【综述】外泌体在中枢神经系统疾病诊治中的研究进展
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2026-02-24 14:54:12
外泌体作为活细胞释放到细胞外基质中的膜性囊泡，携带蛋白质、核酸和脂类等多种生物活性分子，在细胞间进行物质交换和信息传递。多种细胞都可释放外泌体，其在中枢神经系统众多病理和生理过程发挥重要作用。同时，外泌体还可穿过血脑屏障，因此，对于中枢神经系统疾病的诊断和治疗，外泌体提供了新的策略。现对外泌体的一般特性、在中枢神经系统的病理和生理作用及其对于中枢神经系统疾病诊断和治疗的进展进行综述。
外泌体（exosomes，Exo）是由活细胞释放到细胞外基质中的一种直径为30~150 nm的膜性囊泡，其可以携带一系列生物活性分子，包括蛋白质、核酸、脂类等，重新编程受体细胞，介导细胞间物质交换和信息传递，参与调节免疫应答、炎症、肿瘤进展等多种病理生理过程。随着Exo观测方法的进步和研究的进一步深入，中枢神经系统Exo引起了研究人员的广泛关注。现就Exo与中枢神经系统疾病的研究现状和进展进行综述，为该领域研究提供一定的理论支持。
1.1 Exo的释放与组成 细胞外囊泡是由细胞释放的各种具有膜结构的囊泡结构的统称。根据其直径不同，可分为 4 个亚群：Exo、微粒、凋亡小体和癌小体。目前研究热点为Exo亚群。Exo是由细胞内的多泡体与细胞膜融合后，释放到细胞外基质中的膜性囊泡［1］。大部分活细胞可合成和释放Exo，Exo广泛存在于人体内的体液中，如血液、唾液、汗液、泪液、乳汁、羊水、精液、尿液等。
细胞内蛋白质可通过Exo转运，并与多种病理生理过程有关［2-3］，但由于很多分离方法会导致杂蛋白残留，这在一定程度上限制了Exo蛋白质方面的研究，目前蛋白质分选进入Exo的分子机制尚未明确。细胞所释放的微小RNA(microRNA，miRNA)主要包裹于Exo中，作为分泌分子而影响受体细胞表型［4-5］，tRNA、DNA、小核RNA等多种核酸物质在Exo内均有报道［6］。
除蛋白质和核酸外，Exo还携带丰富的脂类，包括神经酰胺、胆固醇、磷脂酰胆碱等［7］。脂质是Exo膜的重要组成部分，胞外囊泡的脂质组成同样主要受母细胞成分的影响，而这种囊泡间的脂质组成差异还会影响囊泡的机械行为，导致囊泡表现不同的力学性质［8］。
1.2 Exo的研究方法 分离提取Exo的方法较多，如根据Exo的密度特性将其从流体中分离的超高速离心法；根据Exo标志性抗体使其与磁珠结合的免疫磁珠法和超滤膜过滤大粒径Exo的超滤法等。Exo鉴定主要依据形态学特征、粒径及Exo标志性蛋白［CD63、CD9、热休克蛋白（HSP）90和CD81等］［9-10］。透射电镜和扫描电镜等电子显微镜适用于Exo形态检测，透射电镜的分辨力可达0.2 nm，镜下Exo呈带有膜结构的圆形杯垫样结构［11］。纳米颗粒示踪分析技术（nanoparticle tracking analysis，NTA）通过光学显微镜收集Exo的散射光信号，拍摄一段Exo颗粒在溶液中做布朗运动的影像，从而计算出Exo的流体力学半径。蛋白质组学研究结果表明，Exo不仅含细胞类型特异性蛋白质，还携带一些共同的蛋白质组分，这些共同的蛋白质组分可作为Exo的特异性蛋白标志物。这些共同的蛋白质包括：凋亡因子6相互作用蛋白，肿瘤易感基因101蛋白等囊泡合成相关蛋白，HSP70、HSP60等热休克蛋白，CD9、CD63、CD82等跨膜蛋白等［12-13］。
Exo作为天然的细胞穿梭体，具有多种功能，包括低免疫原性、可生物降解性、包裹内源性生物活性分子的能力及穿越血脑屏障的能力等［14］。Exo与受体细胞的作用方式包括内吞、受体-配体结合附着或与质膜融合等［15-16］。2006年，Fauré等［17］分离胎鼠大脑皮质进行体外培养，首次发现神经元可分泌Exo。此后，多种中枢神经系统的细胞，如小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞均被证实可释放Exo。神经细胞间的通讯对于大脑功能的实现具有重要意义。中枢神经系统内Exo等囊泡的活动与突触活性紧密关联［18-19］。体外研究发现，神经元可根据突触活性释放Exo，神经源性Exo进入大脑实质后可能被邻近的细胞内吞［20］。Exo在中枢神经系统可发挥多种功能，包括细胞间通讯、维持髓鞘化、抗原提呈和神经元营养支持等［21-23］。
