《Spinal Cord》:Glia cell-derived extracellular vesicles as modulators in spinal cord injury repair
研究设计:叙述性综述。
研究目的:本综述旨在总结并批判性评价当前关于胶质细胞来源胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)作为脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)治疗介质的证据,重点关注其细胞特异性功能与阶段依赖性效应。
方法:研究人员叙述性整合了探究星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞、施万细胞和嗅鞘细胞来源EVs在脊髓损伤及相关中枢神经系统病理背景下作用的临床前体外与体内研究。
结果:胶质细胞来源EVs在脊髓损伤后表现出多样且具有细胞类型特异性的效应。星形胶质细胞来源EVs(astrocyte-derived EVs, ADEVs)含有神经保护性蛋白与微小核糖核酸(microRNAs),可调控炎症并支持神经修复。小胶质细胞来源EVs(microglia-derived EVs, MGEVs)具有双重作用:促炎型EVs加重继发性损伤,而抗炎型EVs促进恢复。少突胶质细胞来源EVs(oligodendrocyte-derived EVs, ODEVs)参与代谢支持与髓鞘再生,但也可能携带抑制性分子限制轴突再生。施万细胞来源EVs(Schwann cell-derived EVs, SCEVs)减少瘢痕形成并促进轴突生长,在部分模型中疗效优于施万细胞移植。嗅鞘细胞来源EVs(olfactory ensheathing cell-derived EVs, OECEVs)通过调节细胞外环境与增强碎片清除促进轴突再生。在不同损伤阶段,胶质EVs在急性期可保护血-脊髓屏障,亚急性期可调控炎症与血管生成,慢性期可支持轴突再生、髓鞘再生与突触重塑。
结论:胶质细胞来源胞外囊泡是一种极具前景的无细胞脊髓损伤治疗策略。尽管临床前证据凸显了其显著的再生与免疫调节潜力,但在EV分离、靶向递送等方面仍存在挑战。解决这些局限对推进临床转化至关重要。
引言
脊髓损伤是一类致残性神经系统疾病,可导致持续的运动、感觉及自主神经功能障碍,带来深远的生理、心理与社会经济影响。创伤性事件是脊髓损伤的主要病因,包括交通事故、坠落、运动损伤及暴力行为;非创伤性病因如感染、肿瘤、血管损伤与退行性疾病占比较小但具有临床相关性。从机制层面,脊髓损伤的病理生理过程通常分为原发性损伤与继发性损伤两个阶段。原发性损伤指脊髓受到的初始机械性损害;继发性损伤则由原发性创伤触发,包含血管破坏、缺血、兴奋性毒性、氧化应激、炎症与细胞死亡等一系列级联病理过程。根据病程进展,脊髓损伤可分为急性期、亚急性期与慢性期:急性期发生于伤后数分钟至数小时,以即刻组织损伤、出血与脊髓血管破坏为特征;亚急性期持续数天至数周,伴随炎症反应、凋亡与坏死性细胞死亡、进行性组织重塑及胶质与纤维化瘢痕形成;慢性期可持续数周至数月甚至更久,以瘢痕成熟、轴突变性、囊性空腔形成及有限的神经可塑性适应为核心特征。基于损伤的范围与部位,脊髓损伤可导致运动、感觉障碍与自主神经功能紊乱,临床依据美国脊髓损伤协会损伤量表(American Spinal Injury Association Impairment Scale, AIS)分为AIS A(完全性损伤)至AIS E(检查可见保留的运动与感觉功能)。除神经功能缺损外,脊髓损伤还带来严重的社会心理影响:运动与感觉障碍严重限制活动能力与独立性,自主神经功能紊乱(包括自主神经反射异常与直立性低血压)进一步影响日常生活与社会参与,患者发生抑郁、焦虑等心理合并症的风险升高,长期医疗护理、康复与社会支持需求也为家庭与全球医疗系统带来沉重负担。
当前脊髓损伤的治疗策略
当前脊髓损伤的治疗采取多维度策略,覆盖原发损伤与继发并发症的管理。总体而言,治疗可分为急性期管理与长期管理两类。急性期的主要目标为稳定患者状态、维持脊髓灌注,并通过手术与药物干预限制神经功能恶化。减压手术可减轻脊髓受压,在适应证明确的情况下能够改善灌注并减少持续损伤;急性药物管理包括血流动力学支持以维持充足的血压与脊髓灌注,同时预防感染等相关并发症。尽管多种神经保护药物方案已被探索,但其临床获益仍然有限,大剂量糖皮质激素的应用因神经功能改善证据不一致且感染、消化道出血、脓毒症等并发症风险升高而存在争议。
