间充质干细胞源性外泌体抑制创伤性脑损伤炎症反应的研究进展*

王文瑞，黄晓飞，孙田静，刘思佳，胡权，高甜，喻安永

（遵义医科大学附属医院 急诊科，贵州 遵义 563000）

创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI）亦称颅脑损伤，是指由外伤引起的脑组织结构性损伤和/或功能障碍[1]。TBI 按发病机制分为原发性脑损伤和继发性脑损伤，其中原发性脑损伤是外力作用于脑组织后立即发生的损伤，不可逆转，只能预防，而继发性脑损伤是在原发性脑损伤基础上进一步加重的脑组织损害，其严重程度与TBI 预后相关，因此如何通过治疗减轻继发性脑损伤显得尤为重要[2]。TBI 后神经炎症反应有助于清除坏死组织碎片，促进胶质细胞分化及血管生成，有效修复神经组织，但过度且持续的神经炎症反应可增加血脑屏障通透性，加快脑水肿发生，诱导神经细胞凋亡，为继发性脑损伤恶化的重要机制之一[3]。有研究证实间充质干细胞源性外泌体（mesenchymal stem cell-derived exosomes, MSC-Exo）可通过调控炎症反应使脑组织免受炎症损伤和抗凋亡作用，从而抑制神经细胞死亡[4]。MSC-Exo 有望成为新兴的抑制TBI 神经炎症反应的纳米治疗剂。

1 TBI后神经炎症反应

神经炎症反应是指发生在中枢神经系统中的炎症反应，由脑细胞、中枢免疫细胞和血脑屏障破坏后进入中枢的外周免疫细胞共同参与。神经炎症反应是一把双刃剑，既可保护中枢神经系统不受感染和损伤，清除细胞碎片，促进胶质细胞分化、血管生成和神经功能修复，也是脑外伤后继发性损伤的重要部分[5]。TBI 后脑内微环境发生变化，小胶质细胞发生极化，转变为不同表型，其中M2 型小胶质细胞可促进组织修复和重塑，促进抗炎因子的产生，增加吞噬活性，而M1 型小胶质细胞增多可促进炎症趋化因子、促炎因子、活性氧生成，导致细胞吞噬活性降低，并通过Notch信号通路增强炎症反应，使脑损伤病理结果恶化，同时诱导白细胞介素6（Interleukin 6, IL-6）的分泌，上调水通道蛋白4，促进脑水肿发生[6]。小胶质细胞分泌的血红素加氧酶-1 分解血红素产生铁、血红素和一氧化碳，促进氧化应激反应，增加线粒体自由基数量以及抑制细胞呼吸，加重脑损伤及血脑屏障破坏[7]。脑损伤后星形胶质细胞激活也可通过核因子κB （nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路加重脑细胞肿胀[8]。活化的少突胶质细胞可通过分泌CXCL1-5 和CCL21 等趋化因子促进中性粒细胞等炎症细胞聚集，加重炎症损伤，同时释放MMP-9，增加血脑屏障通透性，诱导巨噬细胞、中性粒细胞浸润，通过释放胶原酶、金属蛋白酶、肿瘤坏死因子、促炎细胞因子等形成恶性循环，加重血脑屏障损伤及加速脑细胞死亡[9]。

2 MSC-Exo对神经炎症细胞及炎症因子的抑制

外泌体是由多种细胞分泌的纳米级囊泡，富含胆固醇和鞘凝脂，具有脂质双分子层结构，特异性表达CD9、CD63、Alix 等表面分子，通过释放蛋白质、mRNA、microRNA DNA 片段等信号分子，构成细胞间信息传递系统[10]。而来源于间充质干细胞的MSC-Exo 最大程度保留了间充质干细胞修复损伤组织、抑制炎症、调节免疫的作用，可显著促进神经血管再生，改善行为和认知，与间充质干细胞具有同等作用，同时体积更小、更易穿过血脑屏障，具有更低的免疫原性与更高的安全性，性质稳定，内含物不易降解，可以靶向特定的器官及受损部位发挥作用[11]。

2.1 MSC-Exo对小胶质细胞及炎症因子的抑制

MSC-Exo 可通过影响Acadv1 等蛋白的表达、抑制NF-κB 信号通路和P38 丝裂原活化蛋白激酶信号通路，逆转CysLT2R-ERK1/2 信号通路，减少小胶质细胞向M1 型转化，促进小胶质细胞向M2 极化，减轻炎症反应[12]。同时外泌体还可释放miR-223-3 抑制CysLT2R 的表达，通过miR-26b-5p 靶向CH25H 使TLR 通路失活来抑制小胶质细胞的M1 型极化，抑制NLRP3 炎性体介导的炎症和细胞凋亡[13-14]。其中富含miR-146a-5p 的MSC-Exos 可通过下调IRAK1 和NFAT5 分子的基因表达，抑制小胶质细胞M1 极化相关的炎症并减少神经元凋亡[15]。MSC-Exo 释放的内含物miR-146a-5p 通过抑制IRAK1/TRAF6 信号通路抑制小胶质细胞活化，并调节Wnt/β-catenin 和hedgehog 信号通路，减少脑组织炎症细胞浸润，减轻神经炎症、神经细胞凋亡和氧化应激状态[11]。 BMSCs-exo 还可通过释放microRNA-181c 抑制PTEN基因表达和NF-κB 信号通路，减轻神经炎症反应[16]。此外MSC-Exo 还通过抑制补体mRNA的合成和释放及抑制补体与小胶质细胞结合，抑制激活的NF-κB 信号通路，发挥神经保护作用[17]。

