概述：外泌體是脂質(zhì)雙層封閉的小細胞囊泡，由各種細胞主動(dòng)分泌，在細胞間通訊中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。在這篇綜合綜述中，我們旨在概述鼻內給予外泌體治療中樞神經(jīng)系統疾病的基礎和臨床研究。此外，我們闡明了潛在的治療機制，并對這種方法的前景提供了見(jiàn)解。

鼻內施用干細胞外泌體治療中樞神經(jīng)系統疾病

介紹

中樞神經(jīng)系統（CNS）疾病帶來(lái)了重大挑戰。干細胞療法對于改善腦損傷和恢復神經(jīng)連接具有巨大的希望。因此，目前正在進(jìn)行大量的基礎和臨床研究。

近年來(lái)，大量的研究工作致力于闡明外泌體作為干細胞重要治療機制的作用。外泌體/細胞外囊泡是 40-200nm的納米大小囊泡，由雙層脂質(zhì)層膜組成，含有大量分子，包括DNA、mRNA、微小 RNA (miRNA) 和蛋白質(zhì)。干細胞來(lái)源的外泌體憑借其抗凋亡、抗炎、神經(jīng)源性和血管生成特性，在緩解中樞神經(jīng)系統疾病方面表現出巨大的潛力。重要的是，外泌體比干細胞本身具有明顯的優(yōu)勢，包括能夠進(jìn)行冷凍保存而不降解、降低免疫原性和增強血腦屏障滲透性。

為了最大限度地提高治療效果，選擇最佳移植途徑在細胞相關(guān)治療領(lǐng)域至關(guān)重要。在通?？紤]的外泌體移植治療中樞神經(jīng)系統損傷的途徑中，即靜脈內、動(dòng)脈內和腦內途徑，每種方法都有其局限性。例如，靜脈移植會(huì )導致全身稀釋?zhuān)瑥亩鴮е麓竽X中外泌體的積累減少。

• 動(dòng)脈內移植需要插入導管，這具有缺血性中風(fēng)的潛在風(fēng)險。另一方面，腦內移植可能由于使用移植針而引起額外的腦損傷。鑒于這些困難，鼻內移植作為中樞神經(jīng)系統疾病中外泌體遞送的可行替代途徑而獲得認可。外泌體的小尺寸使其能夠被嗅覺(jué)和三叉神經(jīng)有效吸收，促進(jìn)其軸突轉移到腦細胞，同時(shí)繞過(guò)血腦屏障。

在這篇綜述中，我們總結了鼻內給藥干細胞外泌體治療中樞神經(jīng)系統疾病的方法，重點(diǎn)關(guān)注基礎和臨床研究，以闡明其功效、作用機制以及局限性。這些信息旨在為研究人員提供開(kāi)發(fā)未來(lái)應用程序的見(jiàn)解。

搜索策略和選擇標準

在PubMed ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed )上進(jìn)行文獻檢索，以查找2023年5月有關(guān)鼻內外泌體給藥治療CNS疾病的基礎研究文章。檢索中選擇了所有年份。搜索使用關(guān)鍵詞“鼻內”、“外泌體或細胞外囊泡”和“大腦”。納入檢索的文章要求用英文撰寫(xiě)，與中樞神經(jīng)系統疾病相關(guān)，并且特別關(guān)注干細胞衍生的外泌體，而其他文章則被排除在外。

最終，我們選擇了41篇符合本敘述性評論目標的文章。收集的數據涵蓋各種疾病模型、外泌體來(lái)源、動(dòng)物模型、外泌體劑量、治療持續時(shí)間、標記方法和外泌體工程（圖1）。

外泌體的來(lái)源進(jìn)一步分為人類(lèi)和小鼠/大鼠來(lái)源。列出了外泌體的修飾方法。描述了兩個(gè)主要的治療機制：減少神經(jīng)炎癥和增強細胞恢復。值得注意的是，鼻內外泌體給藥的功效已在多種目標疾病中得到證實(shí)。