亚急性期始于伤后数小时并持续至数周,继发性损伤机制(包括神经炎症、凋亡、脱髓鞘与瘢痕形成)持续加重。该阶段的胶质反应十分复杂:反应性星形胶质细胞与相关成瘢痕细胞在损伤早期有助于限制组织损伤与炎症扩散,但持续存在的瘢痕组织后期会成为轴突再生的关键屏障。进入慢性期后,长期结构与功能缺损逐渐固化,轴突变性持续进展,囊性空腔可能形成,瘢痕组织与受损髓鞘中的抑制性分子进一步降低损伤脊髓的再生潜力。长期管理的重点在于康复、并发症预防及改善功能恢复与生活质量。物理与作业治疗对最大化功能恢复、适应活动能力改变、实现自我照护独立至关重要。此外,神经病理性疼痛与痉挛是脊髓损伤患者常见的临床挑战。为进一步提升功能,神经调控与辅助技术日益受到关注:经脊髓直流电刺激与经脊髓脉冲电流刺激在改善感觉运动与自主神经功能方面显示出潜力;脑机接口与机器人外骨骼等新兴技术也被用于探索提升活动能力与独立性。
尽管治疗取得进展,脊髓的再生能力依然有限,原因包括持续的神经炎症、胶质与纤维化瘢痕组织的抑制性、髓鞘相关抑制分子的持续存在,以及中枢神经系统神经元缺乏内在再生机制。在生物治疗策略中,细胞移植已成为主要研究方向,临床前与早期临床研究探索了施万细胞、嗅鞘细胞、少突胶质前体细胞、神经干/祖细胞与间充质干细胞的应用,旨在通过提供营养支持、促进髓鞘再生、为再生轴突提供结构引导发挥作用。然而,细胞移植面临移植物长期存活与整合不佳、免疫相容性与表型稳定性存疑、侵入性递送要求、标准化与规模化生产困难等诸多局限。
胞外囊泡为规避上述诸多障碍提供了极具前景的无细胞替代方案。通过传递蛋白质、脂质与核糖核酸等生物活性 cargo,胞外囊泡可复现移植细胞的多数有益旁分泌效应,且无植入或无控增殖相关风险。胞外囊泡还具有免疫原性更低、储存运输稳定性更高、穿越血-脊髓屏障等生物屏障的能力更强等优势。近期临床前研究表明,胶质来源胞外囊泡可调控炎症、促进髓鞘再生、支持神经元存活,因而成为新一代治疗模式。本叙述性综述聚焦胶质细胞来源胞外囊泡在脊髓损伤中的现有研究,探讨其在损伤后神经保护与再生领域的转化潜力。研究人员通过PubMed数据库检索相关研究,检索词组合包括“胞外囊泡”“外泌体”“脊髓损伤”与上述各类胶质细胞名称,检索覆盖截至2025年底的文献,重点关注近期研究与机制探索,纳入原创性研究的标准为其与胶质来源胞外囊泡在脊髓损伤及中枢神经系统修复背景下的相关性,综述类文章被排除出主要分析但用于筛查额外参考文献,相关中枢神经系统或外周神经系统模型的研究也被纳入以支持机制解读。为进一步明确证据背景,研究人员基于CRIME-Q改编的关键方法学领域,对脊髓损伤特异性体内研究进行了结构化评价,涵盖损伤模型、干预时机、胞外囊泡表征及随机化与盲法报告等内容。尽管多数研究采用成熟的啮齿类脊髓损伤模型且胞外囊泡表征达到可接受至较高水平,但损伤范式、递送途径与给药策略存在显著异质性,且随机化、盲法与样本量合理性等偏倚控制措施的报告在各研究中并不一致,这些因素限制了研究间的直接可比性,在解读胶质来源胞外囊泡的转化潜力时应予以考虑。
基于胞外囊泡的治疗策略
细胞来源的膜性囊泡介导的细胞间通讯在生命多个界中高度保守且广泛存在。这类囊泡自发现以来有多种命名,当前命名规范推荐使用胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)这一术语指代所有细胞起源、尺寸在纳米至微米级、无法自主复制的膜包被囊泡;当囊泡性质无法确认时则使用非囊泡性细胞外颗粒。近年来,胞外囊泡参与大量生理过程的证据不断积累,涵盖发育过程、组织稳态、再生与修复等。与此同时,胞外囊泡也被证实可介导病理生理过程,如癌症进展、转移微环境形成、神经退行性疾病播散及(神经)炎症过程。胞外囊泡可通过表面受体激活后引发信号转导、被靶细胞内吞后解包释放内容物或膜融合等方式影响细胞行为。不同类型的胞外囊泡通过细胞膜向外出芽或向内出芽形成多泡内体,后者再与细胞膜融合后释放囊泡。基于其生物发生过程,胞外囊泡常反映亲代细胞的分子特征,包括膜相关蛋白与腔内cargo,这使其成为诊断与治疗应用的理想候选载体。