撰写：刘育妍，康红军
近期，解放军总医院第一医学中心康红军团队在《中国神经再生研究（英文版）》（NeuralRegenerationResearch）发表了题为“Mesenchymalstemcell-derivedexosomesregulatemicrogliaphenotypes:apromisingtreatmentforacutecentralnervoussysteminjury”的综述文章。作者通过对急性中枢神经系统损伤时小胶质细胞表型转化进行分析，发现神经保护性小胶质细胞在促进神经损伤修复和减轻神经炎症方面的突出作用，总结了与MSC-Exos调节小胶质细胞表型转换相关的多种细胞、动物实验及临床试验，并归纳了其可能的作用机制。另外，该文章中提出MSC-Exos作为中枢神经系统的药物治疗策略，在未来有广阔的应用前景。
在急性中枢神经系统损伤（如：脑卒中（包括缺血性脑卒中、脑出血、蛛网膜下腔出血）、创伤性脑损伤、热射病神经损伤、感染等）发生后，脑组织局部缺血、坏死后的几分钟内，缺氧和能量的匮乏会引发一系列连锁反应，如氧化应激和炎症反应，导致的神经元兴奋性中毒和神经细胞死亡。受损细胞释放的病原相关分子模式（PAMPs）或危险相关分子模式（DAMPs）的信号，导致急性炎症介质和促炎细胞因子急剧增长（如：肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）、活性氧（ROS）和细胞间粘附分子-1（ICAM-1）等）。这些炎性介质作用与邻近的神经元，会导致神经元水肿、加剧氧化应激、神经元进行性凋亡，进而导致血脑屏障（BBB）破坏，加剧神经炎症反应[1]。此外，在持续的病理状态下，炎症产物、红细胞代谢物和神经元抗原会导致自身免疫反应激活，刺激缺血区的多种效应细胞激活，如小胶质细胞[2]。作为中枢神经系统的免疫调节细胞，小胶质细胞的激活一方面会吞噬和清除异常或多余的蛋白质以维持大脑中蛋白质负担的平衡，防止神经变性的发生；另一方面，小胶质细胞驱动的炎症反应进一步产生多种促炎症介质，共同调节脑炎综合症，从而加剧缺血缺氧后脑损伤[3]。
图1急性中枢神经系统损伤后神经炎症的恶性循环
小胶质细胞是中枢神经系统（centralnervoussystem，CNS）中固有的免疫细胞，在正常发育和病理情况下均对神经系统的免疫防御发挥重要作用。在非病理学条件下，CNS中处于“稳态/平衡小胶质细胞”的突触不断伸长和收缩，并利用微膜结构对周围细胞健康进行免疫监测，维持大脑免疫微环境的稳态[4]。而当中枢神经系统处于缺血、创伤、感染、炎症微环境时，小胶质细胞迅速转化为反应性、不稳定的表型，作为第一道防线，在正常组织和损伤组织之间形成屏障。然而，在过度伤害性刺激下，环境驱动的小胶质细胞过度活化所引起的相关促炎反应过度激活，则通常被视为负面事件。小胶质细胞对创伤和各种免疫刺激反应下，释放炎性介质IL-1β、TNF-α和IL-15，会直接加重各类神经细胞的损伤和神经元损伤，从而放大局部炎性反应，进一步加重血脑屏障的通透性。此外，活化的小胶质细胞通过细胞表面受体、信号转导和转录因子等效应子触发多种信号通路。例如，PKB/AKT、mTOR、p38MAPK等信号通路。在中枢神经系统损伤的发展过程中，小胶质细胞表现出不同的神经毒性和神经保护特性，这与疾病过程中表现出的不同活化表型有关。然而，小胶质细胞的激活状态对特定条件的反应有所不同，不同表型的小胶质细胞群会表现出不同的分子特征和生理功能。国外研究团队曾报道过[5]多种中枢神经系统疾病（包括神经变性疾病、衰老、炎性刺激和缺血性损伤）的小鼠模型中比较小胶质细胞/髓样细胞表达谱。另一个实验室使用单细胞RNAseq分析5个月大的成年小鼠的小胶质细胞，鉴定出一组稳态小胶质细胞高度富集的转录物簇“Sensome”[6]。