干細胞外泌體鼻內給藥治療中樞神經(jīng)系統疾病的概述

動(dòng)物模型和外泌體劑量

在各種疾病模型中研究了鼻內外泌體給藥的效果（表1-7）。用于這些實(shí)驗的動(dòng)物模型僅為小鼠和大鼠，將這些發(fā)現外推到較大動(dòng)物的可行性對于臨床檢查來(lái)說(shuō)是必要的。通過(guò)鼻內途徑施用的外泌體的總劑量在各個(gè)研究中有所不同，范圍從0.02至600×10¹⁰顆粒，或5至400μg。給予小鼠的外泌體的量在動(dòng)物之間有所不同，給予小鼠的外泌體的蛋白質(zhì)重量往往小于給予大鼠的外泌體的蛋白質(zhì)重量。然而，各組之間的顆粒數量大多相似（圖2）。

大多數文章以蛋白質(zhì)重量 (μg) 或外泌體顆粒的數量來(lái)描述外泌體的量，這使得比較具有不同值表示的研究具有挑戰性。三項研究提供了外泌體的顆粒數量和體積。然而，每1×10¹⁰顆粒的外泌體蛋白質(zhì)重量在5-200μg之間，這可能歸因于測量方法不同。外泌體劑量的標準化對于促進(jìn)臨床應用的適當采用是必要的。

外泌體的來(lái)源

31個(gè)外泌體中有24個(gè)（77.4%）來(lái)自人類(lèi)，其余7個(gè)（22.6%）利用來(lái)自嚙齒動(dòng)物的外泌體。間充質(zhì)干細胞 (MSC)，包括源自骨髓、脂肪組織和出生相關(guān)來(lái)源的細胞，通常用作外泌體提取的細胞來(lái)源（圖3）。與其他細胞來(lái)源相比，間充質(zhì)干細胞具有多種優(yōu)勢，包括較低的細胞培養成本和較高的增殖能力。

外泌體追蹤

34篇文章中有24篇 (70.6%) 使用外泌體標記進(jìn)行體內跟蹤。所有研究都表明，標記的外泌體不僅存在于嗅神經(jīng)中，而且存在于整個(gè)大腦中，包括腦干和受傷的脊髓。

鼻內施用的外泌體的積累模式一致表明，這些顆粒由于其粘膜粘附特性??而最初在鼻腔中積累。隨后，它們逐漸通過(guò)鼻粘膜吸收，可能通過(guò)嗅覺(jué)和三叉神經(jīng)的分支進(jìn)入血管周?chē)臻g。最終，外泌體遷移到顱內并到達損傷部位。外泌體給藥24小時(shí)后進(jìn)行的熒光成像清楚地表明這些納米載體在前腦中逐漸積累，這種現象在此后可持續長(cháng)達一到兩天。

將貨物裝載到外泌體中

外泌體通過(guò)轉移封裝的成分來(lái)對抗靶細胞。利用這一特性，一些研究利用了負載特定成分的外泌體，例如腦源性神經(jīng)營(yíng)養因子（BDNF）、miR-100、MALAT1、磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）和姜黃素。通過(guò)原始干細胞的基因工程，這些貨物可以很容易地裝載到外泌體上，從而通過(guò)人工裝載的成分增強功效。還探索了外泌體表面的修飾以更好地傳遞大腦。

中樞神經(jīng)系統疾病模型的鼻內外泌體給藥

缺血性中風(fēng)

缺血性中風(fēng)通常由腦血管閉塞引起，導致其下游分支缺乏葡萄糖和氧氣，從而成為全球殘疾的主要原因。目前，血栓切除術(shù)和重組組織纖溶酶原激活劑治療已標準化實(shí)施。然而，在有限的時(shí)間窗口內成功應用這些治療方法仍然具有挑戰性，據報道，只有5-10%的中風(fēng)患者有資格接受此類(lèi)干預，并且即使在成功再通后，大約50%的患者仍會(huì )出現神經(jīng)功能缺損。

干細胞療法在動(dòng)物模型中的所有三個(gè)階段（急性、亞急性和慢性）均顯示出療效。然而，由于臨床試驗結果不足，強烈需要在受損區域有效物質(zhì)大量積累的其他治療方式。在這種情況下，干細胞來(lái)源的外泌體給藥被認為是一種很好的候選方法，并且探索鼻內給藥外泌體剛剛引起了人們的關(guān)注（表1)。

羅登等人。(2021) 報道了一項研究，調查鼻內移植人脂肪MSC衍生的外泌體的影響。他們證明接受外泌體的組的神經(jīng)功能有顯著(zhù)改善，并觀(guān)察到增強的血腦屏障功能是治療機制。