已有研究综述了胞外囊泡作为治疗剂的文献及首批人体临床试验,多数研究使用富集自间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)的胞外囊泡,常通过胞外囊泡负载水凝胶等方式局部给药以支持组织修复。基于细胞培养的胞外囊泡生产具有重要优势,包括可控的生成条件、可重复的分离流程,以及通过基因修饰来源细胞以定制胞外囊泡cargo的可能性。间充质干细胞来源胞外囊泡虽具有免疫调节特性与可扩展性等优势,但可能缺乏与损伤中枢神经系统相关的组织特异性信号。因此,替代策略聚焦于天然存在于损伤组织或主动参与损伤过程的胞外囊泡。在脊髓损伤背景下,胶质细胞来源胞外囊泡尤为相关,因其反映了神经系统内源性修复相关信号通路,其cargo与脊髓损伤病理及修复的关键过程(包括神经炎症、髓鞘周转、轴突导向与瘢痕形成)密切相关。这类囊泡并非引入全新的生物学功能,而是增强或重定向胶质细胞在损伤后已启动的内在再生与免疫调节反应。同时,由于胞外囊泡cargo强烈依赖于亲代细胞的活化状态,胶质胞外囊泡也可能产生有害效应,因此需进行细胞类型特异性与背景依赖性的评估。
胶质细胞来源胞外囊泡在脊髓损伤中的应用
星形胶质细胞来源胞外囊泡
星形胶质细胞是哺乳动物中枢神经系统中含量最丰富的胶质细胞,参与构成并维持血-脑屏障、调节血流、提供代谢支持、回收神经递质、调控免疫信号与突触传递,保障神经网络稳定性与效率。脊髓损伤后,星形胶质细胞发生反应性变化,表现为肥大与胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)上调,形成胶质瘢痕以隔离损伤区域,但也会抑制轴突再生。此外,星形胶质细胞深度参与脱髓鞘损伤后的髓鞘再生过程,可释放生长因子、细胞因子与趋化因子以促进少突胶质前体细胞(oligodendrocyte precursor cells, OPCs)的增殖与分化,同时也分泌可促进或抑制少突胶质细胞成熟的因子。
近期脊髓损伤特异性研究显示,星形胶质细胞来源胞外囊泡(ADEVs)的效应取决于亲代星形胶质细胞的活化状态。静息星形胶质细胞来源的胞外囊泡可减少小胶质细胞活化、降低肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α, TNFα)、白细胞介素6(interleukin 6, IL-6)等促炎细胞因子水平、减轻神经元凋亡、促进轴突生长与少突胶质细胞成熟,伴随生长相关蛋白43(growth associated protein 43, GAP43)、神经丝蛋白200(neurofilament 200, NF200)、髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein, MBP)与髓鞘相关糖蛋白(myelin associated glycoprotein, MAG)表达上调,并诱导小胶质细胞向抗炎表型转化(CD206上调,诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)/CD86下调),在小鼠创伤性挫伤性脊髓损伤急性期至亚急性期给药后可改善功能恢复。相比之下,反应性星形胶质细胞来源的胞外囊泡会增强小胶质细胞活化、增加神经元凋亡并损害恢复。这种差异与胞外囊泡cargo的差异相关,尤其是反应性ADEVs中富集CCL7等促炎介质。含CCL7的胞外囊泡促进小胶质细胞招募与促炎活化,而敲低CCL7可减少炎症与神经元凋亡,改善脊髓损伤模型的功能结局。除免疫调节外,星形胶质细胞来源胞外囊泡也被证实可直接影响脊髓损伤后的血管修复:在小鼠急性创伤性挫伤性脊髓损伤模型中,A2星形胶质细胞来源的胞外囊泡可促进血-脊髓屏障修复,表现为伊文思蓝渗漏减少及紧密连接蛋白(如闭锁小带蛋白1(zonula occludens 1, ZO-1)、闭锁蛋白(occludin)与闭合蛋白5(claudin-5))表达上调。机制上,这些效应由A2星形胶质细胞来源胞外囊泡中富集的miR-5121介导,该微小核糖核酸可激活血管内皮细胞的自噬,表现为微管相关蛋白1轻链3Ⅱ(microtubule associated protein 1 light chain 3 Ⅱ, LC3-Ⅱ)与Beclin-1表达升高;抑制miR-5121可消除上述保护作用,证实胞外囊泡cargo在调控内皮功能与屏障完整性中的因果作用。
