综述：间充质基质细胞胞外囊泡作为神经退行性疾病中的免疫调节剂和药物载体

本综述系统探讨了间充质基质细胞（MSC）来源的胞外囊泡（EV）在神经退行性疾病中的双重作用：既作为天然免疫调节剂，通过miRNA等 cargo 抑制神经炎症（如调控NF-κB/NLRP3通路）；又可工程化改造为靶向药物载体，突破血脑屏障（BBB）实现精准治疗。文章还分析了临床转化面临的挑战（如异质性、规模化生产）及解决策略。

　　

从间充质基质细胞向其胞外囊泡的转变

间充质基质细胞（MSC）是一类具有多向分化潜能的细胞，在组织稳态、再生和免疫调节中发挥关键作用。这些特性使其成为有前景的治疗候选者。然而，尽管已有超过1700项临床试验，包括若干III期研究，但仅有少数MSC产品获得商业化监管批准，且其临床应用常受供体变异性等问题限制。

研究表明，MSC的治疗效应很大程度上由其旁分泌机制驱动，包括释放胞外囊泡（EV）。这些纳米级的膜性囊泡携带蛋白质、脂质和核酸等生物活性分子，影响受体细胞。MSC来源的EV（MSC-EV）不仅保留了亲本细胞的治疗潜力，还具有低免疫原性、高生物相容性和穿越生物屏障的能力。

神经退行性疾病中MSC来源EV的治疗潜力

MSC-EV在神经退行性疾病，特别是阿尔茨海默病（AD）中展现出治疗潜力，其中炎症和免疫失调是核心病理环节。MSC-EV可作为“双重作用剂”，一方面提供抗炎、免疫调节和促再生效应，另一方面可作为药物递送载体，经工程化改造实现靶向递送，有望克服中枢神经系统（CNS）屏障如血脑屏障（BBB）的穿越难题。

在AD临床前研究中，MSC-EV通过多种机制靶向淀粉样蛋白-β（Aβ）病理。在体外，脂肪来源的MSC-EV通过递送Aβ降解酶脑啡肽酶（neprilysin），降低AD小鼠神经元干细胞及表达淀粉样前体蛋白（APP）的人细胞中的Aβ₄₂和Aβ₄₀水平。在体内，骨髓来源的MSC-EV通过脑啡肽酶依赖机制减少APP/PS1小鼠的Aβ斑块和营养不良性神经突。此外，MSC-EV的microRNA（miRNA）货物（如miR-146a、miR-21-5p）可调节炎症、突触密度和认知功能。

MSC-EV在尼曼匹克病C1型（NPC1）中也显示价值，该病有时被称为“儿童阿尔茨海默病”。在NPC1缺陷小鼠中，MSC-EV降低了全身和大脑炎症及神经胶质活化，凸显其靶向中枢和外周疾病特征的潜力。

目前多项临床试验正在评估MSC-EV用于神经退行性和神经发育障碍，这些试验在EV来源、制剂、给药途径、剂量和患者人群上存在差异。试验设计广泛，从鼻内给药到立体定向注射，以及使用工程化EV（如富含miR-124的囊泡）以增强效力。

神经退行性疾病中MSC来源EV的免疫调节能力

大脑拥有常驻（实质内）免疫细胞，即小胶质细胞；此外，免疫细胞还会巡逻于脑膜、脉络丛（ChP）和血管周围间隙等屏障区域。免疫失调已被认为是包括AD在内的神经系统疾病的关键因素。由于MSC-EV具有免疫调节特性，它们是神经退行性治疗的 promising 候选者。

MSC-EV介导的小胶质细胞调节

小胶质细胞是大脑中常驻的巨噬细胞样细胞，具有高度可塑性，能够从稳态监视状态转变为激活状态，在AD中围绕Aβ斑块聚集。持续的激活会导致促炎细胞因子释放，损害神经元并加剧疾病。研究表明，MSC-EV可以诱导小胶质细胞向抗炎表型极化。在暴露于促炎刺激的小鼠原代小胶质细胞中，MSC-EV降低了肿瘤坏死因子（TNF）、白介素-6（IL-6）和IL-1β等促炎细胞因子的产生，同时促进了抗炎细胞因子IL-10的释放。MSC-EV还在常氧和缺氧条件下诱导巨噬细胞从促炎状态向抗炎状态转变。体内研究表明，鼻内给予MSC-EV减少了3xTg AD小鼠中IBA1⁺小胶质细胞的数量，并降低了脂多糖（LPS）诱导的神经炎症小鼠模型中的IBA-1表达、细胞内活性氧（ROS）水平和Icam-1 mRNA，表明小胶质细胞活化状态降低。

