李蘇亞，奚廣軍，李在望，張劍平

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一類具有多向分化潛能、免疫調(diào)控、組織損傷修復(fù)、神經(jīng)保護(hù)等多種功能的多能干細(xì)胞，近來被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)、心血管等多系統(tǒng)疾病的治療研究中[1]。研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可以保護(hù)神經(jīng)元，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞軸突生長，有效改善受損的神經(jīng)系統(tǒng)功能。外泌體是幾乎所有細(xì)胞均可分泌的一種脂質(zhì)雙分子層膜囊泡，能夠遠(yuǎn)距離傳遞源自母細(xì)胞的生物信息，影響靶細(xì)胞和組織的病理生理過程。研究表明外泌體很可能是MSCs 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮治療作用的關(guān)鍵[1,2]。

1 MSCs源外泌體概述

外泌體是一群直徑為40～100 nm 的外分泌囊泡，廣泛存于體內(nèi)幾乎所有細(xì)胞及血液、尿液、腦脊液等多種體液中[3]。其腔內(nèi)充滿各種細(xì)胞蛋白、核酸（mRNA、miRNA等）、脂質(zhì)和可溶性因子，可直接與靶細(xì)胞的質(zhì)膜融合，也可以被靶細(xì)胞內(nèi)吞，進(jìn)而將信息傳遞給鄰近細(xì)胞及遠(yuǎn)端組織，并調(diào)節(jié)生物體內(nèi)病理、生理過程，如神經(jīng)元通信、抗原呈遞、免疫反應(yīng)、器官發(fā)育和生殖過程等[4,5]。

MSCs是在臨床實(shí)踐中應(yīng)用于免疫調(diào)節(jié)和缺血組織修復(fù)的幾種干細(xì)胞之一。研究發(fā)現(xiàn)，在急性心肌梗死的小鼠模型中，直接注射人造MSCs 可促進(jìn)血管生成并減輕左心室重塑[6]；在癲癇持續(xù)狀態(tài)的大鼠模型中，尾靜脈注入MSCs 可抑制癲癇的發(fā)生并維持認(rèn)知功能[7]。而MSCs分泌的外泌體，具備與母體干細(xì)胞相似的生物學(xué)功能。研究證實(shí)，MSCs源外泌體能夠降低炎性因子干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α的表達(dá)以減輕炎癥反應(yīng)[8]；也可在特殊干預(yù)后有效降低阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）患者腦中β淀粉蛋白（amyloid β，Aβ）的水平[9]。而其脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)可以保護(hù)內(nèi)含物免受降解酶或化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并可有效通過血腦屏障實(shí)現(xiàn)高效治療[10]。受此啟發(fā)，越來越多的研究注重于MSCs源外泌體在疾病治療方面的潛在功能。

2 MSCs源外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

2.1 阿爾茨海默病（AD）

AD 是以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，是老年期最常見的癡呆類型，目前尚未開發(fā)出能有效逆轉(zhuǎn)病程的藥物。AD 的主要病因之一是腦中Aβ的聚集。Aβ是由淀粉樣前體蛋白經(jīng)β-和γ-分泌酶的蛋白水解作用而產(chǎn)生[11]。利用該點(diǎn)，研究人員通過基因修飾MSCs，使其分泌富含治療因子的外泌體（例如可靶向作用β-和γ-分泌酶的SiRNA），進(jìn)而降低腦內(nèi)Aβ的水平[9]。此外，既往實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)MSCs進(jìn)行缺氧預(yù)處理可以增強(qiáng)其抗凋亡能力，并促進(jìn)它的增殖和神經(jīng)分化[12]。在此基礎(chǔ)上，Cui等[13]將經(jīng)過低氧預(yù)處理的MSCs源外泌體通過尾靜脈注入AD模型小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這些外泌體能夠有效地減少小鼠腦內(nèi)Aβ的積累、增加突觸蛋白的表達(dá)，下調(diào)炎性因子TNF-α和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1b的水平，同時(shí)上調(diào)抗炎因子IL-4和IL-10的表達(dá)，進(jìn)而改善小鼠的學(xué)習(xí)和記憶功能?？紤]到全身給藥后MSCs源外泌體在腦中的含量十分有限，Cui等[14]在最新的研究中利用中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性狂犬病病毒糖蛋白（rabies virus glycoprotein，RVG）修飾MSCs 源外泌體（RVG 可與乙酰膽堿受體特異性地相互作用，靶向作用于神經(jīng)細(xì)胞[15]），發(fā)現(xiàn)RVG標(biāo)記的MSCs源外泌體在靜脈給藥后對(duì)大腦皮質(zhì)和海馬顯示出更好的靶向性，可明顯降低顱內(nèi)Aβ水平。由此看來，MSCs 源外泌體能夠針對(duì)AD的主要病理機(jī)制起到有效的治療作用。