在其他中枢神经系统损伤模型中,ADEVs也被证实可促进神经元存活与修复:创伤性脑损伤中,ADEVs可减少神经炎症、促进少突胶质前体细胞的分化与迁移,支持白质修复;脑出血模型中,缺氧星形胶质细胞来源的ADEVs通过miR-27a-3p/Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)通路改善血-脑屏障完整性;含Fibulin-2的ADEVs通过转化生长因子β(transforming growth factor β, TGF-β)信号通路促进突触发生。通过增强突触形成,ADEVs可能减轻神经元连接丢失,支持功能性神经环路的重建,从而改善脊髓损伤患者的运动与感觉结局。此外,ADEVs相关微小核糖核酸如miR-138、miR-29a与miR-143-3p可调控核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)/NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)等炎症通路及内皮活化。ADEVs携带脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)及靶向自噬的微小核糖核酸(如miR-92b-3p),可能保护脊髓神经元并支持轴突生长与可塑性。但这些发现均来自非脊髓损伤模型,外推至脊髓损伤时需谨慎解读。
ADEVs已知携带热休克蛋白(heat shock proteins, HSPs)与载脂蛋白E(apolipoprotein E, ApoE)等神经保护蛋白,可支持突触完整性与神经元存活。此外,ADEVs通过携带血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)与成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2, FGF-2)等血管生成因子影响血管重塑,增强内皮细胞增殖与迁移以修复受损血管,这对脑损伤后维持神经元健康与恢复至关重要。然而,胞外囊泡分离前星形胶质细胞的培养状态是决定ADEVs疗效的关键因素:与静息星形胶质细胞相比,反应性星形胶质细胞来源的ADEVs在尺寸、蛋白组成与cargo上均存在差异,其含有的生物活性物质谱也不同。反应性ADEVs因囊泡表面富集特定蛋白而被神经元摄取的效率高于非活化星形胶质细胞来源的ADEVs,但会产生有害效应,包括减少神经突生长、损害分支形成及改变神经元电生理特性。在脊髓损伤背景下,这提示星形胶质细胞来源胞外囊泡既可促进修复也可加重损伤,具体取决于星形胶质细胞的活化状态与cargo组成。
综上,上述发现表明星形胶质细胞来源胞外囊泡在脊髓损伤后可发挥阶段特异性效应。急性期,ADEVs在稳定血-脊髓屏障与限制早期炎症反应方面尤为重要,其对内皮完整性与细胞因子的调节作用已得到证实。亚急性期,ADEVs通过调控小胶质细胞活化、促进少突胶质细胞成熟与支持轴突生长参与塑造损伤微环境。然而,这些效应高度依赖于亲代星形胶质细胞的活化状态,因为反应性星形胶质细胞来源的胞外囊泡可加剧炎症与神经元损伤。因此,ADEVs在脊髓损伤中的治疗应用可能需要精确控制星形胶质细胞的活化状态与给药时机,以最大化有益效应并避免有害信号。
小胶质细胞来源胞外囊泡
小胶质细胞作为中枢神经系统的免疫哨兵,起源于红系髓系前体细胞,在中枢神经系统中呈不均匀分布,在神经发育过程中发挥重要作用,包括神经前体细胞增殖、分化、突触发生与神经元存活。其缺失可对神经元完整性产生负面影响,凸显了其在维持神经健康中的重要性。脊髓损伤后,小胶质细胞发生反应性变化,改变形态与行为以应对损伤:急性轻度损伤时伸出突起保护损伤部位,损伤范围较大时则变为变形虫样形态。小胶质细胞通过吞噬髓鞘碎片、分泌再生因子及调节细胞外基质(extracellular matrix, ECM)在髓鞘再生中发挥关键作用。CX3C趋化因子受体1(CX3C chemokine receptor 1, CX3CR1)与视黄醇X受体γ(retinoid X receptor γ, RXR-γ)等受体对髓鞘碎片清除至关重要,其缺陷会导致清除障碍。小胶质细胞分泌多种促再生因子,包括胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1, IGF1)、成纤维细胞生长因子2(FGF2)等生长因子,白细胞介素1β(interleukin 1β, IL-1β)、IL-4等细胞因子,以及C-X-C基序趋化因子12(C-X-C motif chemokine 12, CXCL12)等趋化因子,调控少突胶质前体细胞的增殖与分化。