MSC-EV介导的浸润先天免疫细胞调节

外周先天免疫细胞也存在于AD动物模型和患者大脑中。

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  肥大细胞：在AD中，含类胰酶的肥大细胞浸润大脑并与Aβ斑块共定位。纤维状Aβ肽可触发组胺分泌，加剧神经炎症。MSC-EV可能通过增加前列腺素E2（PGE2）和其受体EP4表达等机制调节肥大细胞活化，但其在神经退行性疾病中的效力和安全性仍需评估。
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  巨噬细胞：是神经保护的关键角色，有助于Aβ斑块清除、碎片清除和分泌IL-10、转化生长因子β（TGF-β）等抗炎因子。但其功能状态高度可塑。MSC-EV在其他疾病模型中（如高脂饮食小鼠、心肌缺血/再灌注损伤模型、脓毒症模型）可促进巨噬细胞向抗炎表型极化，通过递送miR-182、miR-223、miR-17等抑制NF-κB、TLR4、NLRP3炎症小体等通路，这些通路在AD中同样重要，提示MSC-EV可能调节AD大脑中的巨噬细胞反应。
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  其他先天免疫细胞：单核细胞（巨噬细胞和树突状细胞的前体）在AD中有助于Aβ清除但也释放促炎因子，MSC-EV可调节其向抗炎状态极化并抑制其分化为促炎性树突状细胞。中性粒细胞在感染和肺损伤小鼠模型中受MSC-EV影响，囊泡可增强其吞噬活性同时限制组织损伤，机制涉及miR-145介导的MRP1抑制和miR-21-5p及α1-抗胰酶的转移。

MSC-EV介导的浸润适应性免疫细胞调节

适应性免疫细胞在神经退行性变中扮演重要角色。

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  T细胞：在AD病理中，促炎性效应T细胞（T_eff）和抗炎性调节性T细胞（T_reg）之间的失衡加剧了神经炎症。MSC-EV有可能通过诱导T_eff凋亡和增强T_reg增殖来影响这种失衡，并在体外刺激IL-10和TGF-β分泌。
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  B细胞：以其产生抗Aβ斑块抗体而闻名，但它们在AD中的更广泛影响尚不清楚。MSC对B细胞的免疫调节作用似乎很大程度上独立于分泌的EV。
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  自然杀伤（NK）细胞：通过释放炎症分子和促进小胶质细胞向促炎状态极化，也 contributes to neurodegeneration。MSC可抑制NK细胞增殖，但MSC-EV在调节NK细胞活性中的作用仍有待探索。

这些发现将MSC-EV定位为有前景的免疫调节剂，能够通过减少T_eff驱动的神经炎症、增强T_reg活性和调节淋巴细胞向CNS的浸润来重塑AD中的适应性免疫反应。

MSC-EV作为治疗神经退行性疾病的药物递送载体

中枢神经系统屏障在维持大脑稳态的同时，也对大分子药物从血液进入大脑构成了重大挑战。超过98%的小分子和几乎所有较大的分子（如肽、蛋白质、抗体）都难以穿越这些屏障。许多治疗化合物穿透大脑屏障并靶向特定区域的能力有限，凸显了开发高效药物递送平台的必要性。

EV因其生物相容性、低免疫原性和穿越生物屏障的能力，作为潜在的药物递送载体获得了广泛关注。在治疗应用中，EV首先通过生物液分布，随后通过摄取/相互作用机制（如受体介导的内吞作用或膜融合）与靶细胞接合，在局部或远距离递送货物。EV工程化为增强其靶向特定受体细胞（包括那些设计用于靶向大脑屏障的细胞）的能力提供了机会。此外，EV可以保护其货物免于降解，并增强潜在封装药物的稳定性和生物利用度。

