《Brain Research》：Hypoxic bone marrow mesenchymal stem cell-derived exosomes promote neurovascular repair in ischemic stroke with CXCR4-Associated enhancement
编辑推荐：
•缺氧预适应与CXCR4过表达协同作用，增强骨髓间充质干细胞（BMSC）来源外泌体在缺血性卒中中的神经血管修复功能。•CXCR4富集通过SDF-1/CXCR4轴增强外泌体对缺血半暗带的靶向递送，提高治疗递送效率。•工程化外泌体在大鼠MCAO模型中抑制神经元凋亡，促进血管生成，
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缺氧预适应与CXCR4过表达协同作用，增强骨髓间充质干细胞（BMSC）来源外泌体在缺血性卒中中的神经血管修复功能。
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CXCR4富集通过SDF-1/CXCR4轴增强外泌体对缺血半暗带的靶向递送，提高治疗递送效率。
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工程化外泌体在大鼠MCAO模型中抑制神经元凋亡，促进血管生成，并减轻神经炎症。
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CXCR4修饰的外泌体通过增加侧脑室区（SVZ）相邻区域的DCX+/BrdU+神经祖细胞数量，促进内源性神经发生。
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本研究确立了一种具有临床转化潜力、基于缺氧预处理和基因工程结合的无细胞策略，用于卒中后的恢复。
引言
缺血性卒中是全球各国导致慢性残疾和死亡的主要原因之一，其病理级联反应复杂，包括氧化应激、神经炎症和不可逆的神经元凋亡（Ren et al., (2020) 2025, Zhang et al., 2025, Ma et al., 2025, Zhang et al., 2025, Li et al., 2025）。尽管机械取栓和药物溶栓是目前急性期血管再通最有效的干预手段，但由于治疗窗口狭窄以及再灌注损伤的风险，其在临床应用中的适用范围非常有限（Cui et al., 2025）。因此，迫切需要开发新型治疗策略，不仅能够预防继发性脑损伤，还能在缺血后阶段促进神经功能恢复和血管修复。
骨髓来源的间充质干细胞（BMSCs）因具有强大的免疫调节和旁分泌优势，被认为是具有再生医学应用潜力的移植材料（Stocco et al., 2025）。目前已有研究表明，BMSCs的治疗作用在很大程度上可能通过其细胞外囊泡，即外泌体（Exos）介导（Chen et al., 2025）。外泌体是含有多种生物活性蛋白、脂质和核酸的生物活性载体，能够穿越血脑屏障，从而调节受损脑组织的微环境（Brooks et al., 2024）。例如，先前研究表明，BMSCs来源的外泌体可减轻糖尿病脑出血后的炎症反应并改善脑神经功能（Wang et al., 2024）。BMSCs分泌的外泌体中的KLF4通过上调lncRNA-ZFAS1并与FTO结合抑制Drp1的m6A编辑，从而减轻线粒体损伤，阻止缺血性卒中中的神经元损伤（Wang et al., 2023）。然而，未经修饰的BMSCs来源外泌体的疗效常因靶向性差和表面归巢受体表达不足而大打折扣。