此外，神经保护启动状态的变化与参与神经保护的小胶质细胞中基因表达的总体增加有关。提示不同小胶质细胞的分子亚型与其神经保护和CNS毒性特征有关。其中，信号转导通路参与小胶质细胞活化对急性CNS炎症的调节。IRF/STAT/SOCS信号、NF-κB激活、核受体（PPARγ，PPARδ，RXR）和氧化还原信号（Nrf2，NOX2，HIF-1）的抑制因子控制小胶质细胞的表型转化。最近的一项研究指出，稳态小胶质细胞向反应性小胶质细胞的转换激活依赖于模式识别受体（PRRs）的选择性激活。除了常见的信号转导因子外，c-AMP应答元件结合蛋白（CREB）、STAT-1/6、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）-γ和Krüppel样因子（KLF）在小胶质细胞表型调节中均起关键作用。
图3间充质干细胞通过多种途径调节炎症反应
但MSCs的治疗效果往往是有限的，在某些情况下，原始的MSCs的抗炎功能不足以挽救神经炎症的损害。由于BBB的限制性，脑内皮细胞必须经过复杂的转细胞作用才能将大分子物质输送到大脑；否则，配体和/或受体会被引导到错误的质膜上，当特异性可以通过表面配体的修饰来增加和控制时，就会被降解。在蛋白质和仿肽介导的给药途径中，药物被设计成针对细胞上的特定受体，如用生物相容性聚合物进行表面涂层，表面净电荷修饰，以及添加大脑特异性配体和细胞穿透肽，以获得通过障碍物或集中于目标器官的能力[16]。过去十年的多项研究表明，间充质干细胞移植治疗以及旁分泌效应可以改善各种啮齿动物模型中的各种急性中枢神经系统损伤。从动物研究到临床试验，越来越多的数据表明，间充质干细胞可以通过多种途径介导小胶质细胞表型转化，以改善中枢神经系统损伤的急性神经炎症反应，发挥神经保护和修复作用。
总之，MSC-Exos中多种活性物质会对神经系统损伤时小胶质细胞的促炎性反应产生影响，从而发挥其神经保护作用。虽然现代多技术突破了小胶质细胞表型的发展，但对中枢神经损伤后神经炎症中小胶质细胞反应的多样性仍缺乏全面了解。此外，MSCs-Exos是否能尽快应用于临床，需要考察其标准化剂量及给药方式下的疗效和敏感性，以及药代动力学和生物分布。此外，科学家们有必要研究如何提高产量和纯度，以便能够比较出MSCs-Exos最大的治疗效果。还可以通过在体外模仿中枢神经系统的炎症环境，如使用炎症因子预处理MSCs，或对小胶质细胞促炎症反应信号的特定机制及其表型进行基因改造等手段，增加MSCs-Exos的治疗效果。届时，Exos将由转染、修饰过的MSCs分泌，或将特定的miRNA装载至MSCs-Exos，整合到Exos中并在体内传递，以专门针对特定的炎症，也将是未来重要的发展方向。
解放军医学院研究生刘育妍、李云和王陆为该综述的共同作者，康红军教授为通讯作者。
引用本文：LiuYY,LiY,WangL,ZhaoY,YuanR,YangMM,ChenY,ZhangH,ZhouFH,QianZR,KangHJ(2023)Mesenchymalstemcell-derivedexosomesregulatemicrogliaphenotypes:(8):1657-1665.
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康红军，医学博士，主任医师，教授，博士生导师，美国哈佛大学医学院访问学者。现任解放军总医院第一医学中心重症医学科副主任。
从事危重病医学、复杂感染性疾病、热射病相关研究、临床大数据与人工智能、干细胞与免疫等领域研究。以第一/通讯作者发表论文40余篇，SCI收录20篇。主持国家自然科学基金、科技部重大专项、省部级课题15项。获军队医疗成果二等奖1项，北京市医学科技二等奖1项。
刘育妍，医学学士，现就读于中国人民解放军医学院。
主要研究方向：间充质干细胞及其外泌体在危重病医学中的应用
