概述：外泌體是脂質(zhì)雙層封閉的小細胞囊泡，由各種細胞主動分泌，在細胞間通訊中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在這篇綜合綜述中，我們旨在概述鼻內(nèi)給予外泌體治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)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解。

介紹

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

近年來，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(tǒng)疾病方面表現(xiàn)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(tǒng)損傷的途徑中，即靜脈內(nèi)、動脈內(nèi)和腦內(nèi)途徑，每種方法都有其局限性。例如，靜脈移植會導(dǎo)致全身稀釋，從而導(dǎo)致大腦中外泌體的積累減少。

• 動脈內(nèi)移植需要插入導(dǎo)管，這具有缺血性中風(fēng)的潛在風(fēng)險。另一方面，腦內(nèi)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(nèi)移植作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中外泌體遞送的可行替代途徑而獲得認(rèn)可。外泌體的小尺寸使其能夠被嗅覺和三叉神經(jīng)有效吸收，促進其軸突轉(zhuǎn)移到腦細胞，同時繞過血腦屏障。

在這篇綜述中，我們總結(jié)了鼻內(nèi)給藥干細胞外泌體治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的方法，重點關(guān)注基礎(chǔ)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發(fā)未來應(yīng)用程序的見解。

搜索策略和選擇標(biāo)準(zhǔn)

在PubMed ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed )上進行文獻檢索，以查找2023年5月有關(guān)鼻內(nèi)外泌體給藥治療CNS疾病的基礎(chǔ)研究文章。檢索中選擇了所有年份。搜索使用關(guān)鍵詞“鼻內(nèi)”、“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，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)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(biāo)的文章。收集的數(shù)據(jù)涵蓋各種疾病模型、外泌體來源、動物模型、外泌體劑量、治療持續(xù)時間、標(biāo)記方法和外泌體工程（圖1）。

外泌體的來源進一步分為人類和小鼠/大鼠來源。列出了外泌體的修飾方法。描述了兩個主要的治療機制：減少神經(jīng)炎癥和增強細胞恢復(fù)。值得注意的是，鼻內(nèi)外泌體給藥的功效已在多種目標(biāo)疾病中得到證實。

干細胞外泌體鼻內(nèi)給藥治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的概述

動物模型和外泌體劑量

在各種疾病模型中研究了鼻內(nèi)外泌體給藥的效果（表1-7）。用于這些實驗的動物模型僅為小鼠和大鼠，將這些發(fā)現(xiàn)外推到較大動物的可行性對于臨床檢查來說是必要的。通過鼻內(nèi)途徑施用的外泌體的總劑量在各個研究中有所不同，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(shù)量大多相似（圖2）。

大多數(shù)文章以蛋白質(zhì)重量 (μg) 或外泌體顆粒的數(shù)量來描述外泌體的量，這使得比較具有不同值表示的研究具有挑戰(zhàn)性。三項研究提供了外泌體的顆粒數(shù)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(biāo)準(zhǔn)化對于促進臨床應(yīng)用的適當(dāng)采用是必要的。

外泌體的來源

31個外泌體中有24個（77.4%）來自人類，其余7個（22.6%）利用來自嚙齒動物的外泌體。間充質(zhì)干細胞 (MSC)，包括源自骨髓、脂肪組織和出生相關(guān)來源的細胞，通常用作外泌體提取的細胞來源（圖3）。與其他細胞來源相比，間充質(zhì)干細胞具有多種優(yōu)勢，包括較低的細胞培養(yǎng)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(biāo)記進行體內(nèi)跟蹤。所有研究都表明，標(biāo)記的外泌體不僅存在于嗅神經(jīng)中，而且存在于整個大腦中，包括腦干和受傷的脊髓。

鼻內(nèi)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，它們逐漸通過鼻粘膜吸收，可能通過嗅覺和三叉神經(jīng)的分支進入血管周圍空間。最終，外泌體遷移到顱內(nèi)并到達損傷部位。外泌體給藥24小時后進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(xiàn)象在此后可持續(xù)長達一到兩天。

將貨物裝載到外泌體中

外泌體通過轉(zhuǎn)移封裝的成分來對抗靶細胞。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)營養(yǎng)因子（BDNF）、miR-100、MALAT1、磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）和姜黃素。通過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(tǒng)疾病模型的鼻內(nèi)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化實施。然而，在有限的時間窗口內(nèi)成功應(yīng)用這些治療方法仍然具有挑戰(zhàn)性，據(jù)報道，只有5-10%的中風(fēng)患者有資格接受此類干預(yù)，并且即使在成功再通后，大約50%的患者仍會出現(xiàn)神經(jīng)功能缺損。

