外泌体非编码RNA（ncRNA）在创伤性脑损伤中的作用
研究背景
创伤性脑损伤（TBI）是一种复杂的神经系统疾病，常常导致长期残疾、认知障碍和情感障碍。尽管在了解其病理生理学方面取得了重大进展，但有效的治疗方法仍然有限。近年来，外泌体非编码RNA（ncRNAs）在TBI的发病机制及诊断和治疗靶点中逐渐受到关注。
外泌体nCRNAs是由细胞分泌并运输到远处的小RNA分子，可调节基因表达和细胞信号通路。研究表明，外泌体nCRNA在创伤性脑损伤的各个方面，如神经炎症、血脑屏障功能障碍和神经细胞凋亡中发挥着重要作用。它们能够穿过血脑屏障到达脑实质，这使它们成为具有吸引力的非侵入性生物标记物和给药系统。
然而，在将外泌体nCRNA转化为临床实践之前，仍需应对重大挑战。首先，需要标准化其分离和定量方法，以建立可靠的诊断和预后指标。其次，需要验证其在诊断、预后和治疗中的潜在应用价值。最后，需要优化其治疗效果和安全性，以确保其在治疗创伤性脑损伤方面的有效性和安全性。
创伤性脑损伤
创伤性脑损伤（TBD）是一种由外部机械力引起的神经系统损伤，全球每年报告的新发病例超过 5000 万例。一项基于人群的大型研究显示，中国每年新发创伤性脑损伤病例为 77 万至 89 万。创伤性脑损伤可导致长期的认知障碍和神经退行性病变，而目前的治疗方案尚无突破性进展。在临床实践中，减少继发性脑损伤、维持正常生理功能、稳定内环境是改善创伤性脑损伤预后的关键。
外泌体和ncRNA
细胞外囊泡（EVs）是一种由双层磷脂膜包裹的囊泡，其直径可以从40纳米到1000纳米不等。根据其大小、组成和生物生成途径的不同，EVs可以被分为三种主要类型：外泌体、微囊泡和凋亡体。
其中，外泌体是一种特殊的EVs，其直径范围在50-150纳米之间。外泌体携带了各种生物活性物质，如核酸、蛋白质和脂质，并且富含这些物质。它们是由各种细胞分泌到细胞外环境中的，可以在各种生物液体中被检测到。
EVs的产生会受到特定病理或生理条件的影响，导致不同细胞产生的EVs数量和含量存在巨大差异。此外，由于存在特定的粘附分子，EVs能够将其货物运送到特定的细胞，从而调节目标细胞的功能。
EVs在细胞间的交流和物质传递中发挥着关键作用，并参与了诸如分化、免疫反应、神经信号传递和肿瘤转移等生物过程的调节。基于EV内容的基因组研究在确定生物标志物、疾病治疗、预后和疗效评估方面具有巨大潜力。
非编码RNA（ncRNA）是一种不参与翻译的RNA，包括微RNA（miRNA）、长非编码RNA（ncRNA）、环状RNA（circRNA）等。在细胞外囊泡(EV)中，大量的ncRNA被证实参与了细胞间的调控过程。当发生创伤性脑损伤（TBD）后，大脑皮层、海马、血液和脑脊液中均观察到了miRNA表达水平的显著变化；非编码RNA研究8（2023）686-692指出，incRNA参与了TBI后的多种病理过程，是一种重要的治疗靶点和生物标志物；同时，circRNAS也作为调控因子参与了TBI相关基因的表达和细胞再生过程。这些发现使得细胞外囊泡中的ncRNA成为了创伤性脑损伤诊断、精准治疗和预后评估的新突破口。
创伤性脑损伤会导致机体产生一系列应激反应，其中就包括细胞外囊泡的变化。一方面，创伤性脑损伤后，体液中的细胞外囊泡数量会迅速增加，达到一个峰值后逐渐恢复到基线水平。这表明细胞外囊泡在创伤性脑损伤后的自我调节过程中扮演着重要角色。另一方面，细胞外囊泡的内容物也会发生明显的变化。机体对于疾病或损伤的反应通常是通过改变细胞外囊泡的内容物来实现的，特别是那些非编码RNA。例如，在创伤性脑损伤后，一些表达发生变化的miRNA，如miR-320c、miR-92a和IncRNA（转移相关肺腺癌转录本1）可以调节突触活动和神经可塑性。
