小，易于穿过血脑屏障，并且它的双层脂膜结构使其包裹载体的稳定性较高，这些特性使得小胶质细胞来源的外泌体可能是临近小胶质细胞群之间以及与周围不同类型细胞（如神经元）之间进行通讯及功能调控的重要手段。

2 小胶质细胞源性外泌体与AD

AD 是一种典型的神经系统退行性疾病，其起病隐匿，呈慢性和持续性进展，由于神经元受损或死亡而导致记忆力和认知功能逐步丧失。神经原纤维缠结和以β- 淀粉样蛋白（Aβ）为主要成分的老年斑是AD 的重要病理学特征[10]，病理性tau 蛋白的堆积是AD 的主要标志[11]。研究表明，小胶质细胞外泌体在AD 的进展中发挥一定的作用。目前的证据表明，AD 中tau 病变的传播可能是由tau 蛋白传播引起的。Wang 等[12]发现神经元通过外泌体释放tau 蛋白，而外泌体作为载体能够介导其在突触间的直接传递。除此之外，Asai 等[11]证实了小胶质细胞外泌体中存在tau 蛋白，小胶质细胞通过有效的吞噬作用和促进tau蛋白向胞外排放使tau 蛋白从神经元传递到神经元，并且在体内相较于裸体形式，小胶质细胞分泌的外泌体能更有效地将tau 蛋白传递给神经元，而抑制外泌体的合成能显著减少tau 蛋白在体外及体内的增殖。除tau 外，目前研究发现Aβ 的有毒寡聚体可能会以朊病毒的方式进行病理性增殖，而不同构象的Aβ 间性质存在差异，尤其是Aβ 低聚物（Aβ oligomers，oAβ）和Aβ 原纤维，它们具有较强的神经毒性。Sardar 等[13]研究表明，oAβ 可以从外泌体中释放，在AD 患者的大脑中，携带oAβ 的外泌体被神经元吸收后可转移到二级神经元并在二级神经元处释放携带的oAβ，从而引起神经毒性，而抑制外泌体的形成及分泌后，oAβ 的传播也相应地被抑制。另外，小胶质细胞脱落的MVs与Aβ 原纤维之间有很强的相互作用，同时它对Aβ 单体的聚集也存在抑制作用，由此发现原代小胶质细胞对Aβ 原纤维存在较强的吸收作用[14]。另外，反复轻度脑损伤（Repetitive mild traumatic brain injury，RmTBI）被认定是导致AD 等长期神经退行性疾病发生的重要危险因素，尽管机制尚未阐明，但已有研究表明RmTBI 通过损伤轴突转运过程从而引起Aβ 的病理性积累[15]。小胶质细胞外泌体中的miR-124-3p 已被证实有助于改善Aβ 异常。Ge 等[16]利用RmTBI 小鼠模型，发现在rmTBI急性期和亚急性期miR-124-3p 的表达水平不断增加，且miR-124-3p 可抑制重复损伤所致神经元的Aβ 异常，深入研究后发现miR-124-3p 通过向神经元转移和靶向Rela/ApoE 信号通路，在一定程度上减轻了RmTBI 导致的神经退行性疾病。综上，小胶质细胞源性外泌体在AD 中的保护作用与致病作用均存在，具体作用机制尚待进一步研究，并且如何有效地利用这些作用进而能够更好地治疗AD 也十分关键。

3 小胶质细胞源性外泌体与脑缺血及脑卒中

缺血性脑卒中在临床上发病率较高，小胶质细胞在缺血性脑卒中的不同阶段起着双重作用[17]。例如，在神经发生方面，有研究表明梗死周围区的小胶质细胞不利于神经发生[18]，但同时也有研究发现促血管生成的小胶质细胞可能通过上调转化生长因子α（TGF-α）而促进缺血性脑卒中后神经细胞的增殖和分化[19]。目前，在缺血性脑损伤方面，已有大量实验证明小胶质细胞外泌体中的miRNAs 对神经有重要的保护作用。从M2 表型的BV2 细胞中分离后提取到的外泌体，其中的miRNA-137 通过miRNA-137/notch1通路参与了BV2-Exo 相关的神经保护，从而对经氧-葡萄糖剥夺（Oxygen-glucose deprivation，OGD）处理的神经元产生了保护作用[20]，并且还发现其中的miR-124 可以下调其下游USP14 靶点的表达，从而降低了神经元凋亡率，促进其存活[21]。Li 等[22]发现，将损伤的神经元与过度表达miR-124-3p 的小胶质细胞共培养后，神经元的自噬被抑制，这一过程可能是通过小胶质细胞外泌体实现的，相关机制包括miR-124-3p 与FIP200 mRNA 的3′UTR 特异性结合以调节其翻译。此外，miR-124-3p 的增加会促进小胶质细胞向可抵御炎症的M2 型极化，而神经炎症的特征是促炎细胞因子﹝包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-1β、IL-6 ﹞的表达增加和抗炎细胞因子（包括IL-10）的表达减少，用miR-124-3p过表达的外泌体治疗后可抑制促炎细胞因子的表达以及促进抗炎细胞因子的表达，同时还发现miR-124-3p可通过抑制mTOR 信号的活性来抑制神经元炎症的发生[23]。除miRNAs 外，脑缺血后期小胶质细胞通过外泌体释放的烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）也参与调控了小胶质细胞介导的脑缺血慢性期的炎症，并在构建大鼠OGD/R 模型后发现，缺血条件下诱导表达和释放的NAMPT 显著增加，而当NAMPT 活性和释放受到抑制时，M1 型小胶质细胞转变为M2 型且细胞内的核因子κB（NF-κB）被激活，从而减轻了脑缺血后期小胶质细胞介导的炎症[24]。