干細胞療法在動物模型中的所有三個階段（急性、亞急性和慢性）均顯示出療效。然而，由于臨床試驗結(jié)果不足，強烈需要在受損區(qū)域有效物質(zhì)大量積累的其他治療方式。在這種情況下，干細胞來源的外泌體給藥被認(rèn)為是一種很好的候選方法，并且探索鼻內(nèi)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(diào)查鼻內(nèi)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)功能有顯著改善，并觀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(xiàn)出增強的神經(jīng)發(fā)生、血管生成、突觸可塑性和纖維保存，同時還減少炎癥細胞因子。他們觀察到缺血腦中BDNF/原肌球蛋白受體激酶B信號通路的上調(diào)，這是外泌體 BDNF 成功轉(zhuǎn)移至受體細胞的結(jié)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步提高了生存率，但許多患者仍然經(jīng)歷長期殘疾，返回工作率不變就證明了這一點。盡管如此，Kawabori等人最近的一項研究。(2021) 報告了骨髓來源的MSC腦內(nèi)移植對慢性創(chuàng)傷性腦損傷患者的成功效果，強調(diào)了潛在的治療選擇、現(xiàn)場細胞處理程序和高侵入性手術(shù)操作阻礙了全球應(yīng)用。

在這種情況下，鼻內(nèi)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(nèi)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，并實現(xiàn)了更好的神經(jīng)功能恢復(fù)（表2）。

郭等人。(2019) 證明了鼻內(nèi)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。研究人員觀察到，金標(biāo)記的ExoPTEN可以在脊髓損傷部位附近檢測到，促進軸突生長和新血管形成，同時減少小膠質(zhì)細胞增生。此外，通過體內(nèi)MRI成像和電生理學(xué)研究證實了脊髓連接性。

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個活產(chǎn)兒中就有3個發(fā)生這種情況。除了腦癱外，缺氧缺血性腦損傷還可導(dǎo)致長期神經(jīng)發(fā)育后遺癥，包括行為、認(rèn)知和心理問題以及記憶缺陷。缺氧會導(dǎo)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(dǎo)的炎癥被認(rèn)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(nèi)給予外泌體的主要焦點是減輕神經(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(dǎo)的大鼠幼崽通過鼻內(nèi)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。作者觀察到，鼻內(nèi)給藥的外泌體在給藥后30分鐘內(nèi)到達大腦額葉區(qū)域，并在3小時后分布在整個大腦中。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(shù)量。

認(rèn)知障礙

阿爾茨海默氏病

阿爾茨海默病（AD）是人類最常見的神經(jīng)退行性疾病，也是癡呆癥的主要原因，造成了日益嚴(yán)重的全球健康問題。

AD的病因和發(fā)病機制極其復(fù)雜，淀粉樣蛋白斑沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)是關(guān)鍵的病理過程。盡管人們做出了大量努力來開發(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(rèn)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小膠質(zhì)細胞激活來控制炎癥（表4）。

科恩等人。(2021) 證明，通過鼻內(nèi)施用人骨髓來源的間充質(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性記憶障礙

營養(yǎng)過剩和高血壓會破壞大腦中的正常細胞信號傳導(dǎo)，可能影響突觸功能和成人神經(jīng)發(fā)生，進而導(dǎo)致認(rèn)知障礙。流行病學(xué)證據(jù)表明，代謝紊亂，包括胰島素抵抗和2型糖尿病，會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(nèi)施用外泌體已成為記憶障礙的潛在治療策略。Fusco小組進行的一項研究表明，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(rèn)知障礙的能力。

帕金森病

帕金森病 (PD) 是第二常見的神經(jīng)退行性疾病，影響超過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，尚未開發(fā)出有效的治療方法來阻止疾病的進展。PD的病理生理機制之一是小膠質(zhì)細胞的異常激活，導(dǎo)致促炎因子的釋放。因此，針對這一過程已成為基于外泌體的干預(yù)措施的治療策略。通過施用源自人牙齒間充質(zhì)干細胞的外泌體，成功改善PD動物模型的運動癥狀和認(rèn)知功能（表5）。