此外，我们还发现了一些细胞外囊泡载体蛋白（如泛素羧基末端水解酶和磷脂结合蛋白-VII）的表达水平在创伤性脑损伤后增加。这些蛋白参与了继发性脑损伤过程，可能会引发进一步的神经损伤或功能障碍。因此，这些发现为理解和治疗创伤性脑损伤提供了新的视角和潜在的治疗靶点。
ncMRIA用于诊断TBI的潜力和优势
创伤性脑损伤（TBI）的诊断和预后受到多种因素的影响，包括损伤类型、部位、严重程度以及个体的恢复能力等，这使得传统的诊断方法存在一定的局限性。细胞外囊泡（EV）蛋白质组学在癌症研究领域取得了重大进展，显示出在液体活检中的重要作用。细胞外囊泡蛋白质组学分析也具有区分创伤性脑损伤患者的潜力，但目前尚未建立稳定可靠的评估标准和系统。然而，由于细胞外非编码RNA（ncRNA）具有抗干扰和稳定的特性，它们可以作为疾病监测的相对稳定且特异的生物标志物。
将这些生物标志物与实时临床参数相关联，我们可以获得关于创伤性脑损伤及其恢复的多方面临床信息。这不仅有助于改进分类方法、风险分层、治疗评估和预后预测的准确性，而且还可以为个性化甚至是预测性治疗策略提供机会。因此，细胞外囊泡 ncRNA 作为一种具有潜力的生物标志物，有望在创伤性脑损伤的诊断和预后评估中发挥重要作用。
细胞外miRNA具有稳定且易于检测的特性，是治疗创伤性脑损伤的理想生物标志物。Harrison等人从TBI模型小鼠的大脑中分离出细胞外囊泡，并进行了miRNA测序，结果显示miR-212下调，miR-21、miR146、miR-7a和miR-7b上调，其中miR-21的变化最为显著。这些发现表明miRNA在TBI模型中具有潜在的诊断和预后价值。
Ko等人开发了一种基于细胞外miRNA表达谱的创伤性脑损伤诊断方法，并在大鼠模型和人类患者中建立了一个生物标志物面板。该研究确定了7个miRNA（miR-129-5p、miR-212-5p、miR-9-5p、miR-152-5p、miR-21、miR-374b-5p、miR-664-3p），这些miRNA能准确区分健康对照组和创伤性脑损伤模型，准确率达99%。这表明细胞外miRNA在区分健康和损伤状态方面具有很高的准确性。
研究人员进一步对生物标记物面板进行了开放式搜索，并根据细胞外miRNA图谱成功地对大鼠模型和临床样本的不同损伤类型、损伤强度、损伤历史、损伤时间和假手术对照组的特定损伤状态进行了分类。这些结果表明，通过分析细胞外miRNA表达谱，可以提供关于损伤类型和程度的信息，这有助于诊断和预后评估。
Ko等人还测定了细胞外囊泡中的miRNA生物标志物及其相关信号通路，发现临床前模型和临床样本中的许多通路是共通的。这一发现表明，在动物模型和人类患者之间存在共同的生物学过程，这为开发针对TBI的治疗策略提供了潜在的靶点。
Puffer等人从创伤性脑损伤患者的血浆中分离出细胞外囊泡，并通过深度测序鉴定出11种差异表达的miRNA。这些miRNA的靶基因与机体损伤和发育相关通路高度相关，进一步验证了细胞外miRNA可作为人类创伤性脑损伤的生物标志物。
综上所述，细胞外miRNA在创伤性脑损伤的诊断、预后评估和治疗策略的开发方面具有重要价值。通过深入了解这些生物标志物的功能和作用机制，我们可以更好地理解创伤性脑损伤的病理生理过程，并为患者提供更有效的治疗方法。
细胞外circRNA也参与了创伤性脑损伤的过程，并且具有诊断意义。小鼠在受到创伤性脑损伤后，脑细胞外circRNA的测序谱显示出显著的表达差异，155个上调，76个下调。在受控皮质冲击（CCI）模型小鼠皮质中的circRNA表达谱中，检测到191个差异表达的circRNA。功能分析显示，炎症、细胞死亡和损伤修复是与circCRNAS相关的主要生物学过程。
在神经肿瘤学领域，细胞外IncRNAs被认为是理想的诊断指标，因为它们与肿瘤的生成、浸润、转移和化疗耐药性有关。因此，它们可以用于早期诊断。