鉴于MSC-EV拥有所有上述有利的EV特性以及其固有的免疫调节特性，其运输生物活性分子的能力可以进一步被利用，以更好地调节大脑中的神经退行性过程。与其他EV一样，MSC-EV可以通过两种方法进行装载：后装载（post-loading）和预装载（pre-loading）。后装载中，疏水和亲水药物均可通过共孵育等被动方法或超声处理、电穿孔、挤出、透析、冻融循环和皂苷处理等主动方法并入EV。

另一种创新的后装载方法涉及将MSC-EV与含有目标货物的纳米颗粒融合。这种融合产生了一种混合结构，保留了MSC-EV的理想特性，同时包含了货物。然而，预装载方法涉及在EV形成过程中将药物封装进去，这对于不适合后装载的药物的合并是有利的。

多项研究探索了装载药物治疗脑部疾病的潜力。例如，携带抗炎化合物姜黄素的EV被递送至小胶质细胞，从而在GL26肿瘤模型小鼠中抑制了脑肿瘤生长。另一项研究在小鼠中使用共孵育方法成功将多巴胺装入EV，与注射游离多巴胺相比，脑部递送量增加了15倍，且该方法毒性低，疗效更高。最近一项研究使用了装载抗癌药阿霉素的MSC-EV，并比较了三种加载方法：被动加载、通过电穿孔主动加载和超声处理。结果表明装载阿霉素是可行的，其中电穿孔被证明是最有效的方法，而被动加载效果不佳，超声处理则被证明对EV完整性有害。

总之，存在多种方法可有效将药物、蛋白质或miRNA装载到MSC-EV中。然而，将这些方法转化为临床应用需要在先进的疾病模型中进行进一步验证。

使用MSC-EV治疗神经退行性疾病的当前挑战及潜在克服策略

尽管前景广阔，但 several obstacles 仍然阻碍着MSC-EV从实验室到临床的完全过渡。

原代MSC的有限扩增能力和异质性

将MSC-EV产品转化为临床实践的一个重大障碍在于原代MSC的有限扩增能力和异质性。这种异质性 likely contributes to 许多临床试验中观察到的不一致结果。这些细胞异质性挑战也延伸至MSC-EV产品。最近的临床前研究表明，由于供体间和供体内的MSC异质性，只有一部分MSC-EV产品表现出治疗效果。尽管使用相同MSC库通过标准化程序生产，但仍观察到EV产品存在显著的批次间差异。从较少传代的MSC获得的EV比从晚期传代MSC分离的EV具有更大的免疫调节效力。此外，MSC的增殖率和分化潜能等因素会影响其衍生EV的效力。例如，晚期传代的MSC可能经历与衰老相关的变化，包括端粒缩短、DNA损伤和细胞因子分泌改变，这会对其治疗效力产生负面影响。MSC异质性和原代细胞有限扩增能力的结合可能会阻碍临床适用MSC-EV产品的大规模生产。

为了缓解这些挑战，仔细选择具有稳定基因组和功能特征的单克隆MSC系至关重要。生产批次间传代次数的一致性也很关键，因为这会影响EV组成，并且需要进行严格的生物等效性测试以确认产品特性（identity）和效力（potency）。由于原代MSC寿命有限，仅通过良好生产规范（GMP）协议无法完全解决其异质性。为了标准化MSC-EV生产，一个潜在的解决方案涉及克隆和扩增MSC以生成稳定的细胞系。开发永生化MSC系可以提供无限且更标准化的EV来源。一项原理验证研究表明，来自克隆扩增的MSC系的EV保留了其治疗效力。当在缺氧缺血性脑损伤小鼠模型中鼻内给药时，这些EV减少了小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，降低了白细胞浸润，下调了促炎细胞因子如IL-1β，并增加了抗炎细胞因子如IL-4和TGF-β的水平。

然而，尽管有其优势，永生化MSC并不能完全消除变异性。随着时间的推移，遗传漂变、表观遗传修饰和不对称细胞分裂等因素可能导致异质性重新出现，即使在克隆系内也是如此。此外，来自原代细胞不同亚克隆的MSC系可能保留独特的生物学特性，导致EV组成的变化，包括蛋白质组和RNA谱的差异。虽然永生化MSC系有望生产更一致的MSC-EV，但仍需持续努力以确保稳定性并最小化批次间变异性。