2.2 MSC-Exo对星形胶质细胞及炎症因子的抑制

间充质干细胞可分泌TSG-6 蛋白抑制NF-κB信号通路，调节星形胶质细胞活性，减轻血脑屏障通透性，同时Exo-siRNA 可通过抑制CTGF基因的表达，抑制炎症反应、减轻神经细胞凋亡，减少星形胶质细胞活化和胶质瘢痕形成[18]。Nrf2-NFκB 信号通路参与调节星形胶质细胞活化，IL-1 诱导的MSC-Exo 可通过Nrf-2 信号通路抑制脂多糖诱导的神经炎症反应[19]。MSC-Exo 可被星形胶质细胞内化，并在体内外减弱反应性星形胶质细胞增生和炎症反应，且miR-138-5p 可靶向LCN2，促进星形胶质细胞增殖和抑制炎症反应，减轻神经损伤[20]。此外miR-146a 可被星形胶质细胞内化，降低细胞内NF-κB 水平，抑制星形胶质细胞介导的炎症[21]。MSC-Exo 还可通过抑制NFκB p65 的核转位，发挥抗炎和神经保护作用[22]。miR-146a 分泌上调可抑制受损的星形胶质细胞介导的炎症反应，同时MSC-Exos 可通过miR-21 表达有效抑制创伤后神经炎症反应，并抑制A1 型神经毒性反应性星形胶质细胞的激活[23]。miR-133b 靶向星形胶质细胞和向神经元转移，可调节基因表达，有利于神经系统受损后的神经突触重塑和功能恢复[24]。

2.3 MSC-Exo对中性粒细胞及炎症因子的抑制

有实验证实MSC-Exo 可提高中性粒细胞的吞噬能力、促进活性氧产生，对中性粒细胞功能和寿命具有保护作用[25]。但同时MSC-Exo 可抑制中性粒细胞释放IL-17 及补体激活，减少TNF-α、IL-1β、核因子κappa B、IL-18、MMP-9、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白的表达，减轻中性粒细胞的浸润，增加其吞噬能力，减轻神经系统损伤[26]。同时外泌体释放的miR-124-3p 可有效减少炎症组织中巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞等细胞数量[27]。

2.4 MSC-Exo对巨噬细胞及炎症因子的抑制

已知MSC-Exo 可通过miR-233 信号通路、Toll样受体4/核因子κB/P65 途径、Janus 激酶-信号转导通路及转录激活因子6 分子途径促进巨噬细胞向M2 型巨噬细胞的分化，减少TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-6、CXCL9和CXCL10炎症因子的分泌，增加IL-10、TGF-β、CCL1、CCL17、CCL18 和CCL22 抗炎因子的分泌，发挥抗炎作用[28-29]。同时通过抑制自噬逆转了缺氧缺糖诱导的神经炎症反应，降低M1 型小胶质细胞标志物TNF-α、IL-6 和iNOS 的表达，增加了M2 型小胶质细胞标志物IL-10、IL-4 的表达，同时MSC-Exo 通过抑制NF-κB 和p38-MAPK 信号通路减少巨噬细胞活化，减轻神经炎症反应，改善损伤微环境，促进神经功能恢复[30-31]。

2.5 MSC-Exo 对淋巴细胞、树突状细胞及炎症因子的抑制

MSC-Exo 通过表达PD-L1、Galecin-1 和膜结合的TGF-β 分子，抑制自身反应性淋巴细胞增殖，抑制促炎因子γ 干扰素、TNF-α、IL-22 和IL-1β 的分泌，促进IL-6、IL-10 和TGF-β 抗炎细胞因子分泌，加速活化T 细胞的凋亡，促进Th1 细胞转化为Th2 细胞，减少Th17 细胞和Th22 细胞的生成，上调抑制自身反应性淋巴细胞增殖比例，有效诱导外周免疫耐受和调节免疫反应[32-35]。MSC-Exo 能减少表面活化标记，抑制树突状细胞的活化和功能成熟，并通过TLR-NF-κB 信号通路，促使其向耐受型方向发展，减少活化CD8+T 细胞生成，减轻炎症损伤，诱导免疫耐受，调节免疫平衡[36]。

3 总结与展望

MSC-Exo 作为一种新型的无细胞疗法，比活体间充质干细胞移植更具前景。静脉移植MSCs 后，由于体积较大，大量间充质干细胞滞留于肺毛细血管床，只有不到1%的间充质干细胞可以到达靶点并发挥作用[37]。MSC-Exo 作为间充质干细胞的功能载体，既可保留间充质干细胞的功能特性，同时又具有更低的免疫原性与安全性，体积更小、更易通过血脑屏障靶向神经受损部位发挥抗炎作用。MSC-Exo 既可抑制星型胶质细胞活化，促进M2 型巨噬细胞生成，减少中性粒细胞的炎症浸润，抑制自身反应性淋巴细胞增殖和加速活化T 细胞的凋亡，诱导T 细胞和树突状细胞产生免疫耐受，增加IL-10、TGF-β 等抗炎因子的分泌，减少TNFα、IL-1α 等炎症因子的分泌，减轻整体神经炎症损伤，促进神经功能恢复。这些研究都证明了MSC-Exo 可有效缓解TBI 后神经炎症反应，同时MSC-Exo 作为理想的药物递送载体，有望成为一种新兴的减轻神经炎症反应的纳米治疗剂。而如何批量获取高效且稳定表达的MSC-Exo 并明确在人体内的药代动力学、不良反应均是MSC-Exo 临床应用需要首先解决的难题，需开展更多多中心及大样本随机对照试验和临床研究来明确。