这些发现提供了关于circRNA在创伤性脑损伤中的功能和作用机制的新视角，并为开发新的诊断和治疗方法提供了潜在的靶点。
确实，目前还没有关于细胞外IncRNA在创伤性脑损伤中的诊断潜力报告。然而，已有研究表明脑外伤可引起体内IncRNAs表达水平的变化。例如，Zhong等人发现，在CCI后，小鼠皮层中823个IncRNA的表达发生了显著变化，其中667个上调，156个下调。Wang等人分析了创伤性脑损伤大鼠海马中IncRNA的表达，发现有271个IncRNA出现差异表达。功能分析显示，与炎症、转录、凋亡和坏死相关的类别变化最为显著，相关通路主要涉及炎症、细胞周期和细胞凋亡。
这些发现表明，细胞外富集的IncRNAs和circRNAs在创伤性脑损伤中具有诊断潜力，值得进一步探讨。通过深入研究这些非编码RNA在创伤性脑损伤中的作用和机制，我们可能会发现新的生物标志物和治疗靶点，以改善创伤性脑损伤的诊断和治疗。
外泌体ncRNA治疗TBI
确实，神经系统缺乏有效的先天愈合能力，因此损伤后的神经修复是一项重大的临床挑战。细胞外囊泡ncRNA在神经系统中具有强大的修复和再生潜力。
动物研究表明，细胞外囊泡可促进血管生成、减少炎症、促进神经再生并改善神经功能，因此在治疗神经损伤方面非常有效
间充质干细胞（MSC）移植疗法在许多疾病的治疗中显示出巨大的潜力，特别是在脑损伤和组织重建中。MSC的旁分泌活性在组织重建中起着关键作用，其中细胞外囊泡（EV）也扮演着重要的角色。来自MSC的EV已被证明在许多生物过程中发挥重要作用，包括细胞间的通讯、信号传递以及再生等。
有研究从人类骨髓中分离出细胞外囊泡，并应用于创伤性脑损伤24小时后的大鼠。结果显示这些细胞外囊泡能显著抑制GFAP+星形胶质细胞和CD68+小胶质细胞的活化。这一发现表明，来自MSC的EV可能在抑制炎症反应、促进组织修复和神经再生方面具有重要作用。
这些体外实验和动物研究显示了细胞外囊泡在神经系统修复和再生中的重要作用。细胞外囊泡通过传递miRNA、蛋白质和其他生物活性分子，可以在细胞间传递信息，调控信号通路，并影响神经血管生成、神经元再生和神经功能恢复。
在Han等人的研究中，MsC衍生的细胞外囊泡能显著改善大鼠的空间学习能力和运动功能，组织学观察显示出血边界区和脑室下区新形成的内皮细胞、分化的神经元、成熟的神经元和髓鞘数量增加。这表明细胞外囊泡可以促进神经细胞的再生和修复，改善神经功能。
Huang等人的研究发现，细胞外囊泡介导的miR-124-3p从小胶质细胞向损伤神经元的转移可以抑制哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）信号通路的活性，促进轴突生长和海马神经发生，改善神经功能恢复。这种转移可以减少神经退行性蛋白的表达，抑制神经炎症，改善神经元的预后。这表明细胞外囊泡可以通过调控基因表达和信号通路来改善神经损伤后的神经再生和修复。
继发性创伤性脑损伤确实会对患者的神经系统预后产生严重影响。在创伤性脑损伤的诊断和治疗中，减少继发性创伤性脑损伤相关因素的影响，如神经炎症反应和神经细胞凋亡，是科学研究和临床治疗的重点。
创伤性脑损伤后，星形胶质细胞和小胶质细胞会释放炎症介质，介导神经炎症过程。而骨髓间充质干细胞衍生细胞外囊泡富含miR-124，能促进小鼠海马神经发生，并通过抑制Toll样受体4（TLR4）通路促进小胶质细胞M2极化，从而抑制神经元炎症，改善预后。这表明，骨髓间充质干细胞衍生细胞外囊泡可能具有抑制炎症反应和促进神经元再生的能力。
此外，Xu等人在体外和体内实验中发现，在脑源性神经营养因子的诱导下，从间充质干细胞（MSCs）提取的细胞外囊泡成功地抑制了炎症并促进了神经元再生。这一机制可能与miR-216a-5p的高表达有关。这进一步证明了MSCs及其衍生物在神经修复中的潜力。
