脂肪干细胞来源外泌体在周围神经损伤修复中的研究进展

贲新宇，易西南

（海南医学院人体解剖学教研室，海南省热带脑科学研究与转化重点实验室，海南海口571199）

周围神经损伤是常见的神经系统疾病，在所有外伤中占到2.8%左右［1］，创伤相关导致的神经损伤给社会经济带来了很大的负担，给家庭带来了精神压力［2］。尽管周围神经具有自我修复的能力，但很难达到功能上的完全恢复，尤其是较长的神经损伤和近端神经缺损［3］。虽然目前临床上治疗周围神经损伤的方法种类繁多［4，5］，但功能恢复效果不理想［6］，且存在修复材料价格昂贵、风险性大等缺点［7］。近年来，脂肪干细胞（adipose-derived stem cell，ADMSC）外泌体（exosome，Exo）在很多疾病的治疗领域都有较多报道［8，9］。本文将回顾近年来ADMSC 外泌体在周围神经损伤修复中的研究进展，并讨论脂肪干细胞外泌体在神经修复领域的应用策略和前景。

Exo 是指细胞主动向外分泌的富含多种非编码RNA 和蛋白质等物质的脂质膜性囊泡［10］，Exo 所含的RNA 和蛋白质等物质被证实能介导细胞间的信号传导［11］，同时发现在神经损伤修复等病理过程中也起到一定的作用［12］。自从1981 年外泌体的概念被首次提出［13］，外泌体便一直是多种领域的研究热点。Exo 曾被认为是细胞活动中多余的成分，但是随着研究的不断深入，人们发现Exo 在细胞之间传递物质，例如RNA、蛋白质等，外泌体通过这些物质参与多种疾病（如肿瘤、遗传病等）的发生与发展［14，15］。在正常的生理过程中，外泌体发挥着介导细胞通讯的功能［16］。此外，外泌体也可以调节宿主-病原体的相互作用［17］。也有研究表明，由于外泌体表面及内部存在特殊的蛋白［18］或miRNA［19］，并且外泌体可被分泌至血清、脑脊液、尿液、唾液等体液中［20］，这些分子标志物使外泌体在临床中可用于诊断疾病［21］。

自从Zuk［22］等人2001 年首次在自体脂肪组织中提取出脂肪干细胞（adipose stem cells，ADMSCs），对其的相关研究便逐渐成为热点，由于其易于取材且组织中干细胞含量丰富，在多种疾病中都被视为理想的修复细胞来源［23］。已经有大量研究表明，间充质干细胞来源的外泌体能够调节细胞的增值与分化，限制组织与细胞损伤、调节免疫反应并促进组织的再生和细胞修复［24，25］。这些功能使脂肪干细胞外泌体在组织损伤修复的应用中具有巨大的潜力。

1 脂肪干细胞外泌体的优势

1.1 脂肪干细胞及其外泌体

脂肪组织中含有丰富的成体干细胞，具有许多优势，例如易于获取、生长速度快、遗传稳定性高、抗原性低［26，27］，以及强大的增殖能力和多向分化能力。Qian 等［28］使用作用于ADMSCs 的特异性诱导剂后，能够检测到神经元特有的标志性蛋白，说明ADMSCs 具有向神经细胞分化的潜能。此外，细胞贴壁能力强，体外易于培养；营养需求较低，在培养基中生长旺盛［29］。脂肪来源的间充质干细胞不仅具有多能性和可塑性［28］，而且数量丰富，ADMSCs在脂肪中含量约为脂肪细胞的2%，远远高于骨髓中的干细胞1/25 000～1/100 000 的比例［30，31］。此外，在氧含量正常或稍低的环境中，都可以在体外成功地分离到Exo［32，33］。正因ADMSCs 的易获得性和低依赖性，使得其在临床上的应用受到重视。

