撰文︱陈逸拓

责编︱王思珍，方以一

中枢神经系统（central nervous system，CNS）创伤，分为脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）和创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI），正逐渐成为全球意外死亡和残疾的主要原因。中枢神经系统创伤分为两个阶段，第一阶段的特点是原发性损伤，由外部暴力在短时间内发生，可直接损害神经组织和脉管系统的结构。第二阶段的特点是原发性损伤引起的缺氧、水肿或缺血而引起继发性损伤。继发性损伤由于细胞死亡和炎症因子的释放而造成更严重的损害。以往的许多研究已经证实，细胞死亡的病理生理机制以及细胞死亡引起的神经炎症是中枢神经系统创伤进展的关键因素。因此控制细胞死亡和神经炎症对于减轻CNS的损伤至关重要。

细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是几乎所有细胞类型产生的膜包裹颗粒，已被证明可以介导细胞间通讯。EVs包括外泌体（exosome），微泡（microvesicles，MVs）和凋亡小体。作为介导细胞间通讯的载体，EVs可以装载蛋白质、脂质、核酸等多种内容物并输送到靶细胞中。由于血脑屏障以及血脊髓屏障的作用，常规给药途径很难在损伤部分达到有效血药浓度。而得益于EVs的特殊结构，EVs能轻易的通过血脑屏障与血脊髓屏障。并且有相关研究表明其他细胞来源的EVs在CNS损伤中的治疗作用。因此，EVs成为了近年来治疗中枢神经系统创伤研究的前沿热点。

近日，温州医科大学附属第二医院/浙江省骨科重点实验室周凯亮和倪文飞团队在Molecular neurobiology发表了综述“Extracellular Vesicles: Therapeutic Potential in Central Nervous System Trauma by Regulating Cell Death”，第一作者为陈逸拓（Yituo Chen）硕士，胡新力（Xinli Hu）博士和张豪杰（Haojie Zhang）硕士，通讯作者为周凯亮（Kailiang Zhou）研究员和倪文飞（Wenfei Ni）主任医师。本文系统总结了细胞外囊泡和细胞死亡在CNS创伤研究的前沿进展，此外综述介绍了EVs的生物发生、EVs与细胞死亡之间的关系、EVs在CNS创伤背景下作用的病理生理机制以及EVs在治疗方面的应用。在此基础上，对基于EVs治疗策略在CNS损伤上的应用做出了总结和展望，为CNS损伤的治疗提供新的思路。（拓展阅读：周凯亮/倪文飞课题组相关工作，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Redox Biol︱温州医科大学周凯亮团队发现一种治疗创伤性脊髓损伤的新型促红细胞生成素衍生多肽；J Neuroinflammation︱周凯亮/倪文飞团队揭示线粒体靶向抗氧化肽治疗脊髓损伤的新机制；J Neuroinflammation 综述︱倪文飞/周凯亮团队聚焦STING通路在CNS损伤后神经炎症及细胞死亡中的重要作用）

微囊泡（MVs）是由细胞质膜直接向外突起和分裂形成的[1]。外泌体的形成的第一步是细胞质膜的内凹形成早期内体（early endosomes），然后高尔基复合体可以积累一些外泌体蛋白。早期内体与由高尔基复合体突起形成的囊泡融合，形成晚期内体（late endosomes）。晚期内体膜凹陷形成腔内囊泡（intraluminal vesicles，ILVs），并通过依赖ESCRT或不依赖ESCRT的途径，内容物被选择性地分入ILVs，然后晚期内体转变为多囊体（MVBs）[2,3]。多囊体与溶酶体融合进行降解，或者与细胞质膜融合释放ILVs，最后形成外泌体[4]（图1）。凋亡体（ApoBDs）则是通过来自凋亡细胞的膜起泡形成的[5]。

图1 EVs生物发生机制。

2．EVs与细胞死亡间的关系

在自噬、坏死性凋亡、焦亡、细胞凋亡与铁死亡等常见的程序性细胞死亡类型中，均发现了EVs能够运载生物活性物质介导上述细胞死亡的过程。程序性细胞死亡涉及到多种复杂的分子见相互作用。细胞死亡能够影响EVs的分泌（如自噬），而EVs也能控制细胞死亡的发生[6]。本综述通过收集目前已有的文献，总结了EVs与不同类型程序性细胞死亡见的联系，并重点讨论了目前的最新研究进展。

3.1 EVs 对TBI后细胞死亡的影响

TBI指的是由于外部物理力的冲击导致大脑功能受到破坏或出现其他脑病理证据的情况[7]。以往研究表明，细胞死亡参与了TBI的病理过程并进一步加剧了TBI损伤[8]。细胞死亡与复杂的信号通路和分子相互作用密切相关，不同细胞间也可通过细胞通讯介导细胞死亡。作为细胞通讯的介质，EVs参与了TBI背景下细胞死亡的病理生理过程。过去的研究发现经历了细胞死亡并且破裂的神经元会释放出含有损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）的EVs，经过血液循环致肺部，引起肺部细胞焦亡[9]（图2）。TBI后产生的EVs会透过血脑屏障，通过血液循环到达肺部，通过诱导肺部细胞死亡与炎症的发生而引起急性肺损伤（图2）。并且经历焦亡的小胶质细胞可能会释放含有细胞因子和炎症小体的EVs，从而诱导进一步的神经炎症 [10]（图2）。而在一些脑损伤病人的血清中与脑脊液中检测到异常增高的EVs，表明TBI会促进EVs的分泌[11]。