增强MSC-EV向大脑的递送和生物分布

为了有效治疗神经退行性疾病，MSC-EV必须到达大脑。然而，直接脑部注射是高度侵入性的，不建议用于重复治疗。静脉（IV）给药提供了一种非侵入性替代方案，但 presents another significant challenge，因为只有一小部分MSC-EV成功穿越CNS屏障并以治疗相关量到达大脑。此外，全身清除机制和潜在的外周器官摄取进一步限制了IV给药的效率。相比之下，鼻内给药允许MSC-EV通过嗅球或从鼻上皮到大脑的三叉神经通路绕过BBB。在啮齿类动物模型中的大量临床前研究证明了鼻内EV递送的 efficacy。例如，一项比较鼻内和IV给药的研究表明，两者都能改善ALS症状。虽然鼻内给药增强了患者 compliance 并促进了神经退行性疾病所需的重复给药方案，但挑战依然存在。这些挑战包括给药准确性、粘膜纤毛清除以及实现向特定大脑区域的靶向递送。还需注意的是，大多数关于EV递送的临床前研究是在小鼠模型中进行的，其鼻上皮形态和嗅球与人类存在显著差异，这构成了额外的转化挑战。

为了增强MSC-EV的脑靶向性，一种策略是将它们与已知具有脑靶向能力的EV融合。多项研究强调了特定未修饰EV在归巢大脑方面的 efficacy。然而，幼稚EV穿越脑屏障的确切机制仍然难以捉摸。值得注意的是，EV的细胞来源显著影响其生物分布。新出现的证据表明，来自各种脑细胞类型的EV，包括脑内皮细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞以及来自脑转移肿瘤的EV，在静脉注射后具有显著的脑靶向或“归巢”潜力，这可能由特定的表面因子（如整合素）介导。我们小组的一项研究调查了外周给予的脉络丛上皮细胞来源EV的脑靶向能力，并观察到与对照EV相比，ChP-EV在大脑中的积累增加。存在多种方法用于将EV与纳米颗粒系统融合，这些技术也可以促进来自不同细胞类型的EV之间的融合。然而，被动杂交可能会遇到由于不同EV表面电荷相似而带来的限制。因此，应探索诱导EV脂质层瞬时破坏的方法，如超声处理、冻融和挤出，以增强EV融合。

第二种可行的策略是用识别脑特异性受体的分子修饰MSC-EV的膜，这种方法已在纳米颗粒上进行了测试。EV的修饰可以通过基因工程或化学修饰实现，提供了 versatile 的增强方法。通过将狂犬病毒糖蛋白（RVG）（一种神经元特异性肽）与EV膜蛋白（Lamp2b）融合，证明了工程化EV的 efficacy。这项工作说明了工程化EV在静脉给药后选择性靶向脑细胞（如神经元、小胶质细胞和少突胶质细胞）的潜力。类似地，另一项在大鼠中的研究通过将T7肽（转铁蛋白受体结合肽）连接到胶质母细胞瘤中的Lamp2b蛋白来工程化EV，与未修饰的EV相比，肿瘤尺寸减小，表明改善了靶向递送。同样，与RVG肽和Lamp2b蛋白连接的EV在大鼠缺血性中风模型中成功递送了miR-124，在静脉给药后观察到神经发生， reiterating EV修饰在向大脑递送 therapeutics 方面的成功。此外，与RVG偶联的MSC-EV在AD小鼠模型中显示出改善海马和皮层靶向递送的有希望的结果。这种靶向递送显著减少了Aβ斑块沉积，并增强了记忆和认知能力，与未标记的MSC-EV相比。

尽管有这些有希望的策略，优化EV-based delivery 的一个主要挑战是准确追踪和量化EV生物分布。常见技术如荧光标记、生物发光报告基因或放射性标记可能存在 significant limitations，包括染料转移、与完整EV无关的信号持久性以及深部组织中有限的空间分辨率。这些因素使解释EV在何处积累及其功能维持多久变得复杂。此外，一些标记方法可能会改变EV表面特性、颗粒大小或生物分布行为。使用基因编码报告基因和点击化学 based tracers 的最新进展显示出 improved specificity and quantifiability，但这些工具 largely restricted to preclinical settings。研究间缺乏标准化协议进一步阻碍了生物分布数据的可比性。因此，谨慎的方法学选择和验证策略对于确保准确追踪和解释体内EV命运至关重要，尤其是在脑靶向治疗的背景下。