周等人。(2023) 證明，負載BDNF的外泌體表現出增強的神經(jīng)發(fā)生、血管生成、突觸可塑性和纖維保存，同時(shí)還減少炎癥細胞因子。他們觀(guān)察到缺血腦中BDNF/原肌球蛋白受體激酶B信號通路的上調，這是外泌體 BDNF 成功轉移至受體細胞的結果。

外傷性腦損傷和脊髓損傷

創(chuàng )傷性腦損傷和脊髓損傷通常是由大腦或脊髓突然機械損傷引起的。雖然急性臨床護理的進(jìn)步提高了生存率，但許多患者仍然經(jīng)歷長(cháng)期殘疾，返回工作率不變就證明了這一點(diǎn)。盡管如此，Kawabori等人最近的一項研究。(2021) 報告了骨髓來(lái)源的MSC腦內移植對慢性創(chuàng )傷性腦損傷患者的成功效果，強調了潛在的治療選擇、現場(chǎng)細胞處理程序和高侵入性手術(shù)操作阻礙了全球應用。

在這種情況下，鼻內施用MSC衍生的外泌體作為一種最佳治療選擇已得到深入研究。萊昂-莫雷諾等人。（2020）和圖羅夫斯基等人。(2022) 證明，鼻內施用從出生相關(guān)MSC獲得的外泌體成功阻止了神經(jīng)元凋亡，并實(shí)現了更好的神經(jīng)功能恢復（表2）。

郭等人。(2019) 證明了鼻內施用負載磷酸酶和張力蛋白同源小干擾RNA (ExoPTEN) 的MSC-Exo對于改善完全脊髓損傷引起的神經(jīng)功能缺損具有有益作用。研究人員觀(guān)察到，金標記的ExoPTEN可以在脊髓損傷部位附近檢測到，促進(jìn)軸突生長(cháng)和新血管形成，同時(shí)減少小膠質(zhì)細胞增生。此外，通過(guò)體內MRI成像和電生理學(xué)研究證實(shí)了脊髓連接性。

圍產(chǎn)期腦損傷

圍產(chǎn)期缺氧缺血性腦損傷和早產(chǎn)是嬰兒發(fā)病和死亡的主要原因，每1000個(gè)活產(chǎn)兒中就有3個(gè)發(fā)生這種情況。除了腦癱外，缺氧缺血性腦損傷還可導致長(cháng)期神經(jīng)發(fā)育后遺癥，包括行為、認知和心理問(wèn)題以及記憶缺陷。缺氧會(huì )導致大腦中常駐免疫細胞的激活，從而產(chǎn)生自由基。針對小膠質(zhì)細胞介導的炎癥被認為是缺氧缺血性腦損傷和早產(chǎn)相關(guān)腦損傷的潛在治療選擇。

他們鼻內給予外泌體的主要焦點(diǎn)是減輕神經(jīng)炎癥和外泌體的抗凋亡功能（表3)。托米等人報道，用LPS和缺氧誘導的大鼠幼崽通過(guò)鼻內施用源自人臍帶間充質(zhì)干細胞 (MSC) 的外泌體獲得了成功的治療。作者觀(guān)察到，鼻內給藥的外泌體在給藥后30分鐘內到達大腦額葉區域，并在3小時(shí)后分布在整個(gè)大腦中。此外，施用的外泌體有效減少神經(jīng)元特異性細胞死亡，促進(jìn)正常髓鞘形成，并增加成熟少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元細胞的數量。

認知障礙

阿爾茨海默氏病

阿爾茨海默?。ˋD）是人類(lèi)最常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，也是癡呆癥的主要原因，造成了日益嚴重的全球健康問(wèn)題。

AD的病因和發(fā)病機制極其復雜，淀粉樣蛋白斑沉積和神經(jīng)纖維纏結是關(guān)鍵的病理過(guò)程。盡管人們做出了大量努力來(lái)開(kāi)發(fā)針對β或tau淀粉樣蛋白的小分子藥物和抗體，但這些治療方法始終未能改善患者的認知功能。其中一種方法涉及研究海馬神經(jīng)再生，并使用源自AD干細胞的外泌體通過(guò)小膠質(zhì)細胞激活來(lái)控制炎癥（表4）。

