神经外科

内皮祖细胞分泌的外泌体在颅脑损伤中作用的研究进展

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2022-01-08
导读

         颅脑损伤(traumatic brain injury,TBI)具有较高的发病率和病死率,是青壮年最常见的死亡和残疾原因。全球每年约有5 000万例TBI,年经济损失约4 000亿美元,占世界生产总值的0.5%。TBI后神经组织的损伤和修复是一个复杂的病理生理过程,多种细胞参与其中,其中外泌体介导的细胞间信号传导和相互调控具有重要意义。 内皮祖细胞(endothelial progenitor

关键字:  颅脑损伤 

        颅脑损伤(traumatic brain injury,TBI)具有较高的发病率和病死率,是青壮年最常见的死亡和残疾原因。全球每年约有5 000万例TBI,年经济损失约4 000亿美元,占世界生产总值的0.5%。TBI后神经组织的损伤和修复是一个复杂的病理生理过程,多种细胞参与其中,其中外泌体介导的细胞间信号传导和相互调控具有重要意义。

        内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)来源于骨髓和外周血管壁,是血管内皮细胞(endothelial cells,ECs)的前体细胞。当组织缺血或血管内皮损伤时,EPCs被组织释放的损伤信号动员后进行迁移,前往内皮损伤部位参与修复。

        EPCs分为早期和晚期EPCs,活化的早期EPCs表达丰富的炎性细胞因子和旁分泌血管生成因子,以旁分泌外泌体的方式招募更多的EPCs和ECs形成微血管,是损伤后的快速反应结果。早期EPCs的来源是外周血管壁,外周血EPCs含量极少,只占外周细胞的0.01%。晚期EPCs通过增殖、迁移、定位到受损内皮处,分化成血管ECs并整合到血管网络中。晚期EPCs的来源是骨髓中的EPCs。早期EPCs和晚期EPCs的作用方式具有差异,提示EPCs可能具有不同的治疗作用。

        已有研究发现TBI后EPCs分泌的外泌体对脑微血管修复和改善预后具有有益影响。外泌体是介导细胞间通讯的小囊泡,有类似细胞膜的磷脂双分子层,为内部的小分子物质提供了较稳定的环境。外泌体是一种理想的载体,可将mRNA、miRNA或蛋白质运送到受体细胞中,而不会在循环中被酶消化。透射电镜观察发现,EPCs外泌体的外观结构呈椭圆形膜性囊泡,较多的EPCs外泌体聚集在一起呈葡萄状排列,大小不等,纳米颗粒跟踪分析显示平均直径为120 nm。

        近期的研究发现囊泡因内容物不同呈现出不同透亮度,其主要成分为mRNA和蛋白分子。对早期EPCs外泌体进行免疫印迹试验分析,发现其能高强度表达CD9、CD63和热休克蛋白70。EPCs作为TBI后外泌体来源的主要途径之一,其作用和意义逐步为人们所认识。本文就EPCs外泌体在TBI中的作用研究进展进行综述。

1.EPCs 分泌的外泌体在TBI 中的作用

        1.1 修复损伤的血脑屏障

        TBI常伴随血脑屏障的破坏。血脑屏障由多种细胞和神经元构成,其中毛细血管壁的ECs具有细胞间紧密连接蛋白,构成血脑屏障的主要结构基础。在生理条件下,血脑屏障为脑组织选择性通透营养物质,同时保护脑组织不受有毒物质侵害,确保中枢神经系统功能正常执行。内皮集落形成细胞(endothelial colony formingcell,ECFC)是从人脐带静脉血中分离得到的早期特异性EPCs。

        Gao 等从ECFC 条件培养基中分离出ECFC外泌体并用细胞膜染剂PKH67标记后,静脉输入TBI小鼠体内,12 h后观察到ECFC外泌体被大鼠微血管ECs高效摄取;伤后24 h,ECs向创面的迁移量显著升高;不同含量ECFC 外泌体预处理ECs后,显著增加紧密连接蛋白的表达。这说明ECFC可能通过旁分泌的方式刺激ECs的增殖和迁移。

        有研究报道等从人脐血中分离单核细胞培养扩增为ECFC,静脉注射到TBI小鼠体内24 h后,荧光原位杂交发现在受伤的大脑中检测到标记的ECFC,明显减轻脑水肿程度,增加紧密连接蛋白的表达;小鼠运动能力、空间获取和参考记忆能力显著改善。