与ADEVs类似,近期脊髓损伤特异性研究表明小胶质细胞来源胞外囊泡(MGEVs)具有双重效应。抗炎或M2样小胶质细胞来源的胞外囊泡可在脊髓损伤后促进神经元存活、减少凋亡并改善功能恢复。例如,在小鼠挫伤性脊髓损伤后连续3天注射携带miR-151-3p的MGEVs,可通过调控p53/p21/周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1, CDK1)信号通路减轻神经元凋亡,从而支持轴突再生并改善神经功能结局。此外,在大鼠急性挫伤性脊髓损伤模型中,全身注射MGEVs可通过降低活性氧水平与下调烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(NADPH oxidase 2, NOX2)表达减少氧化应激,促进内皮细胞存活并支持血管完整性。除直接神经保护外,MGEVs还参与损伤脊髓内的细胞间串扰:在小鼠急性挤压性脊髓损伤模型中,M2小胶质细胞来源的胞外囊泡可抑制A1星形胶质细胞活化,从而减少神经毒性星形胶质细胞反应,营造更有利于再生的微环境。在转化研究中,将M2来源的MGEVs整合入导电水凝胶中,可在大鼠急性横断性创伤性脊髓损伤模型中增强神经干细胞增殖、轴突再生与功能恢复,凸显其治疗潜力。
在其他中枢神经系统疾病中,MGEVs也被证实可产生有害与保护双重效应。卒中模型中,M2小胶质细胞来源胞外囊泡通过微小核糖核酸介导的通路促进白质修复与血管生成;而在神经退行性疾病中,MGEVs既可通过传递毒性蛋白与促炎信号传播病理改变,也可根据cargo组成发挥神经保护作用。与ADEVs类似,MGEVs携带的蛋白质、脂质与核酸反映亲代小胶质细胞的活化状态:促炎小胶质细胞释放的胞外囊泡含有IL-1β与TNF-α等细胞因子,可传播炎症信号;而稳态或抗炎小胶质细胞来源的胞外囊泡则携带TGF-β等调节分子。同样,胞外囊泡可转运特定微小核糖核酸以调控受体细胞的基因表达。一项研究探索了不同活化状态下MGEVs的分子谱:脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)活化的小胶质细胞来源的胞外囊泡可诱导静息应答小胶质细胞发生促炎转录组改变;炎性小胶质细胞来源的胞外囊泡携带miR-146a-5p,可下调突触前突触结合蛋白1(synaptotagmin1, Syt1)与突触后神经粘连蛋白1(neuroligin1, Nlg1),导致大鼠原代神经元树突棘密度与突触稳定性下降;相比之下,非活化小胶质细胞来源的胞外囊泡携带miR-140-5p,可显著降低小胶质细胞活化与促炎细胞因子分泌。但这些发现均来自非脊髓损伤模型,外推至脊髓损伤时需谨慎解读。
总体而言,MGEVs的治疗潜力受小胶质细胞活化状态的显著影响。有益结局通常与神经保护或抗炎状态下的小胶质细胞来源的胞外囊泡相关,而促炎小胶质细胞来源的胞外囊泡往往加重损伤与炎症。因此,有效利用MGEVs作为治疗工具的关键在于:首先在收获并应用胞外囊泡前,通过工程化或调控手段获得具有修复与抗炎特性的小胶质细胞状态,并确定损伤后的合适给药时间窗。急性期,MGEVs主要通过促炎信号传导与增加神经元凋亡传播神经炎症并参与继发性损伤;而在亚急性期,修复性小胶质细胞状态下的MGEVs通过促进少突胶质发生、减少氧化应激与增强神经元存活支持恢复。这些效应与其分子cargo(包括调控炎症与凋亡通路的微小核糖核酸)密切相关。因此,治疗策略需要时间控制,旨在损伤早期限制有害的胞外囊泡信号,在后期阶段增强修复性胞外囊泡介导的通讯。
少突胶质细胞来源胞外囊泡
少突胶质细胞是中枢神经系统中主要的髓鞘形成细胞,伸出数个突起包裹轴突形成髓鞘,各髓鞘之间形成郎飞结,使电信号以跳跃式传导的方式沿轴突快速传递至突触。与施万细胞不同,单个少突胶质细胞可为多条轴突节段髓鞘化,可作用于同一轴突或多条不同神经元的轴突。脊髓损伤后,少突胶质细胞对继发性损伤过程(包括兴奋性毒性、氧化应激与炎症)高度易感,导致脱髓鞘与轴突传导障碍。少突胶质细胞及其前体细胞(OPCs)对脊髓损伤后的髓鞘再生至关重要,髓鞘再生过程包括OPCs活化、增殖、迁移至损伤部位并分化为成熟少突胶质细胞以重建髓鞘。除髓鞘再生作用外,OPCs还通过调控炎症、与其他胶质细胞相互作用、影响瘢痕形成与组织重塑参与损伤反应。