1.2 脂肪干细胞外泌体的分子特征

随着对外泌体研究的不断深入，人们逐渐发现不同的EXO 具有不同的分子标志物，这些标志物可用于临床疾病的诊断和检测［34，35］。Sonoda 等［36］在建立的大鼠急性肾损伤模型中发现尿外泌体中miR-16、miR-24 和miR-200c 在肾脏损伤状态上升，并且其增加与肾小球髓质中的靶mRNA 减少相关。Zhang分析了ADMSC-EXO 的miRNA 谱，发现了148 种目前已知的miRNA［37］，且脂肪干细胞外泌体的蛋白质组学分析确定了1 466 种蛋白质，参与各种细胞功能［38］。一些学者发现，ADMSC-EXO 和骨髓间充质干细胞来源的外泌体具有高度重叠的miRNA 表达谱，仅在少数转运RNA 上有所不同［24］。

2 脂肪干细胞对在体周围神经修复的效果

大量研究［39，41］表明骨髓间充质干细胞来源的Exo 能够促进神经缺损的修复，改善再生神经纤维的数量和质量。因此，经推测ADMSCs 来源的外泌体或许在神经损伤修复的过程中具有同样的功效。近几年大量有关ADMSCs 的研究发现其外泌体在人体周围神经修复过程中起到积极的作用。Ghoreishian 等［42］从狗的脂肪组织中分离出了未分化的ADMSCs，将未分化ADMSCs 包裹在藻酸盐水凝胶中，成功修复了7 mm 的神经缺损，改善了面神经损伤的情况。Orbay 等［43］将ADMSCs 放在含有多种生长因子的诱导液中培养，其分化出类似于形态类似于雪旺细胞的细胞。并且用ADMSCs 和分化的ADMSCs 移植入用硅胶导管修复的缺损坐骨神经中，术后与硅胶导管处理组相比，大鼠坐骨神经传导速度等神经功能指标均有明显提升。Marconi等［44］通过尾静脉将ADMSCs 注入大鼠体内，以研究其对损伤的坐骨神经的影响，结果发现，与磷酸盐缓冲液（PBS）组相比，坐骨神经功能指数和神经纤维再生的数目显着增加。Allbright 等［45］将ADMSC置于水凝胶中用于受损的坐骨神经，发现了不错的修复情况。Ni 在有关应激性尿失禁的研究中发现，ADMSC-Exos 治疗后的大鼠尿道中的横纹肌纤维和周围神经纤维的密度也高于未处理组［38］。Li 在其实验研究中发现，在大鼠双侧海绵状神经损伤模型中，ADMSC-Exos 治疗可以显着减轻病理变化，包括正常神经解剖结构的扭曲，平滑肌萎缩和胶原蛋白沉积，并改善其勃起功能［46］。

3 脂肪干细胞外泌体神经元保护和突起发生的作用

大量证据表明多种不同类型的Exo 可以促进神经再生［47，48］。例如雪旺细胞来源的外泌体可以促进神经突向外生长［49］。但大多数来源的Exo 可能引起不必要的组织损伤，ADMSC-Exos 在获取过程相对方便且伤害较小，且在神经损伤的修复中有着同样不错的效果［50］。2018 年，Yin 等［51］在实验中发现，在经过ADMSC-Exos 治疗的坐骨神经损伤模型中，神经束内损伤减轻，神经束膜较完整有序，且通过减轻雪旺细胞凋亡、减轻其自噬来促进坐骨神经损伤的修复。2019 年，Ren 等［52］发现miRNA-133b 修饰的脂肪干细胞外泌体可以通过影响与轴突再生相关的信号通路和NF，GAP-43，GFAP 和MBP 的表达，显着促进后脊髓损伤动物神经功能的恢复。Wei 等［53］发现，在人ADMSC-Exo 中存在较多的胰岛素样生长因子和肝细胞生长因子，在诱导神经元损伤后，实验发现ADMSC-Exos 对PC12 细胞的增殖产生了积极的影响，由此表明，ADMSC-Exos 对神经损伤有保护的作用。Summa 等［54］将ADMSCs和纤维蛋白生物导管联合坐骨神经损伤模型，实验结果表明ADMSCs 联合生物导管使轴突再生长度和近端的干细胞移动的距离等方面都优于仅生物导管使用组。这些实验都证实了脂肪干细胞外泌体在神经元的保护和和突起的发生上起着重要的作用。