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

其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病

自閉癥

自閉癥，也稱為自閉癥譜系障礙，是一種以社交互動缺陷、認(rèn)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(xiàn)。盡管自閉癥患病率不斷上升，但有效的預(yù)防和治療選擇仍然有限。自閉癥的病因非常復(fù)雜，涉及遺傳因素和表觀遺傳因素。由于病理機制尚不清楚且疾病性質(zhì)多樣，目前批準(zhǔn)的藥物治療主要針對自閉癥中常見的共病行為，如焦慮、多動和沖動相關(guān)行為。已研究鼻內(nèi)給予外泌體以改變自閉癥動物模型中的神經(jīng)炎癥并促進神經(jīng)回路再生（表6）。

佩雷茨等人證明接受外泌體的動物表現(xiàn)出改善的雄性之間的社交互動并減少了重復(fù)行為。此外，他們觀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改善。作者還報告稱，接受外泌體治療的動物中 GABA 受體和催產(chǎn)素的表達水平更高。

癲癇持續(xù)狀態(tài)

癲癇持續(xù)狀態(tài) (SE) 是一種醫(yī)療緊急情況，通常通過抗癲癇藥物治療來終止，會導(dǎo)致慢性海馬功能障礙。這種功能障礙的特點是持續(xù)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，以及海馬依賴性認(rèn)知和記憶障礙。鼻內(nèi)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(yù)措施。龍等人證明，鼻內(nèi)施用人骨髓來源的MSC分泌的外泌體在施用后6小時內(nèi)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(dǎo)致長期認(rèn)知和記憶功能的改善。

研究人員發(fā)現(xiàn)，鼻內(nèi)給予外泌體可增強SE后海馬的神經(jīng)發(fā)生?？偠灾@些發(fā)現(xiàn)表明鼻內(nèi)給予外泌體有可能恢復(fù)海馬的神經(jīng)回路并改善SE后的認(rèn)知功能。

臨床試驗中鼻內(nèi)外泌體給藥

我們使用“Clinicaltrial.gov”對鼻內(nèi)給予外泌體的臨床研究進行了調(diào)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(dǎo)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(yī)院進行。研究包括四個治療組：低劑量組（2μg）、中劑量組（6μg和18μg）和未知劑量200μL的高劑量組。外泌體通過鼻滴管給藥，持續(xù)12周。主要結(jié)局指標(biāo)是安全性監(jiān)測，次要結(jié)局指標(biāo)包括癲癇發(fā)作頻率、頭皮腦電圖監(jiān)測和MRI神經(jīng)影像。該研究于 2023年6月開始，計劃于2025年11月完成。迄今為止尚未發(fā)布任何結(jié)果。

阿爾茨海默病

中國上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)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行評估。該研究由Cellular Biomedicine Group Ltd.贊助，是一項開放標(biāo)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）通過滴鼻劑每周兩次，持續(xù)12周（總體積：1 mL）。

安全監(jiān)測是主要結(jié)局指標(biāo)，認(rèn)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來評估療效。該研究于2020年7月開始，計劃于2022年8月完成。但尚未公布結(jié)果。

極低出生體重嬰兒

計劃進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(nèi)給藥。該研究將在俄羅斯聯(lián)邦莫斯科進行。

在外泌體治療組中，嬰兒將接受從每日1.2億個MSC的條件培養(yǎng)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的體積注入每個鼻孔。治療過程包括5次滴注，每次給藥間隔1天。該研究的主要結(jié)果指標(biāo)包括評估嚴(yán)重腦室內(nèi)出血或囊性腦室周圍白質(zhì)軟化癥的死亡和生存率。圍產(chǎn)期腦損傷的生物標(biāo)志物，如S-100、NSE、EPO和mRNA，也將進行測試。該研究預(yù)計于2022年10月開始，計劃招募10名嬰兒。不過，目前招募工作尚未啟動。

未來展望

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

• 首先，需要建立有效的分離技術(shù)，以從培養(yǎng)基中獲得足夠量的外泌體。目前，超速離心是最常見的方法，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(biāo)準(zhǔn)。
• 第三，外泌體對于人類患者的最佳劑量仍然未知。開發(fā)有效的跟蹤方法來監(jiān)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(chǔ)研究以及長期、大規(guī)模的臨床試驗，以促進外泌體療法轉(zhuǎn)化為臨床實踐。

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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