图2 EVs对脑外伤后细胞死亡的影响。

3.2 EVs 对SCI后细胞死亡的影响

SCI将会引起患者瘫痪、排泄功能障碍甚至一系列严重的并发症 [12]。与TBI类似，SCI过程中也经历了复杂的细胞死亡过程。而通过收集已发表的文献，本文发现了EVs在SCI中与细胞死亡的一定联系。如有研究表明含有正常神经元分泌的miR-124a的EVs能够上调小鼠中星形胶质细胞GLT-1的表达，并且负载GLT-1的EVs能够维持谷氨酸稳态 [13]（图3）。而受损的脊髓神经元中涌出的谷氨酸过度兴奋邻近的神经元，导致活性氧（reactive oxygen species，ROS）过量产生，最终可能诱发铁死亡和细胞焦亡[14-17] (图3）。此外，含有来自M1极化巨噬细胞的 miR-155 的EVs会诱导神经元产生 ROS，从而导致神经炎症与细胞死亡[18]（图3）。包含来自活化星形胶质细胞的CCL2的EVs通过与小胶质细胞和神经元上的 CCR2 相互作用，促进神经元凋亡并加剧炎症 [19]（图3）。

图3 EVs对脊髓损伤后细胞死亡的影响。

4.1 EVs可靠的细胞来源

EVs是负载生物活性内容物并转移到靶细胞的可行候选者。不同细胞来源的EVs对CNS创伤的治疗具有截然不同的效果。本综述收集了来自不同细胞来源的EVs以及对相关疾病的治疗效果，以为后续EVs依赖的治疗方案提供理论参考（表1）。

表1 不同细胞来源的细胞死亡与EVs的关系.

4.2 EVs作为运载体的治疗用途

EVs得益于特殊的结构特点，使其能够轻易透过血脑屏障以及血脊髓屏障[20]。并且EVs可以通过膜表面蛋白特异性结合于靶细胞，使其富集于损伤部位。这使得EVs成为最佳的治疗物质运载体。部分神经保护作用的药物、小分子物质等可以装载入EVs中并运输至损伤部位，从而达到局部治疗的目的（表2）。而既往诸多研究表明部分细胞分泌的EVs，如间充质干细胞，神经干细胞等，也被证明通过不同的分子机制抑制细胞死亡以达到治疗SCI与TBI的作用（表2）。

表2 EVs作为货物载体的治疗机制

4.3 治疗性EVs的获取

如何获得携带治疗基因或蛋白的靶向EVs一直是EVs治疗的重点。目前在实验室中通过基因方法或者生物工程技术获得目标EVs。基因方法即通过注射病毒以过表达靶向基因，并通过超速离心获取目标EVs [21,22]（图4）。而生物工程技术通过电穿孔、热休克、冻融以及超声等膜透化策略装载生物活性成分，并通过膜表面化学修饰使EVs的亲和力发生变化，从而重塑EVs的生物分布并使其在受损的组织或器官中积累 [23-26]（图4）。然而，由于基因方法可能会改变EVs的生物活性，而生物学工程操作困难，因此未来仍需进一步研究。

图4 EVs作为载货工具的治疗方法。

这篇综述描述了EVs的生物发生、EVs与细胞死亡之间的关系、EVs在CNS 创伤背景下作用的病理生理机制以及EVs在治疗方面的应用。然而，在EVs疗法应用于临床之前，还有许多障碍需要克服。选择合适的细胞来提取EVs对于基于EVs的治疗极其重要。比较不同细胞之间EVs的治疗效果并选择合适的细胞来源用于EVs生产正成为未来工作的重点。寻找新的标准化分离和纯化方法是EVs临床应用的另一个挑战。能够用于大规模生产的EVs的完美分离方法将有利于临床研究和药物开发。此外，EVs如何精确定位到病变部位尚不清楚。似乎可以通过生物工程学方法或者基因方法来改变EVs表面的受体，使它们更有可能在病变处积聚。然而基因方法存在影响生物活性的风险，生物工程方法难以实施。因此，需要改进EVs膜表面修饰的方法。解决EVs体内分布问题将有助于取得最佳疗效。对EVs的研究证明，通过EVs抑制细胞死亡将是中枢神经系统创伤后功能再生的下一代治疗方法。EVs的研究证明，通过EVs抑制细胞死亡将为中枢神经系统创伤后功能再生提供崭新的治疗思路。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s12035-023-03501-w 

第一作者：陈逸拓硕士（左一）、胡新力博士（左二）、张豪杰硕士（左三）；通讯作者：倪文飞主任医师（右二），周凯亮研究员（右一）。

（照片提供自倪文飞/周凯亮团队）

基金支持：国家自然科学基金面上项目（82072192），浙江省公益技术项目（LGF20H150003），浙江省自然科学基金（LY17H060009），温州市科技局基金资助项目（Y20210438）。

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参考文献（上下滑动查看）  

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编辑︱王思珍

本文完