综述：神经退行性疾病中的细胞外囊泡：诊断和治疗的新前沿

《Behavioural Brain Research》：Extracellular Vesicles in Neurodegenerative Diseases: A New Frontier in Diagnosis and Therapy

　　

摘要

神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和亨廷顿病，是一类进行性的神经系统疾病，其特征是神经元逐渐损伤、错误折叠的蛋白质积累以及有效的治疗选择有限。近年来，大量证据强调了细胞外囊泡（EVs）在这些疾病的发生和发展中的重要作用。这些囊泡是由几乎所有细胞类型分泌的膜结合纳米结构，通过传递蛋白质、脂质和核酸等分子在细胞间通讯中发挥作用。在神经退行性疾病中，EVs可以促进与疾病相关的蛋白质（如淀粉样蛋白-β、tau蛋白、α-突触核蛋白、突变型亨廷顿蛋白、SOD1和TDP-43）的运输和扩散，从而促进病理过程在神经系统不同部位的传播。另一方面，这些囊泡能够穿越血脑屏障并反映中枢神经系统中发生的分子变化，使它们成为开发微创生物标志物的有价值候选者。本文综述了EVs的生物发生、分类、分离方法及其分子组成，并分析了它们在最重要的神经退行性疾病的发病机制、诊断和治疗中的作用。同时，还讨论了与EVs相关的蛋白质、RNA和脂质作为新兴诊断生物标志物的重要性，以及天然和工程化囊泡作为药物递送系统及调节神经炎症和神经退行性过程的治疗潜力。

引言

神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）、亨廷顿病（HD）和多发性硬化症（MS）的进行性形式，是影响神经系统最严重的疾病之一[1]。尽管经过数十年的广泛研究和持续努力来理解这些疾病的机制并开发有效的治疗方法，但目前仍没有明确且有效的治疗方法，现有的治疗方案主要只能部分缓解症状或有限地减缓疾病进展。神经退行性疾病的早期诊断仍然是一个重要挑战；因为这些疾病的初始临床表现通常很微妙、不具体且难以识别，同时缺乏准确、可靠且易于获取的生物标志物用于早期诊断。因此，许多患者在大量神经元已经受损和丢失、神经系统损伤变得难以逆转时才被识别和诊断。这种诊断延误不仅对个人健康和生活质量产生重大影响，也给患者、家庭和卫生系统带来了沉重的社会和经济负担[2]。

许多神经退行性疾病的共同特征是在神经系统的不同部位异常积累特定于疾病的蛋白质。这些蛋白质包括AD中的淀粉样蛋白β（Aβ）和tau蛋白、PD中的α-突触核蛋白（α-Syn）、HD中的亨廷顿蛋白、朊病毒疾病中的错误折叠的朊病毒蛋白（PrP），以及ALS中的SOD1、TDP-43和FUS等蛋白质。这些蛋白质容易发生错误折叠和聚集，形成寡聚体、纤维和更大的蛋白质聚集体，沉积在细胞质、细胞核或细胞外空间[3][4]。这些蛋白质聚集体的分布模式通常与每种疾病的临床特征和受影响区域相关。例如，在AD中，海马区和皮质主要受到影响；在PD中，黑质纹状体通路受到影响；在ALS中，与运动神经元相关的回路受到影响[5]。该领域的一个重要发现是，错误折叠的蛋白质可以沿着特定的神经解剖通路扩散，导致疾病病理的逐步进展。这些观察结果提出了某些神经退行性疾病中“类朊病毒”机制的概念，即病理蛋白质能够诱导相邻或连接细胞中的正常蛋白质发生错误折叠和转化[6]。

随着这一观点的发展，研究人员越来越关注细胞外囊泡（EVs）作为病理因子传递的潜在介质以及与神经退行性变化相关的分子变化反映者的作用。EVs是由几乎所有细胞类型（包括神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞、内皮细胞和浸润神经组织的免疫细胞）释放的小型膜包裹颗粒[7]。这些囊泡包括多种亚型，如外泌体和小囊泡，携带多种蛋白质、脂质和核酸，这些成分在很大程度上反映了来源细胞的生理或病理状态。在脑脊液（CSF）和血液中发现EVs也表明它们能够从脑实质运输到可访问的生物液体中，这一特性突显了它们在研究疾病机制和开发生物标志物方面的潜在重要性[8]。血脑屏障（BBB）是通过调节外周循环和中枢神经系统（CNS）之间的通讯来决定EVs在神经退行性疾病中作用的关键因素。虽然BBB通常限制分子运输，但CNS来源的EVs存在于外周液体中，表明EVs可以穿越这一屏障，成为潜在的微创生物标志物。它们穿越BBB的同时还能保护和递送生物物质，这使EVs成为开发生物标志物和针对CNS疾病的靶向治疗的有希望的平台[9]。