4 脂肪干细胞外泌体促神经再生的机制

外泌体影响神经再生途径的多种多样，一些研究神经营养因子与外泌体结合来促进神经再生，例如，色素上皮衍因子（PEDF）修饰的ADMSC-Exos可以激活自噬并抑制神经元凋亡，从而减轻脑缺血-再灌注损伤［55］。最近已经证实，ADMSC 外泌体传递外泌体miR-30d-5p 以抑制小胶质细胞的自噬，最终促进小胶质细胞极化为抗炎表型并逆转神经元的损伤［56］。此外，损伤部位神经的血供也是影响神经再生的重要因素，血管网络的重建为周围神经修复过程中的轴突生长提供了可再生的微环境［57，58］。Kang 研究发现，ADMSC-Exos 通过miRNA-31 作用于内皮细胞抗血管生成基因HIF-1，从而使其诱导血管生成［59］。Liang 等［60］发现ADMSCs-Exos 可将miRNA-125a 传递到内皮细胞并减少血管生成抑制剂DLL4 的表达，从而促进受损部位血管新生。另有研究表明，ADMSC 来源的外泌体通过PI3K/AKT 信号通路发挥神经保护作用［53］。

周围神经系统中的神经胶质细胞被称为施万细胞，其起源于背侧神经管的神经嵴细胞，在微环境作用下逐渐分化而成，包裹轴突形成有髓神经纤维髓鞘，在神经的生长发育过程中与轴突密切相关［61］。施万细胞为轴突提供了一层保护鞘，并能分泌神经生长因子、外泌体等促进轴突的延长［62］。且外周神经损伤后的修复很大程度上依赖于施万细胞的增殖和迁移［63］，因此，施万细胞在周围神经损伤修复中起着重要的作用。2019 年，Bucan 等［64］发现ADMSC-Exos 可以刺激施万细胞增殖并增加细胞周期蛋白Ki67 的表达，表明Exos 可以增强背根神经节（DRG）神经元的神经突长度。在这篇文献中Bucan 第一次证明了ADMSC-Exos 中含有多种有利于神经再生的生长因子。同样有研究表明，施万细胞中的miRNA 表达水平在神经损伤后产生了明显的变化，提示施万细胞分泌的携带miRNA 的外泌体可能对神经再生起到了一定的作用［65，66］。脂肪干细胞和施万细胞共培养促进了施万细胞表皮生长因子受体3（EGFR3/ErbB3），神经调节蛋白1（NRG1），早期生长反应蛋白2（Egr2/Krox20）和髓鞘碱基的mRNA 水平、蛋白质（MBP）、ErbB3、NRG1 和Krox20 的蛋白质水平相应增加，从而推动了神经损伤的修复［67］。

5 前景与展望

随着人们对外泌体研究的逐渐加深，人们意识到ADMSC-Exos 的使用可以消除干细胞移植引起的问题，脂肪干细胞外泌体因其易得且量大的优点逐渐在各个领域被人们所接受，在神经再生领域有着广阔的前景。但在神经的损伤修复过程中，对于脂肪干细胞外泌体施予方法、路径、剂量、及安全性等还有待深入研究。对其长期效果及不良作用、副作用还缺少关注。尽管大量实验证据表明，使用间充质干细胞外泌体治疗周围神经损伤是安全有效的，但外泌体在临床上如何广泛应用的问题尚未解决，应用于人类的安全剂量也不得而知［38］，脂肪干细胞外泌体与其他神经修复方式的联合也有待探究。因此需要继续加深对脂肪干细胞的了解，并在临床中进行大量的实验研究。