外泌体在神经退行性病变中的研究进展

陈欣雅综述， 季秋虹审校

外泌体在神经退行性病变中的研究进展

陈欣雅综述， 季秋虹审校

外泌体(exosomes)是一种由多种细胞分泌的直径为50～90 nm的膜性囊泡。外泌体可以在靶细胞间激活并运输，从而发挥其细胞间信息交流的作用。外泌体内不仅含有特定的蛋白和脂质，还包含信使RNAs(mRNAs)和microRNAs(miRNAs)。外泌体在中枢神经系统中可以调节神经元的形成、再生以及调节突触的功能；在神经退行性疾病中，可通过细胞间传递神经毒性错误折叠蛋白而致病。这篇综述着重强调了外泌体在神经退行性病变及神经保护方面的作用，通过识别神经退行性疾病中外泌体的异常，深入了解其发病机制。同时，发现特征性的生物标记物对于疾病的诊治有很大帮助。

1 外泌体的生物起源和内容

外泌体包含各种蛋白、脂质和核酸。通过对外泌体起源和转运的认识，有助于我们理解细胞如何利用外泌体实现细胞间交流及改变外周环境。外泌体的形成起源于浆膜上网格蛋白微区的内吞作用，转运必需内体分选复合物(ESCRT)促进由内吞作用产生的囊泡形成装载有“货物”的早期核内体，早期核内体逐渐蓄积和成熟形成晚期核内体，晚期核内体内产生很多小囊泡(ILVs)，进一步形成多囊泡体(MVBs)[1，2]。MVBs与质膜融合，导致小囊泡释放到细胞外空间从而发挥作用。Trajkovic等人[3]证明，在少突细胞中，ILVs的释放依赖于ESCRT，MVBs内鞘磷脂神经酰胺的分布可调节胞外ILVs的释放，从而调节外泌体的释放。一些研究表明，外泌体的释放依赖于Rab27和Rab35，且被神经鞘磷脂酶抑制剂阻断[3,4]。另一个研究指出，Ca2+及离子载体A23187可诱导外泌体释放[5]。

外泌体的组成包括膜转运和融合相关蛋白(GTP酶、flotillin、annexins)、四跨膜蛋白(CD9、CD63、CD81、CD82)、热休克蛋白(HSP70，HSP90)、多囊泡泡体内产生相关蛋白(Alix,TSG101)，脂质相关蛋白和磷脂酶。来源不同的外泌体含有不同的蛋白，这些蛋白均可作为阳性“标记物”。最常见的标记物为TSG101,Alix,flotillin和 Rab5b，免疫印迹或者ELISA法均可检测，证明外泌体的存在。除了膜相关蛋白以外，质谱分析可鉴别与外泌体相关的4400多种蛋白，这些蛋白参与细胞间的相互联系[6]。

外泌体的脂质含量十分丰富，不同细胞来源的外泌体其脂质组成的成份各不相同，与外泌体的形成密切相关，包括磷脂酰胆碱、磷脂酰、乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、神经酰胺、胆固醇和鞘磷脂。脂质成份如鞘磷脂和GM3，决定了外泌体不同的生物学功能，同时也决定了它们的传送效率[7]。而外泌体膜上磷脂酰丝氨酸水平的高低会影响其信息交流的功能。

除了蛋白质和脂质，外泌体还包含有核酸(包括miRNA，mRNA)和其他非编码RNA。许多研究报道，外泌体的RNA不同于亲代细胞的RNA[8]。也有一些报道，来源于癌症细胞的外泌体包含有与亲代细胞相同的miRNA，因此可以用作肿瘤标记物[9]。通过电镜鉴定外泌体寻找疾病的生物标记物，费时且昂贵，通过miRNA来证明外泌体的存在不失为一个更好的方法。由外泌体携带的mRNAs可以在受体细胞中翻译，同时miRNAs和ncRNAs可以调控基因的表达。外泌体中也包含DNA，但这些DNA的功能还未被证实。

总之，外泌体可由各种细胞分泌，并且包含多种蛋白质、脂质和核酸。因此外泌体可以看成是运输者、细胞间交流的桥梁，在起源细胞与其他细胞间进行物质传递。

2 神经元之间通过外泌体的交流

外泌体通过传递活化的分子与邻近的细胞相互联系，因此细胞间的信息交流是外泌体的主要功能。Skog等人[10]研究了神经胶质细胞与轴突之间蛋白质和miRNAs的运输。为了应答谷氨酸能突触的活化，海马神经元和培养的皮质细胞向胞外释放外泌体。特异的髓磷脂脂质(半乳糖脑苷脂，硫苷脂和胆固醇)通过少突胶质细胞释放进入外泌体，是髓磷脂鞘和神经传导的本质特征。

在病理环境下，小胶质细胞作为中枢神经系统的巨噬细胞可以被激活，同时小胶质细胞通过分泌外泌体发挥着抗原提呈细胞的作用。ATP的刺激和鞘磷脂酶活化后，小胶质细胞和星形胶质细胞的浆膜可以释放外泌体，这些外泌体中含有促炎症因子IL-β。氧化反应和热应激后，培养的星形胶质细胞也可以释放外泌体，而这些外泌体中含有热休克蛋白70和突触蛋白-1。Guescini等[11]报道，星形胶质细胞释放的外泌体含有线粒体DNA，而来源于星形胶质细胞和恶性胶质瘤的脑肿瘤细胞释放的外泌体包含有免疫抑制剂和致癌因子。因此，外泌体通过转移不同来源的分子发挥其细胞间信息交流的作用。