在神经退行性疾病研究中，EVs因其两个关键特性而受到广泛关注。一方面，它们通过细胞间运输缺陷性和错误折叠的蛋白质（如淀粉样蛋白β、tau蛋白、α-突触核蛋白和朊病毒蛋白）在疾病活动的传播和逻辑进展中起作用[10]。另一方面，由于EVs的内容反映了细胞的瞬时状态，因此在CSF或血液中评估它们可以提供一个微创的窗口，深入了解脑病理。这一特性使得EVs成为早期诊断、疾病分期和治疗监测的新型生物标志物的识别手段，相比MRI和PET等传统方法（这些方法非常昂贵、耗时且不适合大规模筛查）具有明显优势。然而，完全采用这项技术面临严重的障碍，因为EV亚型的分类和术语仍在完善中，技术限制也限制了科学家们准确分离EVs的能力。此外，这些囊泡数量或成分变化的精确生物学意义仍不清楚[12]，目前还不清楚它们的主要功能是细胞信号传导还是废物清除[13][14]。最终，研究神经疾病中的EVs的主要目标是阐明它们在病理机制中的作用，并评估其作为诊断和治疗工具的潜力，从而为及时诊断和更有效的干预开辟新的途径。

章节片段

EVs：生物发生、分类和功能

EVs是小型、膜包裹的纳米颗粒，由几乎所有细胞类型分泌到细胞外空间，现在被认为是细胞间通讯的重要且普遍的介质[15]。1946年，Chargaff和West首次提供了血液中存在类似囊泡颗粒的证据；他们识别并描述了具有抗凝特性的血小板来源成分，尽管当时这些结构的生物学意义尚不明确

EVs的分离、鉴定和分子成分

EVs可以从几乎所有的生物液体中提取，包括血液、血浆、血清、唾液、尿液、精液、眼泪、羊水和CSF[52][53]。然而，各种体液成分的差异以及囊泡本身的微小尺寸和固有的异质性使得它们的分离过程复杂化，也阻碍了其在临床应用中的广泛应用[54]。由于囊泡的大小、密度、膜标志物和细胞来源的差异，

神经退行性疾病中的EVs

EVs已成为神经退行性疾病发病机制、诊断和治疗的重要介质。在病理条件下，EVs通过促进错误折叠和聚集的蛋白质（包括淀粉样蛋白-β、tau蛋白、α-突触核蛋白、突变型亨廷顿蛋白、SOD1和TDP-43）的细胞间传递，促进了中枢神经系统内类朊病毒神经毒性机制的传播[100]。EVs在运输中的多种功能

结论

因此，EVs已被认为是神经退行性疾病发病机制、诊断和治疗中的重要且有效的因素。EVs通过介导致病蛋白质和调节分子的细胞间传递，在多种疾病中参与疾病进展和神经炎症的调节。另一方面，这些囊泡在可访问的生物液体中的存在使它们成为开发微创治疗方法的理想候选者

利益冲突声明

所有作者声明在本研究中没有潜在的利益冲突。

资金来源

本研究由INTI国际大学资助。

CRediT作者贡献声明

Baig Mirza：撰写——审稿与编辑，撰写——原始草稿，项目管理。Amir S. Abdul：撰写——原始草稿。Omar Fadaam：撰写——原始草稿。Malathi Hanumanthayya：撰写——原始草稿。Tushar B. Gajjar：撰写——原始草稿。Navin Kumar Tailor：撰写——原始草稿。Sandeep Kumar Shukla：撰写——原始草稿。Suleiman Ibrahim Mohammad：撰写——审稿与编辑，撰写——原始草稿，可视化。Ghaleb Oriquat：撰写——原始草稿。

致谢

本研究由INTI国际大学资助。

Suleiman Ibrahim Mohammad|Asokan Vasudevan|Ghaleb Oriquat|Tushar B. Gajjar|Malathi Hanumanthayya|Sandeep Kumar Shukla|Navin Kumar Tailor|Mirza R. Baig|Omar Fadaam|Amir S. AbdulINTI国际大学研究成员，马来西亚Negeri Sembilan 71800