综述：神经退行性疾病中的外泌体创新：新兴见解与鼻内途径

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Exosomal Innovations in Neurodegenerative Disorders: Emerging Insights and Intranasal Route

　　

摘要神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD) 和多发性硬化症 (MS)，代表着巨大且日益增长的全球健康负担，合计在全球范围内导致数百万伤残调整生命年 (DALYs) 的损失，并严重影响认知、情绪、行为和运动功能。当前的疗法，尤其是小分子药物，面临着血脑屏障 (BBB) 的挑战，导致中枢神经系统 (CNS) 生物利用度低、全身不良反应以及患者依从性不佳，这突显了对新型递送平台的迫切需求。外泌体，一种源自间充质干细胞、神经干细胞和免疫细胞等来源的内源性纳米级细胞外囊泡 (30–150 nm)，由于其低免疫原性、固有的生物相容性、货物多样性（蛋白质、mRNA、miRNA）以及穿越血脑屏障的独特先天能力，已成为极具前景的生物源性药物载体，使其成为合成纳米载体（如脂质体、诺氏体、固体脂质纳米粒子）在靶向中枢神经系统递送方面的优越替代品。本综述全面概述了外泌体的生物学特性及其在 AD、PD 和 MS 中的治疗应用，涵盖分类、分离和表征方法、载药策略以及给药途径（静脉、脑内、鞘内、动脉内和经鼻）的比较分析。综述特别强调了经鼻途径，该途径通过嗅神经和三叉神经提供了一条无创的、直接的鼻 - 脑通路，有效地绕过血脑屏障，同时最大限度地减少全身暴露。综述还考察了外泌体在血脑屏障功能中的双重治疗作用和病理作用，并强调了 AD、PD 和 MS 的初步临床和早期临床证据。最后，综述概述了在经鼻外泌体疗法能够从有前景的初步候选药物转化为神经退行性疾病的获批疾病修饰治疗之前，必须解决的主要制造、监管和标准化障碍，包括符合 GMP 标准的规模化生产、一致的基于粒子的剂量基准以及大型安慰剂对照试验。

引言随着公共卫生条件的改善以及环境和生活方式的改变导致预期寿命的延长，慢性病已成为全球发病率的主要原因。其中，阿尔茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD)、多发性硬化症 (MS) 等神经退行性疾病，在全球范围内需要长期的三级治疗[1]。这些慢性疾病对全球人民构成了巨大的社会经济负担，并影响行为、情绪、心理健康、运动技能和认知 [2]。

根据 2021 年全球疾病负担 (GBD) 研究，神经退行性和脱髓鞘疾病是全球疾病负担的重要且日益增长的贡献者。2021 年，阿尔茨海默病和其他痴呆症 (ADOD) 在全球范围内估计导致了 3633 万伤残调整生命年 (DALYs) 的损失，同时伴有 984 万新发病例和 195 万死亡人数，自 1990 年以来，由于人口老龄化和增长，DALY 数量稳步上升 [3]。帕金森病 (PD) 在 2021 年贡献了 747.2 万 DALYs，自 1990 年以来增长了 161.8%，同时伴有 1176.7 万患病病例和 38.8 万死亡人数，年龄标准化 DALY 率约为每 10 万人 89.59 例 [4]。相比之下，多发性硬化症 (MS) 造成的全球负担相对较小，2021 年记录在 20–54 岁成人中约有 512,986 个 DALYs，反映了自 1990 年以来 43.22% 的增长，同时伴有该年龄组的 51,904 例新发病例和 4,738 例死亡 [5]。总的来说，这些数据强调了与帕金森病和多发性硬化症相比，痴呆相关疾病的负担不成比例且在上升，仅 ADOD 一项就占估计的 GBD 2016 全球神经疾病 DALYs 总数的约 10%[6]。正如图 1 中所述，人口迅速老龄化增加了神经退行性疾病负担大幅上升的可能性。预计到 2050 年，阿尔茨海默病在全球范围内将影响约 1.06 亿人，如 图 2 中所述，帕金森病将影响约 3000 万人，如 图 3 中所述。这些令人担忧的预测突显了对创新治疗策略的迫切需求，这些策略将能够改善靶向脑部递送和长期疾病管理。 [7], [8]