        这表明ECFC在TBI后可以直接定位到损伤部位,参与新血管形成并改善神经功能。因此,TBI后ECFC兼有早期EPCs和晚期EPCs的特征。ECFC既通过外泌体的方式促进受损血管内皮的修复,其本身又可定位至受损部位,分化成ECs整合到血管网络中。

        1.2 促进血管内皮的修复

        TBI导致ECs损伤,使血管平滑肌细胞增殖,常会导致微血管狭窄。Kong等发现在大鼠颈动脉球囊损伤模型中,EPCs外泌体能抑制新生内膜的过度增生,对ECs修复起到保护作用。Li等在大鼠颈动脉内皮损伤模型中用荧光染料标记EPCs并收获其释放的外泌体,标记的外泌体与ECs共培养后,外泌体被捕获并转移到ECs的核周区域,显著增强ECs的增殖。Hu等进行RNA测序发现miR-21-5p在EPCs外泌体中高度富集,并特异性抑制受体ECs中血管生成抑制因子血栓反应蛋白-1的表达。

        1.3 抵抗缺氧

        李罗成等发现低氧可引起ECs损伤,体外缺氧环境处理的人脐静脉ECs增殖、迁移能力下降,凋亡细胞比例上升;EPCs外泌体显著改善缺氧条件下ECs增殖、迁移能力。Wang等用小鼠骨髓中分离的单核细胞,在体外饥饿应激培养基中培养EPCs并提取饥饿应激EPCs外泌体明显提高血管ECs一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)和NO水平,保护血管ECs免受缺氧诱导的活性氧族的影响;同时,PI3K抑制剂可以消除饥饿应激EPCs外泌体的这些保护作用。这提示饥饿应激EPCs外泌体通过PI3K/eNOS/NO通路发挥作用。

2.调控EPCs 外泌体分泌的因素

        2.1 血糖水平

        研究发现高血糖抑制EPCs外泌体的释放和相关基因的表达,使TBI病人血液中EPCs数量减少。当暴露于高葡萄糖时,人脐带ECs的活力和成管能力显著降低,而衰老细胞的比例则明显增高。Hassanpour等将人骨髓来源的EPCs分别与糖尿病和健康人的血清共培养后,糖尿病组EPCs外泌体数量较对照组显著减少,与外泌体分泌和运输的相关基因表达下调。这提示糖尿病对EPCs分泌外泌体的效率产生不利影响。

        2.2孕激素

        Li等制备小鼠TBI模型后腹膜内给予孕激素,发现循环EPCs水平增加,受伤脑组织CD34和CD31阳性细胞的数量和血管密度增加。这表明TBI后孕激素可显著改善神经功能并促进血管重塑。

        2.3 运动锻炼

        Ma等分别从久坐和低、中度运动组小鼠中分离血浆EPCs外泌体,用高糖和缺氧诱导的ECs损伤模型与三组EPCs外泌体共培养研究ECs的保护因素,结果发现EPCs水平和EPCs外泌体在中度运动小鼠体内的释放率明显增高;运动组EPCs含量及其释放的外泌体miR-126的表达明显增高。这提示运动可能通过增加EPCs外泌体的释放和外泌体中miR-126的含量增强对ECs的保护作用。

        综上所述,TBI后脑血管内皮组织损伤、缺血释放多种细胞因子,活化的早期EPCs通过旁分泌外泌体作用于ECs,并招募更多的EPCs促进组织修复。当骨髓中的EPCs受各种因素的刺激后开始动员向外周血迁移形成晚期EPCs,增加外周血中EPCs的数量并分化成血管ECs修复损伤。

        EPCs外泌体的保护作用表现为修复损伤的血脑屏障、促进血管内皮的修复和帮助ECs抵抗缺氧损伤。EPCs作为干细胞移植的替代治疗方案,具有促进血管再生作用。由于免疫排异等问题,EPCs的临床应用十分有限。EPCs外泌体具有与EPCs相似的作用,但其主要成分是不具有免疫原性的小分子核酸,因此,EPCs外泌体有望成为改善TBI预后的治疗手段。近年来,EPCs被发现对神经修复和脑血管再生具有重要意义,但EPCs外泌体是否具有其父本EPCs的这一重要作用尚待更多研究证实。

        来源:马小鹏,张华楸.内皮祖细胞分泌的外泌体在颅脑损伤中作用的研究进展[J].中国临床神经外科杂志,2021,26(09):724-726.

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