Theranostics | 海军医科大学：工程化间充质干细胞衍生的细胞外囊泡---对抗阿尔茨海默病的多功能武器-干细胞&免疫细胞&外泌体&再生医学领域垂直媒体细胞世界

随着人口老龄化的加剧，阿尔茨海默病(AD)患者的数量也在不断增加。根据目前的估计，65岁以上的人中约有11%患有AD, 85岁以上的人中这一比例上升到42%。然而，目前还没有能够减缓或阻止AD进展的有效治疗方法。此外，合成分子组成的AD靶向药物在生物降解、清除、免疫反应和神经毒性方面引起了人们的关注。间充质干细胞来源的细胞外囊泡(MSC-EVs)是重要的细胞间通信介质，由于其生物相容性、多功能性、便于存储、优越的安全性以及运输信使和非编码RNA、蛋白质、脂质、DNA和来自细胞的其他生物活性化合物的能力，在AD治疗方面具有很大的前景。

近日，来自海军医科大学的研究人员在Theranostics杂志发表一篇综述(2023 Feb 5;13(4):1264-1285)，重点介绍了MSC -EV的功能化和工程策略(如预处理、药物加载、表面修饰和人工EV制造)，这些策略可以通过清除异常蛋白积累和实现神经保护和免疫调节等多种治疗效果来改善AD。文章总结了工程化MSC- EV的最新策略，讨论了其在AD治疗种的进展，介绍了相关临床应用的前景和挑战，并得出结论，工程化MSC-EV在AD治疗中显示出巨大的潜力。

阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病，导致高达80%的痴呆病例，其典型特征是记忆丧失、认知障碍、行为异常和日常活动困难。世界卫生组织报告称，全球阿尔茨海默病患者数量接近3500万，每年新增病例1000万。AD的典型病理改变是神经原纤维缠结中β-淀粉样斑块的堆积和Tau蛋白的过度磷酸化。这种病理性蛋白沉积损害大脑皮层和海马神经元，而小胶质细胞和星形胶质细胞在大脑免疫反应过程中释放炎症介质，又可能加剧AD患者的慢性神经炎症。

传统AD治疗依赖于三种胆碱酯酶抑制剂(多奈哌齐、卡巴拉汀和加兰他敏)和一种非竞争性n -甲基- d -天冬氨酸受体2调节剂(美金刚)。近年来，已有两种新的AD治疗药物被开发出来，即低甘露酸钠和Aduhelm。低甘酸钠可提高轻中度AD患者的认知能力，于2019年在中国获批，是首个靶向脑肠轴的AD药物。Aduhelm已获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准，是首个以淀粉样蛋白-β (Aβ)聚集物为靶点的AD药物，但相关治疗效果尚待讨论。

然而，上述药物仅以提高生活质量和延长寿命为目的，而不能预防疾病进展，因此，新的AD治疗策略受到了广泛的关注。其中一种策略依赖于间充质干细胞(MSCs)，其表现出免疫调节和组织再生能力。临床前研究表明，MSC移植具有良好的治疗效果，如改善海马神经发生和突触活性，抑制神经炎症。然而，基于MSC的治疗受到细胞异质性、免疫反应和肿瘤形成风险的限制，且其作用主要依赖于细胞外囊泡(EV)的分泌，而不是实质脑细胞的替代。值得注意的是，MSC还分泌含有生长因子和细胞因子等生物分子的膜结合EV。外泌体是直径为40-160 nm的纳米级EV，由多种细胞系释放，包括在大脑中发现的细胞系，有助于细胞间通信。由于MSC-EV拥有亲代细胞的治疗潜力，并表现出高穿透血脑屏障(BBB)和低免疫原性的优点，因此在AD的治疗中具有很大的前景。据报道，MSC-EVs可以通过主动转运穿透血脑屏障，可能是通过穿越大脑微血管内皮细胞单层，短暂形成内皮间隙，并靶向特定的受体细胞。大多数研究依赖于AD模型中MSC-EV治疗的治疗结果，而不是研究实际的大脑传输，尽管一些研究人员也直接证明了EV分布。迄今为止，MSC-EV疗法通过减少病理性蛋白积累、缓解神经炎症和氧化应激、保护神经等在许多神经疾病模型中取得了优异的疗效。MSC-EV的进一步功能化也被研究用于提高治疗性能。各种工程技术，包括预处理、药物加载、表面改性和人工EV制造，已被用于提高MSC-EV作为AD治疗的有效性。

此综述对MSC-EV工程的方法学进行了全面的讨论，并对基于MSC-EV的AD治疗结果进行了总结。文章首先综述了MSC-EV的生物起源及其分离纯化方法，随后综述了MSC-EV在AD中的生理功能，如神经元功能恢复、Aβ和Tau蛋白降解等。随后讨论了MSC-EV治疗的最新发展，重点是工程化MSC-EV及其工程化技术。此外，还讨论了天然和生物工程化的MSC-EV在AD治疗中的应用以及MSC-EV作为AD治疗的生物活性纳米载体的优势和未来的挑战，展示了这种治疗的巨大潜力及其多种应用。

图1.工程化MSC-EV的工程化方法、结果以及在AD种的作用

图2.外泌体的生物起源和结构。

表1：EV分离方法概述

表2：天然MSC-EV对AD动物模型的作用

表3：工程化MSC-EV在AD动物模型中的应用

图3. EV工程的策略:(A)对亲本细胞进行预处理以增强固有的处理效果;(B)装载治疗货物;(C)表面修饰;(D)通过自上而下地破坏母细胞膜来制造人

参考文献：

Engineered mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: A state-of-the-art multifunctional weapon against Alzheimer's disease. Theranostics. 2023;13(4):1264-1285. Published 2023 Feb 5. doi:10.7150/thno.81860