4 小胶质细胞源性外泌体与PD

PD 是老年人常见的一种神经系统变性疾病，其最主要的病理改变是Lewy 小体在多巴胺（DA）神经中的形成和沉积以及这些DA 神经元的变性和死亡[8]。作为Lewy 小体的主要组成成分，α-syn 可以激活小胶质细胞，并且引发炎症反应，而神经元的损伤则是因为小胶质细胞异常活化，最终引发自噬功能障碍。目前已有研究表明，PD 患者脑脊液中存在含α-syn的外泌体[25]。有报道提到α-syn 异常聚集并在细胞间传播，而外泌体被认为是这一过程非常重要的介质，据此，Minakaki 等[25]研究发现脑脊液中的EVs（extracellular vesicles）能够将α-syn 从一个细胞转移到另一个细胞。Guo 等[26]发现小胶质细胞通过预成型纤维（preformed fibril，PFF）处理后能够释放含有α-syn 的外泌体，含有α-syn 的外泌体能够诱导次级神经元中α-syn 的聚集并介导α-syn 在小胶质细胞和神经元之间的胞外传递以及神经元之间的传递，当用药物抑制小胶质细胞外泌体的分泌后发现，α-syn 从小胶质细胞向神经元的传递减少，因此小胶质细胞外泌体可能是抑制α-syn 扩散的潜在干预靶点[27]。除此之外，林辉等[9]研究发现过表达α-syn的人神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y 细胞）外泌体刺激小胶质细胞后，其重新分泌的外泌体中miRNAs 的成分改变，而该外泌体可通过miR-19a-3p 靶向抑制PTEN，激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路，最终抑制神经细胞的自噬，这同时也是PD 产生的相关机理。因此，治疗PD 的重要突破口可能是调控神经细胞的自噬。

5 小胶质细胞源性外泌体与SCI

SCI 是一种严重的中枢神经创伤疾病，在世界范围内长期致残且致死率较高。SCI 后的血运重建十分重要，它为神经元网络的重建提供营养支持、维持其内环境稳定、促进血管生成，有利于相关功能的恢复。目前已有研究显示，SCI 后受损部位四周的小胶质细胞可迅速聚集，起到神经保护的作用，并且促进小胶质细胞增殖可以减少SCI 后的组织丢失和功能缺陷[28]。Li 等[29]研究发现，小胶质细胞外泌体可将其中的miR-151-3p 传递给神经元，增加其在神经元中的表达，同时miR-151-3p 通过直接靶向p53 的3′ -UTR 调节p53/p21/CDK 1 信号通路，从而抑制神经元凋亡以及介导轴突生长这一过程，促进SCI 部位相关功能的恢复。除此之外，由于SCI 后会继发缺氧、微环境失衡，引起大量氧自由基和活性氧类的产生及释放，高水平的氧化应激和恶劣的微环境会限制血管修复、轴突再生等，而用小胶质细胞源性外泌体处理内皮细胞，可通过调节keap1/Nrf2/ho-1 信号通路抑制内皮细胞的氧化应激，提高内皮细胞的存活率，同时还能促进体内血管的再生以及SCI 后相应功能的恢复[30]。另外，还有学者发现小胶质细胞的激活在SCI发生后的炎症过程中起到重要作用，这是因为小胶质细胞外泌体中的miR-145-5p 是星形胶质细胞的负调节因子，其下调可消除Smad3 对星形胶质细胞增殖的抑制[31]，从而修复损伤、恢复稳态。

6 小结

综上所述，小胶质细胞分泌的外泌体在各种临床应用中具有相当大的潜力，极有可能成为临床诊治的新靶点，同时也可用于对CNS 疾病的病理及生理过程的研究。另外，外泌体参与介导了脑卒中后重建大脑功能这一过程，由于其具有穿过血脑屏障的独特优势和包含许多不同物质的特点，故在生物学标志物、重塑神经血管等方面可能存在极大的作用。但针对外泌体的研究目前仍存在许多问题尚待解决，包括外泌体中的miRNA 种类较多，其在机体中的作用也各异；外泌体中具有生物活性的分子数目较大，许多分子的功效尚未被阐明；如何提取制备高浓度的外泌体是关键问题[32]。虽然目前大量研究已不断证实小胶质细胞分泌的外泌体在脑血管意外和神经退行性疾病中的作用，且相关作用机制也逐渐清晰，但仍需确认这些作用机理是否完善，是否存在仍未发现的作用机制，并且需要进一步探索外泌体在其他CNS 疾病中的作用。总之，小胶质细胞源性外泌体在临床治疗中具有相当大的研究价值。