理解作用机制

获得MSC-EV based therapies 的临床批准部分依赖于理解其作用机制，鉴于其多功能性，这是一项艰巨的挑战。进入血流后，MSC-EV的停靠位点及随后的事件 cascade 难以预测，尽管已尝试通过成像技术追踪它们。EV的多方面效应源于众多蛋白质和RNA的参与，其中没有明显的主要参与者。从监管的角度来看，阐明效应是主要来自受体-配体相互作用还是货物递送是 crucial first step。基于物理学的分析表明，考虑到表面积与体积比的近似值，受体-配体相互作用比货物递送更有效。虽然纳米颗粒利用小尺寸实现有效的表面-细胞相互作用和均匀分布，但确保足够的数量/体积递送需要大量。脂质在MSC-EV中的作用，特别是像促消退脂质这样的生物活性脂质，仍然 largely unexplored。此外，体外实验通常涉及与体内EV浓度相比夸张的浓度，应谨慎解释。尽管各种实验证实了EV有效进入细胞，但它们将货物有效递送到细胞质（即逃离内体）的能力仍然存在争议。最初被誉为主要参与者，miRNA被发现在EV内相对稀少。此外，虽然最初提出了与质膜融合，但观察到的是内化并通过内体-溶酶体途径，这与降解相关。量化这些现象需要复杂的方法学，突显了评估有效蛋白质胞质递送的挑战。

安全性和毒性考虑

MSC-EV的毒性和长期安全性特征仍未得到充分探索。大多数临床前研究报告称，即使重复给药，静脉或鼻内给药后也没有明显毒性，但这些研究通常是短期的且范围有限。许多评估强调急性读数，缺乏全面的毒理学评估（例如，免疫反应、脱靶效应、器官特异性积累）。例如，多项动物研究报告称，全身递送后EV优先积聚在肝脏、脾脏和肺部，这引发了对这些器官潜在长期影响的疑问。此外，EV分离、纯化和储存的异质性可以改变囊泡组成，从而影响安全性。监管机构强调 rigorous characterization and good manufacturing practice compliant production，但针对EV的 harmonized toxicity testing frameworks 仍在涌现。随着MSC-EV向临床用途推进，特别是对于需要重复给药的慢性适应症，对免疫原性、生物分布和长期毒性的系统研究将是 essential。

结论与未来展望

本综述重点介绍了MSC-EV在调节免疫和作为神经退行性疾病（特别是AD）药物递送系统方面的双重治疗潜力。EV曾一度被认为 primarily as carries of cellular waste，现在被 recognized as critical mediators with notable immunomodulatory properties。MSC-EV可以减少神经炎症，增强调节性T细胞活性，并抑制促炎性免疫细胞，包括巨噬细胞、肥大细胞、B细胞和NK细胞。并行地，工程化MSC-EV为向CNS靶向递送药物提供了一个有前景的平台，克服了限制常规治疗药物的障碍。它们穿越生物膜、屏蔽货物和到达特定组织的天然能力在脑靶向治疗中提供了 clear potential advantages。

尽管存在这些机遇，MSC-EV的临床应用面临着 substantial challenges。EV组成随亲本细胞来源、给药途径和货物复杂性而变化，使可重复性复杂化。MSC扩增方法的差异，以及对优化药物加载技术的需求，增加了进一步的变异性。迫切需要EV分离、表征和效力测试的标准化协议以确保一致性。

未来的研究应优先揭示MSC-EV调节免疫反应以及与神经和胶质细胞相互作用的机制。更深入地理解EV药代动力学、生物分布和货物递送——尤其是对于工程化EV——将是 critical。并行努力应改进精确靶向、可扩展生产以及 rigorous safety and efficacy testing 的策略。

应对这些挑战对于充分利用MSC-EV作为下一代免疫疗法和递送载体至关重要。如果成功，这些囊泡可能代表一种变革性方法，用于治疗AD和其他神经退行性疾病，将免疫调节与先进药物递送统一在一个单一的治疗平台中。