尽管临床迫切需要更有效的疗法，但基本的生物学屏障严重阻碍了这些复杂疾病的治疗。血脑屏障 (BBB) 由内皮细胞和复杂的紧密连接形成，是一个主要障碍，阻挡了约 98% 的小分子和几乎所有的大分子 [9]。除了这一挑战外，许多当前治疗的不利药代动力学特征和缺乏靶向特异性导致中枢神经系统 (CNS) 生物利用度低，需要更高的全身剂量[9], [10]。由于这些原因，患者经常经历镇静和锥体外系症状等不良反应，这损害了依从性和临床结果 [11], [12]。

细胞外囊泡 (EVs) 是由细胞自然释放的异质性脂质双层包裹颗粒，通过转移蛋白质、脂质和核酸参与细胞间通讯。根据国际细胞外囊泡学会 (ISEV) 提出的 2018 年细胞外囊泡研究最低信息标准 (MISEV2018) 指南，外泌体是 EVs 的一种特定亚型。它们的大小范围为 30–150 nm，是在多泡体与质膜融合后通过内体途径释放的。它们携带多种生物活性货物，包括蛋白质、脂质、信使 RNA (mRNA)、microRNA (miRNA) 和 DNA 片段，从而促进细胞间通讯并调节各种生理和病理过程[13], [14]。由于它们具有低免疫原性和穿越血脑屏障的先天能力，外泌体已成为一种有前景的天然纳米载体，有助于解决这些问题 [15], [16]。然而，全身途径给药仍然是一个挑战[17]。而经鼻途径提供了一种无创的通过嗅神经和三叉神经通路进行直接鼻 - 脑递送的方法，有效地绕过血脑屏障并减少全身暴露 [18], [19]。外泌体介导的递送与经鼻给药的协同组合代表了中枢神经系统治疗模式的转变[17], [20], [21]

本文提供了基于外泌体的神经退行性疾病治疗策略的系统且全面的概述，重点关注经鼻途径。通过汇集分子神经科学和新型药物递送系统的证据，本综述为经鼻途径的神经治疗外泌体通过革新中枢神经系统治疗所带来的变革潜力提供了结构化的视角。

本综述首先定义外泌体的分类并强调其相对于合成载体的优势。随后涵盖外泌体的分离、表征和载药，接着分析外泌体给药途径的比较及其对中枢神经系统递送参数的影响。接下来，讨论外泌体对血脑屏障功能的治疗和病理影响、其递送系统以及在神经退行性疾病中的应用。文章最后总结与经鼻外泌体递送相关的挑战和障碍，并对未来方向提供了展望。

章节摘要

外泌体的分类

欣赏外泌体治疗潜力的一个步骤是了解外泌体的来源及其来源如何塑造其功能。如图 4 所示的外泌体分类突出了外泌体的不同来源，包括细胞来源，如间充质干细胞 (MSCs)、免疫细胞、肿瘤细胞、神经细胞、心脏细胞和上皮细胞，以及体液（如血液、脑脊液 (CSF) 和尿液）和工程化来源

新型生物纳米载体的优势

在各种 EVs 中，外泌体是定义明确的、源自内体的群体，富含特征性四跨膜蛋白（如 CD9、CD63、CD81），这支持了它们的身份认定并符合 MISEV2018 报告标准[13], [53]。与其他 EV 亚型如微囊泡或凋亡小体相比，外泌体通常表现出更窄的尺寸分布、更均匀的膜成分和更一致的货物谱，这增强了可重复性，简化了表征，并

外泌体的分离、表征与载药

基于外泌体的疗法的疗效在很大程度上依赖于其分离、表征及后期载药所采用的方案。技术流程控制着纳米载体最终的产量、纯度和功能性，所有这些都是临床可扩展性和监管批准的关键[70], [71]。