在中枢神经系统，Exo不仅可包裹“毒性”RNA和蛋白质等进行传播，还可通过与靶细胞间发生内吞、受体-配体结合、附着等促进损伤进一步扩大和发展。间充质干细胞来源的Exo在多个领域均有所研究。人脐带间充质干细胞Exo可显著降低多柔比星诱导大鼠扩张型心肌病的心肌纤维化［24］。研究人员将来源于脑卒中、自闭症、帕金森等脑病患者的骨髓间充质干细胞Exo注入到病理小鼠模型中，发现Exo可以靶向作用于病理性脑区，并且积累，病理损伤脑组织中的炎症信号与Exo的积累高度相关［25］。阿尔兹海默病患者及动物模型中相关脑区miR-34a高表达，miR-34a高表达的Exo被邻近神经元细胞摄取后，受体细胞内出现β 样淀粉蛋白形成与沉积［26］。另一项研究发现，星形胶质细胞感染含Tat的人类免疫缺陷病毒后，其所分泌的Exo内miR-29b 含量增加，神经元细胞摄取该Exo后，细胞内miR-29表达也上调，导致神经元细胞凋亡和坏死，而干预Exo的形成可逆转这一过程［27］。在脑卒中及对照患者体内，循环中胞外囊泡的浓度无显著差异，但其携带的miRNA出现变化：miRNA-17家族成员和miRNA-27b-3p等水平在脑卒中患者中显著增加，小血管疾病患者也始终具有最高的miRNA水平［28］。神经退行性疾病相关蛋白，如β淀粉样蛋白、朊蛋白等也被包裹在Exo囊泡中，在大脑中进行传播，但其具体作用机制尚未明确［29］。这些研究均提示，中枢神经系统的病理状态会影响Exo内含物，而这种病理性Exo的传播可导致中枢神经系统进一步损伤。
中枢神经系统疾病患者常表现各种症状和影像学特点，临床上难以准确鉴定损伤程度，又由于血脑屏障的存在，相关生化指标的精确检测受限制，寻找一个神经系统特异性生物标志物来反映其病理生理机制具有重要意义。不同患者来源的Exo中的内容物往往有所差别，包含不同病理生理状态下母体细胞的特异性物质，这种特性使Exo可能成为疾病诊断和预后评估的潜在指标［30-31］。研究发现，Exo可穿过血脑屏障［32-33］。不同病理生理条件下，miRNA可分选进入Exo，因此Exo所携带的miRNA在疾病诊断、病程分期方面有一定作用［34-35］。在胶质母细胞瘤患者外周血中可检测到携带胶质瘤特异性mRNA突变体、miRNAs和DNA的Exo囊泡［36-37］。中枢神经系统损伤相关蛋白也可通过囊泡进入外周血中［38］。循环系统中的细胞外囊泡还可作为非侵入性诊断和监测胶质瘤的潜在标志物［39］。α-突触核蛋白 (α-syn)与帕金森的发病机制及功能障碍密切相关。有研究采用纳米级的流式细胞测定技术对脑脊液中含α-syn的细胞外囊泡进行量化，发现脑脊液中总 α-syn 阳性和聚集的α-syn 阳性的胞外囊泡或可作为疾病诊断工具［40］。研究人员对于大脑中Exo如何进入外周循环的机制尚未达成一致，目前认为大脑中的Exo直接通过毛细血管或引流静脉、细胞间液、蛛网膜颗粒、鼻周淋巴管等进入循环是可能的途径之一［41］。
功能性纳米材料的开发对于药物靶向传递和治疗具有重要意义，但外源性纳米材料可能会导致不可预期的不良免疫应答反应，Exo作为天然的脂基载体，无论在体内还是在体外，均具有运载分子的先天优势，如低免疫性、体内良好的耐受性和较高的传递效率等，因此在靶向药物的递送和治疗方面可发挥其优势［42-43］。Exo装载药物的方式主要有2大类：（1）当胞外小体尚未分泌到细胞外环境时，将药物负载到供体细胞中，其中代表性的方法有转染法［44］和共孵育法［45］。（2）Exo被供体细胞分泌后再装载药物，这需要在细胞外环境中进行药物处理，主要的代表性方法为直接混合和电穿孔法［46］。
多发性硬化是以中枢神经系统脱髓鞘病变为主要表现的自身免疫病，研究人员将具有髓鞘再生诱导功能的适体和间充质干细胞来源的Exo偶联，发现此生物合成物可抑制模型小鼠中枢神经系统的炎症反应，并缩小脱髓鞘病变区域［47］。血脑屏障限制了过氧化氢酶对帕金森的治疗，而装载过氧化氢酶的Exo可装载过氧化氢酶穿过血脑屏障到达目标区域，实现治疗作用［48］。M2小胶质细胞外囊泡可通过miR-124 /信号传导及转录激活因子3途径减少脑缺血小鼠模型的胶质瘢痕形成［49］。Exo在神经损伤修复方面也有一定效果。在休克和创伤性脑损伤动物模型中，Exo均表现出了治疗潜能［50］。
Exo对于神经系统正常的生理活动具有重要意义，同时也参与中枢神经系统疾病的发生、发展。Exo作为中枢神经系统疾病诊断与治疗的一个新的策略还有很大的发展空间，如Exo大规模标准化的制备、药物加载、临床应用研究等。
