中风治疗：外泌体疗法优于干细胞疗法吗？

中风是最常见的致残和死亡原因之一，目前缺乏理想的临床治疗方法。干细胞移植是一种广泛使用的中风治疗方法。与其他类型的干细胞相比，间充质干细胞因其诸多优势而受到广泛研究。

旁分泌作用是干细胞发挥作用的主要机制，而外泌体在旁分泌作用中起着至关重要的作用。与细胞疗法相比，无细胞外泌体疗法可以避免许多风险和困难，因此代表了一种有前途的新型治疗方法。那么，外泌体疗法优于干细胞疗法吗？

中风是全球第二大最常见的致命疾病，也是成人永久性残疾的最常见原因。脑卒中可分为出血性脑卒中和缺血性脑卒中。

我国每21秒就有1人因中风死亡，据流行病学的调查，患脑卒中的人群当中，45岁以下的人已经达到了10%的比例，且在未来的数年之内，这个比例可能还会继续上升。高血压、糖尿病、高脂血症、吸烟等都是脑卒中的危险因素，这些危险因素在逐步年轻化，所以综合起来，脑卒中在年轻人群中的发病风险也会变大。

临床上，缺血性卒中比出血性卒中更常见，占所有卒中相关事件的约 80%，而出血性卒中占所有卒中的约 15%。

目前，严重急性缺血性脑卒中的治疗手段仅限于快速再通（血栓切除术）和溶栓治疗（注射组织纤溶酶原激活剂），但在临床治疗中，这两种治疗的最佳给药时间仅在中风发作术后4.5h。

如果在脑卒中发作后，错过了4.5小时的黄金治疗期，再次治疗不仅无效而且会增加出血事件的风险。

之前的一项研究表明，只有 10% 的患者在卒中发作后 4.5 小时内接受了治疗。死亡率高的出血性中风的主要治疗方法是手术机械清除局部血肿，并结合药物降低颅内压。

然而，血肿清除后，炎症级联反应、神经元凋亡、氧化应激和局部凝血酶升高等主要挑战尚无良好解决方案。由于治疗时间延长与脑组织损失直接相关，因此目前中风的临床研究集中于扩大治疗时间窗的方法。

干细胞治疗中风

在干细胞治疗中，注射干细胞后几天内即可观察到治疗效果。相比之下，移植细胞向神经细胞的反式分化相对较少。

细胞置换后建立新的神经网络非常耗时，这表明细胞置换并不是干细胞发挥治疗作用的主要机制。

此前研究已经证实，干细胞移植后，会原位分泌多种营养因子和多种其他分子，促进修复。这种机制被称为旁分泌效应。

旁分泌效应是干细胞发挥其作用的主要机制。细胞外囊泡 (EV) 在干细胞的旁分泌作用中起着重要作用。

外泌体是一种广泛存在于体液中的细胞外囊泡。外泌体被带有身份标记的脂质双层包围，并包含蛋白质、脂质和其他分子，例如 DNA 和 RNA 。

与干细胞相比，外泌体具有很强的靶向能力和低免疫原性，其内容物可以根据干细胞环境而改变。这些特性使外泌体疗法成为治疗中风的一种新的潜在方法。

外泌体治疗中风

目前，外泌体疗法在脑卒中动物模型中取得了可喜的成果，但缺乏长期、大样本的临床试验。因此，不同外泌体在脑卒中发病机制中的正负调控机制有待进一步阐明。

外泌体被带有身份标记的脂质双层包围，并包含蛋白质、脂质和其他分子，例如 DNA 和 RNA 。

与干细胞相比，外泌体具有很强的靶向能力和低免疫原性，其内容物可以根据干细胞环境而改变。这些特性使外泌体疗法成为治疗中风的一种新的潜在方法。

目前，外泌体疗法在脑卒中动物模型中取得了可喜的成果，但缺乏长期、大样本的临床试验。因此，不同外泌体在脑卒中发病机制中的正负调控机制有待进一步阐明。

外泌体在中风后神经炎症中的作用

神经细胞（NSC） 衍生的外泌体

自 2018 年以来，对 NSC 衍生的外泌体在中风中的研究一直引起人们的兴趣。一项研究比较了来自 NSCs 和 MSCs 的外泌体在血栓栓塞性中风模型中的作用，它们来自相同的多能干细胞系。NSC 外泌体被证明比 MSC 外泌体发挥更大的功能改善和梗塞体积减少，这与使巨噬细胞极化为 M2 表型和抑制炎症的更有效作用相关。此外，NSC 外泌体减少梗塞体积的作用可能是通过保存星形胶质细胞功能实现的。此外，NSC 外泌体在老年中风小鼠中也显示出良好的治疗效果。重要的是，在猪中风模型中，NSC 外泌体治疗还减少了梗塞体积和脑水肿，促进了白质完整性和功能恢复。