中枢神经系统疾病对先进药物递送的需求

虽然初步研究探索了外泌体递送的多种途径，但肠外给药，如静脉注射 (IV) 和腹腔注射 (IP)，在实现有效脑部靶向方面存在重大障碍[55]。

全身递送的一个主要缺点是外泌体被外周器官迅速且广泛地截留。全身途径在将外泌体递送到脑实质方面始终表现出效率低下，导致浓度不足 血脑屏障功能的治疗性和病理性影响

外泌体既能保护也能损伤血脑屏障，这取决于其来源和货物。在生理或保护性环境中，来自干细胞或健康血清的外泌体被脑微血管内皮细胞摄取，并增加紧密连接蛋白，如闭锁蛋白 -5、闭合蛋白和 ZO-1 蛋白，因此血脑屏障泄漏性降低，更能阻挡有害分子[115]。这些保护性外泌体通常携带减少基质金属蛋白酶 -9 的 miRNA 和蛋白质 外泌体递送系统及其在神经退行性疾病中的应用

经鼻外泌体递送提供了一种强有力的方法，利用嗅神经和三叉神经通路将治疗药物送入大脑，这些通路自然地将鼻腔与中枢神经系统连接起来，同时在很大程度上绕过血脑屏障[120]。如图 5 所示，当外泌体经鼻给药时，它们首先接触嗅上皮和呼吸黏膜，在那里它们通过内吞作用被嗅感觉神经元、支持细胞和三叉神经末梢摄取，

与经鼻外泌体递送相关的挑战和障碍

经鼻外泌体疗法的临床转化之所以困难，主要是因为监管机构和临床医生需要证明产品具有一致性、安全性且真正有效，而目前研究人员仍然无法保证规模化生产[21], [159]。首先，制造和质量控制是主要瓶颈：很难生产出具有相同尺寸、货物、效力和纯度的大型 GMP 级批次外泌体，因此像 FDA 和 EMA 这样的机构难以将其定义为可重复的 结论与未来展望

使用经鼻途径的外泌体疗法现在有足够的初步临床证据，被视为治疗神经退行性疾病的严肃、基于生物学的选项，而不仅仅是一种实验性的好奇。与静脉给药相比，鼻 - 脑途径提供了更高的脑 - 外周比率以及更低的肝脏和脾脏暴露，支持了经鼻外泌体作为一种独特的治疗平台的功能，该平台可以递送复杂的、细胞来源的 CRediT 作者贡献声明

曼加尔·纳加森卡尔：写作 – 审查与编辑，验证，监督，概念化。沙洛姆·萨特：写作 – 初稿，可视化，软件。斯鲁希蒂·希里什·阿格尼霍特里：写作 – 初稿，可视化，软件。拉贾什里·什雷拉姆·希尔莱卡尔?；：写作 – 审查与编辑，验证，监督，概念化

关于生成式 AI 和 AI 辅助技术在稿件准备过程中的声明

在准备本综述文章期间，作者利用 Perplexity、Research Rabbit 和 Scite.ai 等研究支持工具协助文献探索、组织和引用验证，并促进校对。所有信息均经过彻底的人工审查、验证和完善，以确保稿件的原创性、科学准确性和完整性。作者对文章的最终稿件承担全部责任。

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本报告中的工作。

? 本综述工作未收到来自公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定拨款。

致谢

作者衷心感谢 Sanjana Kadam 女士和 Daksh Gupta 先生在准备本综述文章中包含的图表设计和设计方面提供的宝贵协助和指导。他们的贡献显著增强了稿件的视觉呈现。

拉贾什里·希尔莱卡尔|斯鲁希蒂·阿格尼霍特里|沙洛姆·萨特|曼加尔·纳加森卡尔

印度马哈拉施特拉邦孟买 400074 号 HAMC 维韦卡南教育学会药学院