3 神经退行性病变中的外泌体

神经细胞的死亡是神经退行性变的一个主要原因，也是许多疾病如阿尔茨海默症(AD)、亨廷顿舞蹈症(HD)、帕金森疾病(PD)、尼曼克氏症、额颞痴呆、肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病的标志。以上疾病都涉及神经系统中受累区域蛋白的聚集和内含物的形成。细胞内蛋白质的正确分选和降解对于维持神经元的健康状态十分重要。外泌体与神经退行性疾病中突变的错误折叠蛋白的传播有关，这些“毒性”蛋白可以作为寡聚体形成模板。神经元通过胞内体途径对这些蛋白进行加工并尝试去除这些聚集的蛋白，最终这些蛋白被降解进入溶酶体或者合并入MVBs，后者最终以外泌体的形式释放入胞外环境中。

1970年Paula-Barbosa等人[12]首次发现AD患者前脑皮质神经元中MVBs的数量明显增加。淀粉状蛋白β42(Aβ42)作为AD特征性老年斑的主要成分 ，聚集在MVBs中。AD患者体内的外泌体将不恰当分选及聚集的淀粉状蛋白-β传递到其他组织。当清除通路被抑制时，外泌体在毒性Aβ的降解和毒性肽段的聚集方面均有一定作用。

1997年在亨廷顿疾病中首次发现了MVBs，突变的亨廷顿蛋白聚集在MVBs中。除MVBs外，其他膜结构如内质网、脂筏、晚期内含体也发现了亨廷顿蛋白[13，14]。亨廷顿相关蛋白(HAP-1)与ESCRT-O相互作用，其过量表达与通过MVBs与溶酶体生物EGF受体运输损伤相关。

PD是仅次于AD的常见神经退行性疾病，以路易小体黑质内选择性的多巴胺神经元变性为特征，而路易小体主要由α-突触核蛋白(α-syn)和泛素化蛋白组成。90%的PD患者散发，家族性的病例与α-syn和LRRK2等基因有关。但目前为止该疾病确切的发病机制仍不清楚。在PD中外泌体传递α-syn的毒性形式并释放α-syn沉积物[1,15，16]。神经元间传递的α-syn可以在受体细胞中沉积。星形胶质细胞的内吞作用可清除α-syn的沉积[17，18]。但是，过量摄取α-syn可产生神经胶质包含物并产生炎症反应。LRRK2在外泌体分泌和MVBs与浆膜融合的过程中发挥作用。2008年Shin等[20]证明了LRRK2与内吞载体的运输调节者Rab5b之间相互作用。阿尔茨海默病的致病蛋白tau蛋白可以加速外泌体介导的α-syn毒素从损伤的神经元中释放。探索LRRK2，tau与外泌体之间的相互关系为α-syn的蔓延和PD的进展提供了重要的线索。

朊蛋白病是由朊病毒蛋白PrPsc异常引起的一种毒性的羊瘙痒病，最终导致神经元的死亡并引起脑组织内海绵状空泡。朊病毒蛋白PrPc和PrPsc 均与外泌体相关，且含外泌体的PrPsc 在动物和细胞中都具有传染性。除了细胞培养物可以隔离外泌体载体，原代培养的神经元和脑脊液作为外泌体的来源可以检测到阮病毒颗粒[22]。阮病毒疾病中MVBs发生异常并且增加，为外泌体促进朊病毒疾病的进展提供了依据。

4 外泌体在神经保护方面的作用

许多研究均显示了外泌体在神经元保护、神经元再生、神经元形成、突触可塑性方面的作用，并且阐明了外泌体可由神经元，小胶质细胞，星形胶质细胞，少突胶质细胞和神经干细胞等释放。在小鼠大脑早期神经形成的过程中，外泌体即被释放入神经管内的脑室液中[23]。由外泌体介导的空间和时间梯度在神经元的形成过程中很重要。

5 外泌体在神经退行性病变治疗方面的作用

许多药物不能通过血脑屏障，这是现代神经药理学所面临的一个大问题。在这一方面外泌体很有优势，它可以通过血脑屏障。最近的报道也证明了外泌体在中枢神经系统中有抗神经炎症的作用。比如，包裹外泌体的姜黄可抑制LPS诱导的炎症，同时抑制髓磷脂少突胶质细胞糖蛋白诱导的自身免疫反应[24]。关于外泌体在治疗方面的研究也越来越成熟，相信在不久的将来应用于临床。

6 总 结

外泌体在神经系统中参与许多重要的过程，正常环境下可以在神经元细胞间进行信息交流，外泌体在神经退行性疾病中又与错误折叠的蛋白传播有关，外泌体在神经元保护、神经再生、神经元形成、突触可塑性方面扮演者重要的角色。因此，深入了解外泌体的生理功能和在神经退行性疾病中的致病机制，对研究神经退行性疾病的诊疗方法有重大意义和临床应用前景。

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1003-2754(2017)02-0191-02

R741

2016-10-29；

2017-01-30

国家自然科学基金(81201016，81272027，81071483)；南通市民生示范推广项目(MS32015026)；南通大学研究生创新计划(YKC16099)

(南通大学附属医院神经内科，江苏 南通 226001)

季秋虹，E-mail：jiqiuhong@sina.com