2.2 腦梗死

腦梗死是指因腦部血液循環(huán)障礙，缺血、缺氧所致的局限性腦組織的缺血性壞死或軟化。一般來說，恢復(fù)最快、預(yù)后較好的治療方法是在疾病早期進(jìn)行溶栓或取栓術(shù)以及時(shí)恢復(fù)血流。但很多病例并不能在溶栓時(shí)間窗內(nèi)得到有效治療。Xin H 等[16]建立大腦中動(dòng)脈閉塞型（middle cerebral artery occlusion，MCAO）腦梗死大鼠模型，并用MSCs源外泌體進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，MSCs源外泌體可顯著促進(jìn)MCAO 大鼠神經(jīng)血管的重塑和功能恢復(fù)。進(jìn)一步探討其中機(jī)制發(fā)現(xiàn)MSCs 可以通過外泌體轉(zhuǎn)移microRNA 133b（miR-133b）來調(diào)節(jié)神經(jīng)軸突的生長。已有研究證實(shí)，miR-133b 在神經(jīng)元的分化和神經(jīng)細(xì)胞軸突的生長中發(fā)揮著重要作用[17]。研究者們通過分析對(duì)比正常大鼠腦和MCAO 大鼠同側(cè)腦的總RNA 發(fā)現(xiàn)：MCAO 大鼠同側(cè)大腦miR-133b 顯著降低。將MCAO大鼠的腦組織放入含有MSCs的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，72 h后發(fā)現(xiàn)MCAO大鼠的腦組織中miR-133b顯著升高，且升高的miR-133b來源于MSCs分泌的外泌體[18]。此外，該團(tuán)隊(duì)通過質(zhì)粒轉(zhuǎn)染MSCs 使之分泌富含miR-17-92 的外泌體（miR-17-92 可通過調(diào)節(jié)抑癌基因PTEN的表達(dá)來促進(jìn)神經(jīng)元的軸突生長[19]），對(duì)比發(fā)現(xiàn)干預(yù)后的MSCs源外泌體治療作用明顯加強(qiáng)[20]。以上研究表明，MSCs源外泌體具有治療腦卒中的潛力，而通過對(duì)外泌體的進(jìn)一步干預(yù)修飾，治療作用可顯著增強(qiáng)。

2.3 創(chuàng)傷性腦損傷

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是導(dǎo)致中青年人群殘疾和死亡的重要原因，其發(fā)病機(jī)制主要是原發(fā)性和繼發(fā)性損傷導(dǎo)致的暫時(shí)或永久性的神經(jīng)功能缺損。原發(fā)性損傷破壞血腦屏障，損傷神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞，引起局部炎癥，造成繼發(fā)性損傷[21]。由于原發(fā)性損傷往往不可逆，TBI 的治療主要針對(duì)繼發(fā)性損傷展開。Kota 等[8]在向TBI 大鼠模型注射MSCs 后觀察到大鼠腦內(nèi)促炎因子IFN-γ和TNF-α的表達(dá)量減少了50%，同時(shí)血腦屏障通透性顯著降低。Ni等[22]最新的研究顯示MSCs源外泌體可分別通過下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和上調(diào)CD206、精氨酸酶-1 的水平，抑制促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-1β的表達(dá)，增加抗凋亡的B 細(xì)胞性淋巴瘤-2（BCL-2）的表達(dá)，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。有實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步比較了MSCs和MSCs源外泌體對(duì)TBI的治療效果，發(fā)現(xiàn)與能分泌等量外泌體的MSCs 相比，直接注射MSCs 源外泌體的抗炎效果更佳，可能原因在于MSCs 靜脈注射后大部分進(jìn)入了肺部[23]。這一發(fā)現(xiàn)提示MSCs衍生的外泌體免疫原性較低，更具穩(wěn)定性、高效性，可替代全細(xì)胞治療TBI。