近期研究表明，缺氧预适应是一种增强BMSCs生物学功能的有效技术（Gao et al., 2021）。缺氧预适应模拟缺血微环境，促使外泌体释放具有高度促血管生成和神经保护潜力的物质（Yang et al., 2023）。SDF-1/CXCR4轴是一条经典的趋化因子通路，参与干细胞和祖细胞在缺血组织中的募集和滞留（Yiping et al., 2025）。既往研究已证实，SDF-1在缺血半暗带中表达上调，由此形成趋化梯度，促进CXCR4阳性细胞向损伤区域迁移（Stumm et al., 2002, Zhang et al., 2018）。然而，CXCR4在外泌体介导的组织修复中的作用可能远不止简单的靶向功能。越来越多的证据表明，CXCR4信号可通过PI3K/Akt和ERK等下游级联通路调节血管生成反应、炎症调节和存活通路（Wang et al., 2021, Gao et al., 2015）。此外，BMSCs来源外泌体的治疗效果还受其固有载体成分的影响，包括miRNAs、蛋白和生长因子，这些成分可通过缺氧预适应发生显著改变（Li et al., 2022, Wei et al., 2021）。因此，CXCR4富集可能通过改善缺血生态位靶向和潜在调节受体细胞应答两条途径增强外泌体治疗效果。
在本研究中，我们探讨了CXCR4表达过表达与缺氧预适应联用是否能提高缺血性卒中后BMSCs来源外泌体的治疗效果。我们假设CXCR4富集可能通过SDF-1介导的靶向促进外泌体与缺血微环境的相互作用，同时缺氧诱导的外泌体生物学特性变化可能进一步贡献于神经血管修复。因此，我们在大鼠MCAO模型中评估了工程化外泌体给药后的神经功能恢复、血管生成、凋亡、神经炎症和内源性神经发生情况。
各章节摘要
细胞培养
获取2月龄雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠股骨和胫骨中的骨髓间充质干细胞（rBMSCs）。在无菌环境下提取骨髓，并使用低糖Dulbecco改良鹰培养基（DMEM）进行悬浮处理。采用淋巴细胞分离液以2500 rpm离心30分钟，通过密度梯度离心分离单个核细胞。细胞在补充15%胎牛血清（FBS）和低糖DMEM的培养基中进行培养，同时添加100 U/mL
rBMSCs的表型鉴定及CXCR4表达的调控
采用流式细胞术评估rBMSCs在传代培养扩增过程中的富集和表型特征。新鲜分离的BMMNCs显示CD90（0.20%）和CD29（4.64%）低表达，而CD45高表达（90.20%）。相比之下，传代至P3的rBMSCs培养扩增后，CD90（93.03%）和CD29（92.56%）表达显著增加，同时CD45表达降低（11.97%）（图1A），支持培养过程中间充质细胞群的富集
讨论
缺血性卒中是全球重要的神经系统疾病，其病理生理机制复杂，缺乏长期的有效治疗干预手段（Alejandre-Alcázar et al., 2006）。在本研究中，我们证明来源于rBMSCs的外泌体，尤其是过表达CXCR4的外泌体，能显著改善大鼠MCAO模型的神经功能预后并减轻脑损伤。我们的发现表明，CXCR4在神经保护、
结论
总之，本研究揭示经缺氧预处理并转导CXCR4的BMSC外泌体具有更优的神经保护和再生修复效果。通过过表达CXCR4，这些外泌体可减少梗死体积，减轻神经炎症和凋亡，并促进血管生成和神经发生。这些发现支持了CXCR4富集的缺氧BMSC来源外泌体的治疗潜力，但仍需进一步研究以确认其因果机制和长期
CRediT作者贡献声明
余晓兰：资源、项目管理、资金获取、概念构思。姜晓兰：初稿撰写、调查研究、形式分析、数据整理、概念构思。程云芳：验证、方法学、形式分析。林倩：软件、形式分析。陈超：软件。范梦婷：验证。
伦理审批与参与者知情同意
所有涉及动物的实验操作均按照《美国国立卫生研究院实验动物饲养与使用指南》进行，并获得了所属机构动物护理与使用委员会（IACUC）的批准。本研究方案已接受审查并获得伦理审批编号（LL-202405250001）。所有努力均已尽最大可能减少动物痛苦并降低动物使用数量。
数据与材料可用性
当前研究中生成和分析的数据集可应合理要求向通讯作者索取。试剂和详细方案已在方法部分中描述，以确保可重复性。
资金支持
本研究受国家自然科学基金（福建省）（项目编号：2003J011520）；"十四五"期间福州市临床专科培强培优培育计划（项目编号：20220105）；以及福州市第二医院院内科研基金（项目编号：2022ZY06）资助。
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益关系或个人关系。
余晓兰|姜晓兰|程云芳|林倩|陈超|范梦婷