与星形胶质细胞和小胶质细胞来源胞外囊泡相比,少突胶质细胞来源胞外囊泡(ODEVs)或OPC来源胞外囊泡在创伤性脊髓损伤中的直接证据仍然有限,目前的认识主要基于少突胶质细胞-神经元通讯研究及脱髓鞘疾病模型的间接证据。ODEVs是轴突-胶质细胞通讯的成熟介质,可通过传递蛋白质、脂质与代谢酶支持神经元功能,已被证实可增强神经元应激抗性与代谢活性,使神经元更好地耐受氧化应激或营养剥夺等条件。此外,ODEV cargo可包括SIRT2与神经酰胺合酶2(CerS2)等因子,调控神经元代谢并在应激条件下促进神经元存活,这些发现支持ODEVs参与轴突维持与韧性的概念,而这些过程在脊髓损伤背景下具有重要意义。然而,ODEVs并非均一发挥有益作用,也可能对损伤中枢神经系统产生抑制性信号。少突胶质细胞来源胞外囊泡含有髓鞘碱性蛋白、蛋白脂质蛋白(proteolipid protein, PLP)与2',3'-环核苷酸3'-磷酸二酯酶(2',3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase, CNP)等髓鞘相关蛋白,反映其细胞起源。重要的是,胞外囊泡还可携带髓鞘相关糖蛋白、少突胶质细胞髓鞘糖蛋白与Nogo-A等髓鞘相关抑制分子,这些分子被证实可阻碍中枢神经系统损伤后的轴突再生,通过激活Ras同源家族成员A(Ras homolog family member A, RhoA)等信号通路导致生长锥塌陷并抑制轴突再生。抑制性分子存在于胞外囊泡中提示,少突胶质细胞来源的囊泡可能参与脊髓损伤后非许可性微环境的形成。与此一致,ODEVs对少突胶质细胞生物学本身也具有背景依赖性效应:例如,少突胶质细胞释放的囊泡样结构可通过肌动球蛋白收缩机制抑制少突胶质细胞分化与髓鞘膜形成。此外,在多发性硬化等病理条件下,ODEVs被证实可携带P2X7受体(P2X7 receptor, P2X7R)等促炎成分,与炎症小体活化及细胞因子释放相关。这些发现进一步凸显ODEV功能取决于亲代细胞的生理或病理状态。
在脊髓损伤背景下,OPC来源的胞外囊泡可能优于ODEVs。值得注意的是,多发性硬化模型中使用OPC来源胞外囊泡的治疗可使淋巴细胞谱从Th1向Th2偏移,这一效应在脊髓损伤后同样有益;此外,胞外囊泡治疗组反应性小胶质增生与星形胶质增生减少,但未观察到脱髓鞘程度减轻。遗憾的是,目前对OPC-EVs的内容物了解甚少,仍需未来研究明确其在创伤性脊髓损伤中的功能作用,确定其有益特性是否可用于再生治疗。关于其适用给药窗口,少突胶质细胞与OPC来源胞外囊泡主要与脊髓损伤的亚急性期至慢性期相关,此时髓鞘再生与轴突再生成为关键需求。ODEVs可能通过调控炎症与促进少突胶质细胞分化支持修复,从而增强脱髓鞘轴突的髓鞘再生。相反,少突胶质细胞来源胞外囊泡也可携带Nogo-A等髓鞘相关抑制蛋白,导致生长锥塌陷并限制轴突再生。这种双重作用凸显了少突胶质细胞谱系来源的胞外囊泡介导的信号既可以促进也可以限制恢复,具体取决于胞外囊泡的起源与cargo组成。因此,治疗策略可能需要选择性靶向OPC来源胞外囊泡,或调控少突胶质细胞胞外囊泡cargo,以促进髓鞘再生并最小化抑制性信号。
施万细胞来源胞外囊泡
施万细胞是外周神经系统的关键组成部分,支持轴突生长、髓鞘形成与神经修复。神经损伤后,施万细胞转化为修复表型,表现为髓鞘相关基因下调及营养因子、细胞因子与碎片清除机制上调,该去分化过程由c-Jun等转录因子介导,使施万细胞能够促进轴突再生、引导再生轴突并支持髓鞘再生。鉴于施万细胞在外周神经系统神经再生中的重要贡献,施万细胞移植已被探索作为脊髓损伤的治疗策略,既往文献证实移植施万细胞可在脊髓损伤后增强轴突再生、促进髓鞘再生、调控炎症反应并改善功能恢复,还可通过减少促炎小胶质细胞与巨噬细胞数量减轻促炎反应,发挥神经保护作用。
为探索施万细胞来源胞外囊泡(SCEVs)的治疗效果,研究人员首先在外周神经系统开展研究,证实SCEVs可通过调控细胞骨架动态(包括抑制RhoA信号)促进轴突再生,减少轴突回缩并增强神经突生长。此外,SCEVs被证实支持髓鞘形成、改善功能恢复并增强再生反应,尤其在胞外囊泡分离前对施万细胞进行机械刺激时效应更为显著。除直接神经元效应外,SCEVs还参与调控炎症与血管反应,提示其在塑造再生微环境中具有更广泛的作用。