科恩等人。(2021) 證明，通過(guò)鼻內施用人骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細胞，可以減少海馬中的膠質(zhì)細胞活化和β淀粉樣蛋白的積累。

高脂肪飲食和慢性高血壓依賴(lài)性記憶障礙

營(yíng)養過(guò)剩和高血壓會(huì )破壞大腦中的正常細胞信號傳導，可能影響突觸功能和成人神經(jīng)發(fā)生，進(jìn)而導致認知障礙。流行病學(xué)證據表明，代謝紊亂，包括胰島素抵抗和2型糖尿病，會(huì )加速大腦衰老并增加神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險。在這種背景下，鼻內施用外泌體已成為記憶障礙的潛在治療策略。Fusco小組進(jìn)行的一項研究表明，源自神經(jīng)干細胞的外泌體具有減輕高脂肪飲食引起的認知障礙的能力。

帕金森病

帕金森病 (PD) 是第二常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，影響超過(guò)1%的65歲以上人口，以及近5%的80歲以上人口。PD的主要病理特征是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中α-突觸核蛋白（α-syn）的異常積累。然而，迄今為止，尚未開(kāi)發(fā)出有效的治療方法來(lái)阻止疾病的進(jìn)展。PD的病理生理機制之一是小膠質(zhì)細胞的異常激活，導致促炎因子的釋放。因此，針對這一過(guò)程已成為基于外泌體的干預措施的治療策略。通過(guò)施用源自人牙齒間充質(zhì)干細胞的外泌體，成功改善PD動(dòng)物模型的運動(dòng)癥狀和認知功能（表5）。

此外，外泌體中存在的內源性miR-133b促進(jìn)神經(jīng)元軸突生長(cháng)和功能恢復，從而顯著(zhù)減輕神經(jīng)炎癥?？傊?，這些研究表明鼻內外泌體干預治療帕金森病具有廣闊的治療潛力，這些發(fā)現有助于我們了解該疾病的病理生理學(xué)，并為開(kāi)發(fā)有效的治療方法提供寶貴的見(jiàn)解。

其他神經(jīng)系統疾病

自閉癥

自閉癥，也稱(chēng)為自閉癥譜系障礙，是一種以社交互動(dòng)缺陷、認知僵化和溝通障礙為特征的神經(jīng)發(fā)育障礙，通常在3歲之前出現。盡管自閉癥患病率不斷上升，但有效的預防和治療選擇仍然有限。自閉癥的病因非常復雜，涉及遺傳因素和表觀(guān)遺傳因素。由于病理機制尚不清楚且疾病性質(zhì)多樣，目前批準的藥物治療主要針對自閉癥中常見(jiàn)的共病行為，如焦慮、多動(dòng)和沖動(dòng)相關(guān)行為。已研究鼻內給予外泌體以改變自閉癥動(dòng)物模型中的神經(jīng)炎癥并促進(jìn)神經(jīng)回路再生（表6）。

佩雷茨等人證明接受外泌體的動(dòng)物表現出改善的雄性之間的社交互動(dòng)并減少了重復行為。此外，他們觀(guān)察到男性對女性超聲波發(fā)聲的增加以及母親行為的顯著(zhù)改善。作者還報告稱(chēng)，接受外泌體治療的動(dòng)物中 GABA 受體和催產(chǎn)素的表達水平更高。

癲癇持續狀態(tài)

癲癇持續狀態(tài) (SE) 是一種醫療緊急情況，通常通過(guò)抗癲癇藥物治療來(lái)終止，會(huì )導致慢性海馬功能障礙。這種功能障礙的特點(diǎn)是持續炎癥，小膠質(zhì)細胞和單核細胞浸潤激活，抑制性中間神經(jīng)元喪失，神經(jīng)發(fā)生異常和減弱，以及海馬依賴(lài)性認知和記憶障礙。鼻內外泌體給藥已被廣泛研究作為改善SE后神經(jīng)功能缺損的潛在干預措施。龍等人證明，鼻內施用人骨髓來(lái)源的MSC分泌的外泌體在施用后6小時(shí)內到達海馬。這種給藥減少了谷氨酸能和GABA能神經(jīng)元的損失，減少了海馬體的炎癥，并導致長(cháng)期認知和記憶功能的改善。

研究人員發(fā)現，鼻內給予外泌體可增強SE后海馬的神經(jīng)發(fā)生?？偠灾?，這些發(fā)現表明鼻內給予外泌體有可能恢復海馬的神經(jīng)回路并改善SE后的認知功能。