2.4 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）是最常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤，目前的治療方案非常有限，患者的中位生存期僅15 個(gè)月。研究發(fā)現(xiàn)，GBM 通過釋放一些趨化因子和生長因子（包括血管內(nèi)皮生長因子VEGF、促炎因子IL-8、血小板衍生生長因子PDGF-BB 和神經(jīng)營養(yǎng)因子NT-3 等）介導(dǎo)MSCs 對(duì)GBM的趨向性，進(jìn)而MSCs可以作為藥物載體定向作用于GBM甚至是發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，有效改變GBM的免疫微環(huán)境[24,25]。Amir等[26]篩選出miR-4731 作為腫瘤抑制因子，特異性修飾MSCs 后將其與GBM 癌細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)miR-4731-MSCs 可誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。Malte 等[27]則基因修飾MSCs，使其高表達(dá)促炎細(xì)胞因子IL-12 和IL-7，誘導(dǎo)GBM 小鼠模型產(chǎn)生高效的抗腫瘤T 細(xì)胞應(yīng)答，提高了實(shí)驗(yàn)鼠的免疫力并延長了總生存期。但也有大量的證據(jù)表明，在腫瘤微環(huán)境中，MSCs可通過外泌體與癌細(xì)胞相互作用，分泌大量細(xì)胞因子和生長因子，促進(jìn)癌細(xì)胞的存活、生長、轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和免疫逃逸[28,29]。Pavon LF 等[29]將標(biāo)記后的MSCs通過尾靜脈注射到GBM 模型鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)其能夠跨越血腦屏障并遷移到腫瘤區(qū)域，而MSCs浸潤腫瘤后，又可通過外泌體釋放細(xì)胞因子TGFB1刺激GBM細(xì)胞增殖（TGFB1是一種轉(zhuǎn)化生長因子，能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移[30]）。另外，除了考慮到MSCs與GBM 之間的聯(lián)系，GBM細(xì)胞本身的間質(zhì)化，也是GBM難治性的重要原因之一。有報(bào)道稱，GBM的難治性部分歸因于具有治療抗性的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（glioma stem cells，GSCs）。其不僅與GBM 的形成和進(jìn)展有關(guān)，也增強(qiáng)了GBM 對(duì)常規(guī)化療和放射性治療的耐藥性[31]。來自MD 安德森癌癥中心的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)[32]，GBM 中存在有類似于MSCs 的基質(zhì)細(xì)胞，即膠質(zhì)瘤相關(guān)的MSCs（GA-hMSCs）。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，GA-hMSCs 通過分泌IL-6促進(jìn)GSCs的增殖和自我更新，增強(qiáng)GSCs的致瘤性和間質(zhì)特性[33]。此外，GA-hMSCs 分泌的外泌體中含有大量的miR-1587，可下調(diào)GSCs 中抑癌因子NCOR1 的表達(dá)，顯著增加了GSCs的增殖和克隆形成能力[32,34]。未來的治療方案，通過基因修飾等方法，GA-hMSCs也可作為一種新的治療靶點(diǎn)。

3 結(jié)語與展望

截至目前，國內(nèi)外大量研究結(jié)果證實(shí)，MSCs源外泌體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療方面有著廣闊的應(yīng)用前景。MSCs源外泌體能夠減輕炎癥反應(yīng)，促進(jìn)神經(jīng)損傷的修復(fù)以及功能的重建，并且與MSCs 本身相比，外泌體的安全性更高、性質(zhì)更穩(wěn)定、作用更具靶向性，在疾病治療方面有著更大的潛力。未來我們需要深入探討MSCs 源外泌體調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的免疫反應(yīng)、促進(jìn)神經(jīng)軸突生長的具體機(jī)制，排除可能存在的負(fù)面作用，對(duì)MSCs源外泌體進(jìn)行更精準(zhǔn)的干預(yù)，以提高治療的安全性、高效性，進(jìn)而早日實(shí)現(xiàn)有效的臨床應(yīng)用。