在脊髓损伤背景下,新近证据显示SCEVs通过靶向关键病理过程发挥多方面治疗作用。值得注意的是,近期研究强调了SCEVs促进血管生成的此前未被充分认识的 role:在大鼠挫伤性创伤性脊髓损伤模型中,SCEVs可被内皮细胞内吞,增强其增殖、迁移与成管能力,机制上由胞外囊泡cargo中传递的整合素β1(integrin-β1)介导,该分子是促血管生成反应所必需的,可增加血管密度并改善脊髓损伤后的功能恢复,这一发现在脊髓损伤后血管破坏与灌注不足是继发性损伤的核心驱动因素且给药时间为伤后30分钟的背景下尤为相关。除血管调控外,SCEVs还被证实可调控胶质与细胞外基质反应:例如,在大鼠挫伤性脊髓损伤模型中,每周3次、持续4周注射SCEVs可上调星形胶质细胞上的Toll样受体2(Toll-like receptor 2),减少硫酸软骨素蛋白聚糖(chondroitin sulfate proteoglycans, CSPGs)沉积并减轻胶质瘢痕形成;同样,在伤后最多4周内系统性给予SCEVs,可通过Rho/ROCK通路降低硫酸软骨素蛋白聚糖上的蛋白酪氨酸磷酸酶σ(protein tyrosine phosphatase σ, PTP-σ)活化,从而促进瘢痕组织形成减少并改善运动功能恢复。在细胞内水平,SCEVs影响多条存活与修复通路:激活蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白/核糖体蛋白S6激酶(Akt/mTOR/p70S6K)通路,增强神经可塑性与功能恢复;通过AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)介导的线粒体自噬,减少氧化应激、线粒体功能障碍与坏死性凋亡;在大鼠急性挫伤性脊髓损伤模型中应用负载SCEVs与甲基强的松龙的电纺纳米纤维贴片,可增加M2型巨噬细胞极化并减少神经元凋亡;SCEVs还可通过表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)/Akt/mTOR信号通路诱导自噬,在大鼠急性挫伤性脊髓损伤模型中保护轴突并促进运动功能恢复。
SCEVs作为脊髓损伤的治疗工具极具前景,与细胞移植相比具有稳定性更高、安全性更好、生物利用度更高等优势。其主要适用于脊髓损伤的亚急性期,在此阶段可促进轴突再生、调控抑制性细胞外基质并支持血管重塑。通过减少CSPG沉积、增强自噬与线粒体自噬、将巨噬细胞/小胶质细胞极化向修复表型偏移,SCEVs有助于营造促再生微环境。此外,其对血管生成与神经元存活的效应提示其支持作用可延伸至慢性早期。因此,SCEVs是增强脊髓损伤后再生的有前景的策略,尤其适合在初始炎症阶段后应用,以支持组织修复与功能恢复。
嗅鞘细胞来源胞外囊泡
嗅鞘细胞是存在于嗅神经、嗅黏膜与嗅球小球层的特化胶质细胞,通过引导生长轴突、清除碎片与瘢痕组织、提供部分髓鞘化支持嗅觉神经元的持续再生,同时分泌神经生长因子(nerve growth factor, NGF)、BDNF、胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)与睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)等神经营养因子,以及以TGF-β2为主的细胞因子,以限制炎症、介导碎片清除并增强神经元生长与存活。由于其调控炎症、促进轴突再生与减少瘢痕组织的能力,嗅鞘细胞在神经再生领域(尤其是中枢神经系统内)被广泛研究。自体嗅鞘细胞移植治疗脊髓损伤已在动物模型中显示出急性和延迟/慢性病变的神经再生作用,小规模人体试验中,嗅球与嗅黏膜来源的嗅鞘细胞自体移植均报道可使美国脊髓损伤协会损伤量表评为完全性损伤的个体获得部分功能改善。
脊髓损伤中的直接证据主要来自一项研究,证实嗅鞘细胞来源胞外囊泡(OECEVs)在啮齿类创伤性脊髓损伤模型中的免疫调节作用:在该研究中,OECEVs被小胶质细胞与巨噬细胞吞噬,导致NF-κB与c-Jun等促炎信号通路受抑,促进向抗炎表型偏移,最终减少神经炎症并改善脊髓损伤后的功能恢复。