臨床試驗中鼻內外泌體給藥

我們使用“Clinicaltrial.gov”對鼻內給予外泌體的臨床研究進(jìn)行了調查，并確定了三項相關(guān)研究（表7）。

難治性局灶性癲癇

由Guidon Pharmaceutics Ltd贊助的一項關(guān)于誘導多能干細胞衍生的外泌體（GD-iEXo-002）作為滴鼻劑治療難治性局灶性癲癇的探索性I期臨床研究正在中國北京協(xié)和醫院進(jìn)行。研究包括四個(gè)治療組：低劑量組（2μg）、中劑量組（6μg和18μg）和未知劑量200μL的高劑量組。外泌體通過(guò)鼻滴管給藥，持續12周。主要結局指標是安全性監測，次要結局指標包括癲癇發(fā)作頻率、頭皮腦電圖監測和MRI神經(jīng)影像。該研究于 2023年6月開(kāi)始，計劃于2025年11月完成。迄今為止尚未發(fā)布任何結果。

阿爾茨海默病

中國上海交通大學(xué)附屬瑞金醫院正在對AD受試者中同種異體脂肪間充質(zhì)干細胞 (MSC-Exos) 衍生的外泌體的安全性和有效性進(jìn)行評估。該研究由Cellular Biomedicine Group Ltd.贊助，是一項開(kāi)放標簽、單中心I/II 期試驗。三種不同劑量的外泌體（低：5μg，中：10μg，高：20μg）通過(guò)滴鼻劑每周兩次，持續12周（總體積：1 mL）。

安全監測是主要結局指標，認知功能測試、MRI神經(jīng)影像和正電子發(fā)射斷層掃描計劃作為次要終點(diǎn)來(lái)評估療效。該研究于2020年7月開(kāi)始，計劃于2022年8月完成。但尚未公布結果。

極低出生體重嬰兒

計劃進(jìn)行一項盲法隨機對照試驗，研究MSC衍生的外泌體在胎齡25/0-27/6周的極低出生體重嬰兒中的鼻內給藥。該研究將在俄羅斯聯(lián)邦莫斯科進(jìn)行。

在外泌體治療組中，嬰兒將接受從每日1.2億個(gè)MSC的條件培養基中獲得的外泌體，對照組則不接受外泌體。外泌體將懸浮在500μL磷酸鹽緩沖液中，并以50μL的體積注入每個(gè)鼻孔。治療過(guò)程包括5次滴注，每次給藥間隔1天。該研究的主要結果指標包括評估嚴重腦室內出血或囊性腦室周?chē)踪|(zhì)軟化癥的死亡和生存率。圍產(chǎn)期腦損傷的生物標志物，如S-100、NSE、EPO和mRNA，也將進(jìn)行測試。該研究預計于2022年10月開(kāi)始，計劃招募10名嬰兒。不過(guò)，目前招募工作尚未啟動(dòng)。

未來(lái)展望

鑒于干細胞來(lái)源的外泌體的非侵入性和高腦浸潤能力，鼻內給藥有望改善神經(jīng)系統疾病。然而，在其全面臨床應用之前，還需要解決一些尚未解決的問(wèn)題。

• 首先，需要建立有效的分離技術(shù)，以從培養基中獲得足夠量的外泌體。目前，超速離心是最常見(jiàn)的方法，但它一次只能收集少量的外泌體。
• 其次，由于外泌體的定義尚不清楚，必須建立臨床級外泌體的質(zhì)量控制標準。
• 第三，外泌體對于人類(lèi)患者的最佳劑量仍然未知。開(kāi)發(fā)有效的跟蹤方法來(lái)監測外泌體的生物分布至關(guān)重要。
• 最后，外泌體對患者的潛在副作用尚未完全了解。

因此，需要廣泛的基礎研究以及長(cháng)期、大規模的臨床試驗，以促進(jìn)外泌體療法轉化為臨床實(shí)踐。

參考資料：Gotoh, Shuho; Kawabori, Masahito*; Fujimura, Miki. Intranasal administration of stem cell-derived exosomes for central nervous system diseases. Neural Regeneration Research 19(6):p 1249-1255, June 2024. | DOI: 10.4103/1673-5374.385875

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