脂肪干细胞来源的外泌体

脂肪来源的干细胞 (ADSCs) 可以很容易地从手术脂肪废组织中获得，并已被证明是一种有前途的缺血治疗候选者。最近，来自 ADSC 的外泌体正在成为一种替代疗法。在体外，ADSC 外泌体促进脑微血管内皮细胞迁移和管形成，而定制的 miR-181b-5p 过表达 ADSC 外泌体通过下调其靶标瞬时受体电位 melastatin 7 和上调缺氧诱导因子 1α 和 VEGF 进一步增强血管生成。

与正常和 miRNA-126 敲低的 ADSC 外泌体相比，全身给药 miRNA-126 过表达的 ADSC 外泌体可有效抑制大鼠缺血中的神经炎症，减少神经元死亡，促进神经发生和功能恢复。

同样，富含 miR-30d-5p 的 ADSC 外泌体通过促进 M2 小胶质细胞极化比正常和 miR-30d-5p 敲低组进一步预防脑损伤。机制研究表明，miR-30d-5p 通过靶向自噬相关基因 beclin-1 和自噬相关基因 。抑制自噬介导的 M1 小胶质细胞极化在大鼠缺血中，脑室内施用用多功能蛋白色素上皮衍生因子改造的 ADSC 外泌体，通过促进自噬相关蛋白 little computer 3 的表达，更有可能抑制神经元凋亡。

外泌体给药途径

中风有不同的外泌体给药途径，可分为两大类，分别是全身给药和局部给药。全身给药包括经尾静脉、股静脉或颈内静脉静脉注射，经颈总动脉动脉内注射，腹膜内和鼻内给药。通过尾静脉递送外泌体是啮齿动物缺血性中风模型中最常用的途径。

通过单光子发射 CT (SPECT) 对缺血后 1 小时注射的铟 111 标记的外泌体进行可视化显示，外泌体在注射后 1 小时出现在梗塞区域，并且大部分从大脑中清除到 24 小时。

另一项研究表明，外泌体从血液中清除的时间迅速从注射后 1 小时开始，逐渐持续到注射后 1.5 至 6 小时。同样，通过测量血液中的放射性，3- 125 I-碘苯甲酰降生物素酰胺标记的外泌体显示出半衰期为 1.5 分钟的分布相，然后是半衰期更长的 6 小时消除相。

值得注意的是，大部分外泌体被困在肝、肺、脾、肾、胃和肠中。与静脉内注射相比，腹膜内注射显示肝脏蓄积减少，胰腺分布增加，全身蓄积略高。

与其他全身给药途径相比，腹腔内给药允许产生更多的外泌体，但外泌体在腹膜腔内迅速扩散。在围产期脑损伤大鼠模型中，局部缺血前鼻内给药外泌体的动态检查显示外泌体早在给药后 30 分钟就出现在额脑中，并在给药后 3 小时均匀分布在整个大脑中。

脑缺血后静脉内和鼻内递送用金纳米粒子标记的外泌体的生物分布分析表明，在给药后 1 小时，鼻内递送的外泌体在大脑中的数量比静脉内递送高两倍以上。鼻内递送后仍有大量外泌体保留在脑中，而静脉内递送后 24 小时后几乎可以忽略不计。重要的是，相当数量的鼻内递送外泌体也在肺、脾和肾中积累。这些结果表明，对于缺血性中风的外泌体给药，鼻内给药是一种更有效、更有前途的非侵入性治疗策略。

报道的局部给药通常是脑室注射。在全脑缺血中，脑室内注射 MSC 外泌体可挽救海马突触传递缺陷，抑制环加氧酶 2 表达并促进空间学习和记忆。89此外，ADSC 外泌体在局部缺血前 3 天通过侧脑室递送，在 tMCAO 后 3 天改善梗塞体积和细胞凋亡。

总之，外泌体对脑缺血的研究越来越受到关注，并被认为是潜在的治疗策略。大量证据表明，源自干细胞或其他细胞的外泌体在中风中发挥保护和恢复作用。此外，工程化的外泌体表现出更大的治疗益处。因此，外泌体可以与恢复性基因、蛋白质、药物和分子特异性结合以获得更好的疗效。

参考文献：

1.Chen K-H , Chen C-H , Wallace CG , et al . Intravenous administration of xenogenic adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) and ADMSC-derived exosomes markedly reduced brain infarct volume and preserved neurological function in rat after acute ischemic stroke. Oncotarget 2016;7:74537–56.doi:10.18632/oncotarget.12902 

2.Huang X , Ding J , Li Y , et al . Exosomes derived from PEDF modified adipose-derived mesenchymal stem cells ameliorate cerebral ischemia-reperfusion injury by regulation of autophagy and apoptosis. Exp Cell Res 2018;371:269–77.doi:10.1016/j.yexcr.2018.08.021

3.Zheng Y , He R , Wang P , et al . Exosomes from LPS-stimulated macrophages induce neuroprotection and functional improvement after ischemic stroke by modulating microglial polarization. Biomater Sci 2019;7:2037–49.doi:10.1039/C8BM01449C