*仅供医学专业人士阅读参考
中风是一种常见的危及生命的事件，可能导致患者死亡或严重丧失行为能力。急性缺血性脑卒中是中风的主要类型之一。血流阻塞引起的过度能量消耗和再灌注引起的氧化应激在脑组织中形成复杂的疾病微环境，最终导致脑组织坏死。为了获得理想的效果，关键是改善炎症微环境和促进神经再生。干细胞可诱导大脑重构反应。外泌体（EXO）由于其丰富的含量，在干细胞中做出了重要贡献。越来越多的证据表明，外泌体可以作为潜在的生物纳米制剂。浙江大学药学院高建青教授团队提出了对神经干细胞（NSCs）的低氧预处理，它可以产生低氧的外泌体（H-EXO），以有效地调解缺血性脑卒中（图1），这可能是一种很有前途的临床神经恢复策略。
相关工作以《Biologicalnanoagentproducedbyhypoxicpreconditioningstemcellforstroketreatment》为题于2023年2月27日发表在《NanoRes.》上。
图1实验设计思路图
通过透射电镜检测EXO和H-EXO的形态和形貌，它们都是在100nm左右的带负电荷的囊泡。将NSCs裂解液与外泌体进行比较，发现外泌体标记物CD9和CD63的富集，证实了外泌体的成功分离。当静脉注射外泌体时，EXO和H-EXO均在脑损伤区域积累，表现出良好的脑靶向能力。虽然H-EXO对全脑没有表现出更强的靶向能力，但损伤半脑皮质、海马和侧脑室的HEXO信号多于EXO。
图2外泌体的特征和靶向能力表征
为研究外泌体的治疗效果，采用大脑中动脉闭塞（MCAO）法建立小鼠模型，1h后进行再灌注。外泌体治疗按照图3(a)所提供的时间线进行，如果不治疗MCAO小鼠，由于大脑水肿和炎症的增加，它们不能存活超过7天。然而，通过静脉注射H-EXO，第一次死亡的时间从第4天推迟到第7天，87.5%的模型小鼠存活。这一结果显示，比在EXO治疗的情况下所获得的生存率提高了25%。注射H-EXO也阻止了体重减轻，使其稳定生长，与假手术组相当。综上所述，静脉注射H-EXO可有效降低MCAO小鼠的死亡率。H-EXO对MCAO小鼠感觉灵敏度恢复和复杂运动能力恢复的效果优于EXO。MCAO组在HE染色的脑切片图像中，细胞间隙变宽，有大量空泡，但H-EXOs有利于减少海绵状组织。值得注意的是，H-EXO组可以保护神经元，抑制神经胶质瘢痕的增殖。
图3外泌体的治疗效果验证图
对82个不同的miRNAs进行进一步分析，并通过miRTarBase、miRDB、miRWalk和TargetScan对靶基因进行预测。基于KEGG数据库，显示了30条生物通路（），其中miRNA的靶基因受到调控。这些miRNAs参与神经再生，炎症调节，和细胞周期调节。基因本体论（GO）分析可以探索每个潜在靶基因的功能。图4€显示了30个重要的GO类别，它们与神经功能（神经元分化、神经元对神经元突触、轴突部分等）、肌肉功能（横纹肌组织发育、肌肉组织发育、肌肉细胞增殖等）、细胞生物学调节（dna结合转录激活物活性、RNA聚合酶ii特异性、酶激活物活性等）相关。这些结果提示，H-EXO中不同miRNA的潜在靶基因可能影响干细胞的神经分化和微环境的炎症调控。
图4EXO和H-EXO的测序结果
H-EXO携带的miRNAs具有调节微环境和促进神经系统恢复的潜力。H-EXO处理后，脑内检测到的伊文思蓝染料明显减少，显示了对血脑屏障的修复作用。这有助于防止大脑微环境的进一步恶化。H-EXO组MCAO脑含水量也显著降低，有利于恢复脑密度。通过外泌体治疗，小胶质细胞极化到组织修复的M2表型和小胶质细胞极化到M1表型被抑制。在缺血部位观察到内源性NSCs，这有助于神经再生。这些结果与动物行为实验的结果相一致，证实了H-EXOs具有调节缺血脑微环境的潜力。它们为缺血脑内源性NSCs参与损伤修复和神经再生过程提供了一个更合适的环境。
图5外泌体对大脑微环境的改善效果
该种简便的低氧预处理法制备生物纳米制剂的高效治疗方法，研究表明，由低氧预处理的NSCs衍生的外泌体可以选择性地改变miRNA的负载，增强其治疗功能。低氧外泌体通过综合调控缺血损伤脑的微环境，显著降低模型小鼠的死亡率，促进功能恢复。总之，该研究可以为临床环境中脑部疾病的治疗提供更多的选择。
了解更多
