脑内皮细胞来源外泌体治疗阿尔茨海默病临床前模型疗效的影像学研究

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Imaging the therapeutic effects of cerebral endothelial cell derived exosome treatment of a preclinical model of Alzheimer’s disease

　　

背景：阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)以脑内特定蛋白质过度蓄积为特征，并伴随血管功能改变、胶质淋巴转运、脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)动力学及脑微结构异常。来源于脑内皮细胞的外泌体(cerebral endothelial cell-derived exosomes, CEC-Exo)已被证明可减轻血管功能障碍，这可能对血管周围胶质淋巴清除产生有益影响，并可能改善蛋白聚集体及相应的微结构破坏。方法：研究人员通过磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)评估胶质淋巴转运、CSF运动及微结构完整性，并测量认知表现，研究了CEC-Exo治疗对AD的影响。12月龄TgF344-AD大鼠被随机分组，接受CEC-Exo（1×10¹¹颗粒/次静脉注射）或生理盐水治疗，每周两次，连续四周。所有大鼠于13月龄时进行MRI测量，包括动态三维T1加权成像（含对比剂）和多b值扩散MRI(diffusion MRI, dMRI)。胶质淋巴功能通过示踪剂诱导的时间信号曲线(time signal curve, TSC)评估，微结构状态及CSF运动分别通过高b值dMRI(dMRI_high-b)和低b值dMRI(dMRI_low-b)获得的参数进行评估。认知表现通过Morris水迷宫(Morris water maze, MWM)测试评估。结果：TSC显示，CEC-Exo治疗组嗅球和全脑中的峰值显著高于生理盐水治疗组。CEC-Exo治疗后，在代表性CSF填充空间中观察到MD_low-b（由dMRI_low-b导出的伪随机CSF运动测量指标）显著升高。dMRI_high-b导出参数显示，CEC-Exo治疗导致AD脑白质中轴突水分数、各向异性分数和峰度显著升高，同时白质和灰质中的平均扩散率、轴向扩散率和径向扩散率显著降低。在MWM测试中，CEC-Exo治疗组大鼠在正确象限停留的时间百分比显著高于生理盐水治疗组。结论：CEC-Exo治疗保护了AD脑中的胶质淋巴转运、CSF运动及微结构完整性，并伴随认知功能下降的减缓。CEC-Exo疗法具有整体性治疗影响，为AD治疗提供了新策略。研究数据支持dMRI_low-b作为临床可行的影像学工具，用于评估介导血管周围胶质淋巴清除的CSF动力学改变。

**脑内皮细胞来源外泌体治疗阿尔茨海默病临床前模型的研究解读**

**一、研究背景与目的**

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种进行性神经退行性疾病，以脑内特定蛋白质如淀粉样蛋白-β(amyloid-β, Aβ)的过度蓄积为主要特征，这在很大程度上归因于脑内废物清除功能受损。目前针对Aβ沉积及其清除的治疗策略仍缺乏有效手段来遏制由细胞外蛋白聚集体及废物清除障碍所导致的血管与结构破坏。脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)通过在中枢神经系统(central nervous system, CNS)复杂互联空间中的持续流动，在清除神经活动代谢产物中发挥重要作用。其中，胶质淋巴系统(glymphatic system)作为脑内胶质细胞依赖的血管周围通道网络，介导CSF经动脉周围间隙进入脑实质、与间质液(interstitial fluid, ISF)混合并经静脉周围间隙排出的过程，该转运功能受到蛛网膜下腔(subarachnoid space, SAS)中CSF运动的重要影响。AD中已广泛观察到胶质淋巴转运功能障碍与CSF动力学异常。外泌体(exosome)作为一种能够穿越血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)的纳米级脂质细胞外囊泡，可介导细胞间通讯，已成为脑疾病治疗的新型载体。研究人员既往研究表明，来源于健康脑内皮细胞的外泌体(cerebral endothelial cell-derived exosomes, CEC-Exo)可显著减轻脑卒中和糖尿病模型中的脑血管损伤及认知缺陷。然而，CEC-Exo治疗能否改善AD脑中的胶质淋巴功能障碍，从而降低有害物质蓄积及其相关的脑微结构退变，此前尚不清楚。本研究旨在通过影像学方法，在AD临床前模型中同时评估CEC-Exo治疗对胶质淋巴转运、CSF运动及脑微结构完整性的影响，并检测认知功能变化。

**二、主要技术方法**

研究人员使用12月龄TgF344-AD大鼠（购自Rat Resource and Research Center，每组10只，雌雄各半）作为AD模型，随机接受CEC-Exo（1×10¹¹颗粒/次静脉注射，每周2次，连续4周）或等量生理盐水治疗。CEC-Exo分离自健康成年F344野生型大鼠（Charles River）脑微血管内皮细胞培养液。采用7T MRI系统进行动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)及多b值扩散MRI(diffusion MRI, dMRI)扫描，分别评估胶质淋巴转运、CSF运动与微结构完整性；以Morris水迷宫(Morris water maze, MWM)测试评估认知功能。

**三、研究结果**

**3.1 CEC-Exo治疗对胶质淋巴转运的影响**

基于DCE-MRI的示踪剂时间信号曲线(time signal curve, TSC)显示，CEC-Exo治疗组嗅球与全脑区域的TSC峰值显著高于生理盐水对照组（嗅球：33.73±5.20 vs. 19.47±3.87, p=0.04；全脑：24.09±3.50 vs. 13.73±2.17, p=0.02），且信号累积与衰减速率增加，表明治疗后AD脑内通过胶质淋巴系统的CSF流量增加，胶质淋巴转运功能增强。

**3.2 CEC-Exo治疗对CSF运动