Long等人发现，富含miR-873a5p的细胞外囊泡能通过抑制NF-kB信号通路调节小胶质细胞表型，减轻神经炎症，改善创伤后神经功能缺损。这种作用可能为开发新的治疗方法提供新的思路，以减轻神经炎症并改善神经功能。
Li等人的研究进一步证明了细胞外囊泡中的miR-21-5p可以抑制Rab11a介导的神经元自噬，从而减少自噬介导的神经元损伤。他们使用创伤性脑损伤模型，用小鼠脑提取物处理HT-22神经元，模拟创伤后脑微环境，并观察HT-22的激活情况。实验结果显示，miR-21-5p在HT-22细胞外囊泡中的表达增加，并通过靶向Rab11a的非编码区直接抑制自噬。这种抑制作用可能保护神经元免受自噬介导的损伤，有助于神经元的再生和修复。
此外，Li等人还发现，TBI后小胶质细胞中富含miR-124-3p的细胞外小泡可转移到神经元，抑制神经元自噬，保护神经元。这一发现进一步强调了miR-124-3p在神经保护中的作用，并提供了一种潜在的治疗策略，通过促进细胞间通信和抑制自噬来保护神经元免受损伤。
这些研究表明，细胞外IncRNA和circRNA在创伤性脑损伤的治疗中具有重要作用。Patel等人发现，MALAT1可以调节包括炎症反应在内的多个治疗靶点，并促进创伤后的神经修复。含有MALAT1的人脂肪来源干细胞（ChASCs）细胞外囊泡能显著改善CCI模型小鼠的运动功能，减轻皮层损伤。来自hASCs的细胞外囊泡IncRNA，如NEAT1和MALAT1，在促进内源性修复、改善运动和认知功能、减轻大脑皮层和海马损伤方面发挥了关键作用。
此外，研究表明细胞外囊泡circRNAs与小鼠脑细胞外环境中神经元的生长和修复以及神经系统的发育和信号转导有关。细胞外ncRNAs也广泛参与创伤性脑损伤后的病理和生理过程，具有一定的干预靶点价值。因此，将细胞外ncRNA作为神经损伤的潜在治疗靶点具有临床应用潜力，并为开发新的创伤性脑损伤治疗方法奠定了基础。
这项研究提出了一种创新的方法，将人工材料与细胞外囊泡相结合，以增强组织的再生和修复。通过将聚乳酸支架与人脂肪来源干细胞（ChASCs）的细胞外囊泡相结合，可以促进骨再生，并促进小鼠颅骨缺损的修复。
细胞外囊泡中的特异性分子可能有助于干细胞迁移到目标损伤部位，这是通过干细胞与损伤部位的相互作用实现的。此外，细胞外囊泡的低免疫原性可以减少治疗过程中的一些不良反应，这是由于它们不具有免疫刺激性。
虽然这种方法还没有临床研究的支持，但在颅骨修复和神经再生等领域的应用潜力巨大。这为开发新的治疗方法提供了新的思路，并有可能改善组织的再生和修复。未来的研究可以进一步探索这种方法的可行性和效果，并进行临床试验以验证其疗效和安全性。
外泌体ncRNA与TBI并发症
创伤性脑损伤并发症确实与创伤后的机体应激反应和神经内分泌系统功能障碍密切相关，这些并发症可能会增加患者的死亡率并影响其预后。因此，对相关并发症的有效控制是非常重要的。
细胞外囊泡在创伤性应激反应的进展和细胞间通讯网络中发挥着重要的作用，这使得它们能够影响癫痫、骨质疏松症和肺损伤等并发症的发生。这些并发症都与神经系统的损伤和修复有关，而细胞外囊泡 ncRNA 的相关基因调控可能会产生长期影响，并参与这些并发症的发生。通过了解细胞外囊泡 ncRNA 在这些并发症中的作用机制，我们可能能够找到新的治疗方法，以改善创伤性脑损伤患者的预后和生活质量。
1.骨代谢
细胞外囊泡和细胞外miRNA在创伤性脑损伤后的骨代谢过程中确实发挥了多种作用，这取决于它们的来源和靶点。
首先，对于细胞外囊泡介导的破骨细胞分化，这可能会导致骨质流失。一项研究发现，与假手术组相比，创伤性脑损伤组细胞外囊泡中的miRNA-1224显著上调。这表明miR-1224可能在创伤性脑损伤后NF-xB激活和破骨细胞分化中发挥关键作用。因此，有针对性地抑制这些信号通路可能会逆转TBI引起的骨质流失。