目前关于OECEVs的认识主要基于外周神经与体外模型的间接证据:体外实验中,OECEVs以剂量依赖方式刺激背根神经节细胞的轴突生长,其效力依赖于胞外囊泡的结构完整性;体内实验中,整合入神经导管的OECEVs可显著增加大鼠外周神经损伤模型中的轴突再生、再生轴突髓鞘形成与功能性神经恢复;人黏膜来源OECEVs的研究显示其可通过增强神经前体细胞增殖、减少氧化应激诱导的细胞毒性发挥治疗潜力,提示其在减轻氧化损伤等继发性损伤过程中的作用。
综上,OECEVs似乎可影响脊髓损伤修复的关键过程,包括轴突生长、神经元存活与免疫调节,最可能适用于脊髓损伤的亚急性期,此时炎症调控、轴突生长促进与神经元存活支持对恢复至关重要。通过推动巨噬细胞/小胶质细胞极化向抗炎表型转变并增强神经突生长,OECEVs可能有助于限制继发性损伤并促进再生。其减少氧化应激与支持神经前体细胞活力的能力进一步提示其在稳定损伤微环境中的潜在作用。然而,鉴于脊髓损伤特异性研究数量有限,解读上述效应时应持谨慎态度,仍需进一步研究明确其最佳给药时机与脊髓损伤中的治疗应用。
室管膜细胞来源胞外囊泡
室管膜细胞是衬于脊髓中央管与脑室系统的特化胶质细胞,参与脑脊液稳态维持并形成支持中枢神经系统稳定与保护的屏障。脊髓损伤后,室管膜细胞发生反应性变化,包括增殖与多向分化潜能,提示其具有潜在的干/祖细胞样能力。脊髓室管膜细胞已被证实可通过胶质谱系及有限程度的神经元谱系分化参与损伤反应,有趣的是,室管膜细胞在成年后仍保留发育相关转录因子(如MSX1、ARX与FOXA2)的表达,提示其在整个生命周期中保留可塑性。
与室管膜细胞在脊髓损伤后的明确细胞反应相比,脊髓室管膜细胞来源胞外囊泡(ECEVs)的证据极为有限,目前的认知主要源于脑脊液来源或脉络丛来源胞外囊泡的研究,而非脊髓室管膜细胞本身。脉络丛上皮来源的胞外囊泡含有miR-146a与miR-155等促炎微小核糖核酸,释放至脑脊液中与星形胶质细胞、小胶质细胞等中枢神经系统驻留细胞通讯。尽管这些发现提示脑脊液区室内的胞外囊泡介导的信号传导可能影响神经炎症反应,但其与脊髓损伤中脊髓室管膜细胞的直接相关性仍不明确。重要的是,物种特异性差异进一步增加了转化难度:人类脊髓室管膜区会发生年龄相关的结构改变,增殖能力下降,部分被星形胶质细胞与血管周围细胞群取代。因此,室管膜细胞来源胞外囊泡是否对人类脊髓修复具有实际意义仍不确定,仍需进一步研究明确ECEVs是直接参与脊髓修复,还是主要反映损伤后的广泛脑脊液介导的信号传导过程。
根据现有有限认识,ECEVs可能与脊髓损伤的急性期至亚急性期最为相关,在此期间其可影响脑脊液内的炎症信号传导并调控早期损伤微环境。鉴于室管膜细胞在损伤诱导增殖与潜在谱系可塑性中的作用,ECEVs可能参与塑造修复过程的细胞间通讯,包括胶质增生与组织重塑。
卫星胶质细胞来源胞外囊泡
卫星胶质细胞是感觉神经节中的主要胶质细胞,紧密包绕神经元胞体并调控局部微环境。除结构作用外,卫星胶质细胞具有类免疫特性,包括细胞因子释放、吞噬作用与抗原呈递。神经损伤后,卫星胶质细胞发生显著的形态与功能改变,如GFAP上调、缝隙连接偶联增强及促炎介质产生,这些变化导致神经元兴奋性升高,并与神经病理性疼痛及中枢敏化密切相关。
卫星胶质细胞在脊髓损伤中的作用证据主要为间接性,通过其对外周感觉神经节-脊髓信号传导与神经炎症通路的影响介导。背根神经节中卫星胶质细胞的活化被证实可促进促炎信号级联,这些信号可延伸至脊髓,参与小胶质细胞活化与持续性疼痛状态的形成。
卫星胶质细胞来源胞外囊泡(SGCEVs)已在生理与炎症条件下得到表征,但其在脊髓损伤修复中的作用仍不明确。蛋白质组学分析显示,炎症活化会改变SGCEV的cargo组成,特异性改变组蛋白H2B、泛素-60S核糖体、肌球蛋白9与延伸因子1α等分子的表达,这些分子调控炎症、细胞骨架活性、蛋白质折叠与应激反应。
SGCEVs最可能与脊髓损伤的急性期相关,此时外周与中枢炎症信号传导参与神经病理性疼痛与继发性损伤的发生发展。通过调控神经元兴奋性与细胞因子信号,SGCEVs可能影响早期神经炎症反应与疼痛敏化。然而,现有证据表明SGCEVs主要参与促伤害感受与促炎过程,其在脊髓损伤后再生中的作用仍不明确。因此,靶向SGCEVs的治疗策略可能侧重于限制其有害效应,而非直接促进修复。
脊髓损伤中胶质细胞来源胞外囊泡的效应与靶点
如前所述,胶质胞外囊泡通过多种背景依赖性机制影响脊髓损伤病理过程,这些机制由其细胞起源、活化状态与释放