鼻内递送富集miR-221-3p的工程化脂肪干细胞细胞外囊泡通过IKKβ/NF-κB通路抑制小胶质细胞M1极化治疗缺血性中风

《Journal of Nanobiotechnology》：Engineered adipose stem cell-derived extracellular vesicles lead to significant improvement of motor function after ischemic stroke by ameliorating neuroinflammation via miR-221-3p delivery

摘要

背景

脂肪干细胞来源的细胞外囊泡（ADSC-EVs）最近作为一种有前景的治疗药物出现，用于减轻缺血性中风（IS）后的炎症。然而，阐明 ADSC-EVs 如何精确发挥作用以及设计功能增强、靶向良好的 ADSC-EVs 仍然是重大挑战。

目标

本研究旨在调查鼻内递送 ADSC-EVs 在 IS 小鼠中的治疗潜力，阐明 ADSC-EVs 通过递送 miR-221-3p 抑制小胶质细胞和炎症反应的潜在机制，并开发由该关键治疗性 miRNA（miR-221-3p）修饰的功能增强型 EVs。

方法

为了评估治疗效果和生物安全性，我们进行了行为测试、组织学和免疫荧光染色以及初步安全性评估。为了研究机制，我们利用 RNA 测序、Western blot 以及使用组成型活性 IKKβ 突变体（IKKβ-CA）的拯救实验来确认通路特异性。构建了过表达 miR-221-3p 的工程化 EVs 以进行功能验证。

结果

我们发现 ADSC-EVs 高效到达缺血性脑部并被小胶质细胞内化，在促炎 M1 状态下摄取更高。治疗显著减少了梗死体积并改善了神经和运动功能。使用原代小胶质细胞和小胶质细胞 - 神经元共培养系统进行的机制研究表明，ADSC-EVs 抑制小胶质细胞炎症和神经元凋亡，从而创造更具保护性的微环境。我们确定 miR-221-3p 是富集在 ADSC-EVs 中的关键介质。该 miRNA 通过靶向小胶质细胞中的 IKKβ/NF-κB 信号通路介导了观察到的效果，并通过使用组成型活性 IKKβ 突变体的拯救实验得到证实。使用过表达 miR-221-3p 的工程化 ADSC-EVs 进行的功能验证证实了其在抑制 M1 极化和增强神经保护方面的增强效力。值得注意的是，工程化 ADSC-EVs 即使在较低剂量下也能提供保护，初步安全性评估显示无毒性或慢性炎症。

结论

我们证明 ADSC-EVs 递送的 miR-221-3p 通过 IKKβ/NF-κB 通路抑制了小胶质细胞 M1 极化。这种抑制作用抑制了神经炎症和神经元凋亡，导致缺血性中风后运动功能恢复。反复鼻内给药工程化 ADSC-EVs 未显示可检测的毒性、慢性炎症或致瘤性，且对运动功能的治疗益处随时间持续存在。本研究阐明了详细的机制通路，并提出了一种使用富集 miRNA 的工程化 EVs 治疗缺血性中风的新颖、安全且有效的治疗策略。

图形摘要

背景

脂肪干细胞来源的细胞外囊泡（ADSC-EVs）最近作为一种有前景的治疗药物出现，用于减轻缺血性中风（IS）后的炎症。然而，阐明 ADSC-EVs 如何精确发挥作用以及设计功能增强、靶向良好的 ADSC-EVs 仍然是重大挑战。

目标

本研究旨在调查鼻内递送 ADSC-EVs 在 IS 小鼠中的治疗潜力，阐明 ADSC-EVs 通过递送 miR-221-3p 抑制小胶质细胞和炎症反应的潜在机制，并开发由该关键治疗性 miRNA（miR-221-3p）修饰的功能增强型 EVs。

方法

为了评估治疗效果和生物安全性，我们进行了行为测试、组织学和免疫荧光染色以及初步安全性评估。为了研究机制，我们利用 RNA 测序、Western blot 以及使用组成型活性 IKKβ 突变体（IKKβ-CA）的拯救实验来确认通路特异性。构建了过表达 miR-221-3p 的工程化 EVs 以进行功能验证。

结果

我们发现 ADSC-EVs 高效到达缺血性脑部并被小胶质细胞内化，在促炎 M1 状态下摄取更高。治疗显著减少了梗死体积并改善了神经和运动功能。使用原代小胶质细胞和小胶质细胞 - 神经元共培养系统进行的机制研究表明，ADSC-EVs 抑制小胶质细胞炎症和神经元凋亡，从而创造更具保护性的微环境。我们确定 miR-221-3p 是富集在 ADSC-EVs 中的关键介质。该 miRNA 通过靶向小胶质细胞中的 IKKβ/NF-κB 信号通路介导了观察到的效果，并通过使用组成型活性 IKKβ 突变体的拯救实验得到证实。使用过表达 miR-221-3p 的工程化 ADSC-EVs 进行的功能验证证实了其在抑制 M1 极化和增强神经保护方面的增强效力。值得注意的是，工程化 ADSC-EVs 即使在较低剂量下也能提供保护，初步安全性评估显示无毒性或慢性炎症。

结论

我们证明 ADSC-EVs 递送的 miR-221-3p 通过 IKKβ/NF-κB 通路抑制了小胶质细胞 M1 极化。这种抑制作用抑制了神经炎症和神经元凋亡，导致缺血性中风后运动功能恢复。反复鼻内给药工程化 ADSC-EVs 未显示可检测的毒性、慢性炎症或致瘤性，且对运动功能的治疗益处随时间持续存在。本研究阐明了详细的机制通路，并提出了一种使用富集 miRNA 的工程化 EVs 治疗缺血性中风的新颖、安全且有效的治疗策略。

图形摘要