然而，关于细胞外miRNA在成骨过程中对骨折修复起有益作用的说法并不一致。虽然有些研究认为这些分子可以优化骨髓间充质干细胞的成骨诱导，促进骨再生，但也有研究指出它们可能抑制成骨细胞的功能。因此，在研究过程中应根据细胞外囊泡的不同来源和靶点进行具体分析。
2.肺部疾病
肺部疾病常常是影响神经系统重症患者恢复的一个重要因素。在创伤性脑损伤（TBI）的案例中，大约30%的患者会出现急性肺损伤（ALI）。研究指出，细胞外囊泡（EVs）在TBI后的急性肺损伤过程中发挥了重要的作用。这些EVs携带的蛋白能够激活神经-呼吸-炎症轴，进一步促使肺微血管内皮细胞坏死，从而引发ALI。
Jiang等人从ALl小鼠的血液中提取了EVs，并发现这些EVs中富含特定的miRNA。这些miRNA能够诱导肺部炎症。这项研究揭示了EV如何将miR-155传递到巨噬细胞。这个过程激活了NF-xB通路，进而诱导了肿瘤坏死因子-d、白细胞介素-6等炎症介质的产生。此外，EV的miR-155还能以含SHI2的肌醇磷酸酶-1和细胞因子信号转导抑制因子-1为目标，促进巨噬细胞的增殖和炎症反应。
3.癫痫
创伤后癫痫是一种常见的并发症，同时也是大脑恢复能力改变的危险因素。癫痫的发生与多种基因和蛋白质在系统水平上的调控有关，而这种调控往往涉及miRNA。事实上，生物体液中的miRNA可能成为癫痫生物标志物的新来源。
Yan等人最近发现，与健康对照组相比，50个miRNA在伴有海马硬化的颞叶中叶癫痫患者的血浆源性细胞外囊泡中有差异表达。在这些差异表达的miRNA中，miR-8071的诊断价值最高，可以反映癫痫的严重程度。这一发现为癫痫的早期诊断和治疗提供了新的思路。
Karttunen等人在回顾了细胞外囊泡在结构性癫痫诊断和治疗中的作用后指出，细胞外囊泡的miRNA可能是癫痫发作的关键调控因子。这一观点进一步强调了细胞外囊泡在神经系统疾病中的重要性，并为未来的研究提供了新的方向。
总结
近年来，研究揭示了细胞外囊泡 ncRNA 在细胞间通讯网络中的新机制。
细胞外囊泡衍生的 ncRNA 对创伤性脑损伤后并发症的诊断、治疗和预防具有重要意义
未来的研究将侧重于对细胞外囊泡的非编码RNA（ncRNA）进行全局分析，以开发用于评估创伤性脑损伤的非侵入性生物标志物。此外，研究还将确定促进疗效的特定细胞外囊泡ncRNAs组，并研究它们的作用模式、最佳剂量、治疗时间窗和给药途径。同时，探索人工修饰ncRNAs在细胞外囊泡治疗中的应用，开展个性化细胞外囊泡治疗。
此外，研究还将关注细胞外囊泡ncRNA在创伤性脑损伤并发症中的发生机制和精准诊治。
总的来说，细胞外囊泡ncRNA在创伤性脑损伤中的研究前景非常广阔。然而，在开展大规模临床研究之前，我们需要对分离技术进行改进和完善，并全面了解与神经系统相关的细胞外囊泡生物学特征，以提高其在创伤性脑损伤应用领域的灵敏度和特异性。
在未来的研究中，可以采取以下方法来进一步推动细胞外囊泡ncRNA在创伤性脑损伤中的应用：
开发更高效的分离技术：对于细胞外囊泡ncRNA的分离，需要更加高效和可靠的方法。研究人员可以针对不同的细胞外囊泡类型和样本类型，开发更为特异和敏感的分离技术，以提高其分离效果和可重复性。
深入探究生物学特征：为了更好地理解细胞外囊泡ncRNA在创伤性脑损伤中的作用和意义，需要对其生物学特征进行更深入的探究。例如，可以研究它们在脑损伤过程中的释放机制、作用靶点以及与疾病进程的关系等。
联合其他生物标志物：虽然细胞外囊泡ncRNA具有很高的潜力，但单独使用可能存在一定的局限性。因此，可以考虑将其与其他已知的生物标志物（如蛋白质、代谢物等）联合使用，以提高诊断和预测的准确性。
开展临床研究：在改进和完善分离技术并深入了解其生物学特征的基础上，可以开展大规模的临床研究，以验证细胞外囊泡ncRNA在创伤性脑损伤中的诊断、预测和治疗价值。
