综述：细胞外囊泡作为AD生物标志物和治疗剂的潜力
2022-10-01 Hanson临床科研 Hanson临床科研
细胞外囊泡作为AD生物标志物和治疗剂的潜力。
让科研和SCI论文成为临床工作的副产品。
前言：
细胞间通讯对多细胞生物至关重要。
通讯可以通过不同的机制发生，包括直接的细胞与细胞接触、信号分子（例如激素、神经递质、细胞因子）的分泌、非膜细胞外颗粒（外泌体）以及细胞外囊泡（EVs）。
其中，由于EVs里面的“货物”（如蛋白、脂质和遗传物质）被封装在双层膜中，因而能够在细胞外环境中运输到邻近或远处靶细胞，甚至穿越血脑屏障。这种由EV介导的“脑-外周通信”的概念奠定了它们作为生物标志物和药物输送工具的潜力。
由此，细胞外囊泡及外泌体研究也成为临床科研的热点和重点。
【2022年】“外泌体”论文倍增，研究已由癌症转向更多疾病；这个热点需要这么追！
2022年8月发表于Adv Drug Deliv Rev杂志（IF：17.873）上的综述“Biomarker and therapeutic potential of peripheral extracellular vesicles in Alzheimer’s disease”，详细阐述了外周EVs在阿尔兹海默病（AD）中的作用，并描述了EVs作为AD治疗靶点的挑战【1】。
1. AD中的EVs
目前公认的AD生物标志物基于脑脊液（CSF）、正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI）以反映AD的主要特征：淀粉样变性（A）、tau病变（T）和神经变性（N），即“ATN”。
然而，人们越发认识到ATN不能捕捉AD的表型和致病复杂性。
此外，这些技术也存在几个限制：成本相对昂贵，且脑脊液分析涉及腰椎穿刺，而生物标志物应该来自于更加容易获得的体液。
近些年来，EVs的双向血脑屏障穿梭能力已经得到大量研究的支持，其作为AD的外周生物标志物和外周给药递送方式也得到了一定程度的认可，但令人信服的实验证据仍然有限。
基于蛋白质组学的研究表明来自AD患者血浆中包含参与“炎症反应（例如补体激活）、凝血过程（例如纤维蛋白溶解）和糖脂代谢”等过程的蛋白质的EVs水平升高。
与血浆EV相关的特定蛋白质（即ORM2、RBP4、HYDIN、FXIIIA1和FXIIIB）可以区分AD患者和健康对照，强调它们作为生物标志物的潜力。
除蛋白水平外，RNA-seq分析显示，AD个体的血浆EV中包含更多的与线粒体异常相关的mt-RNA（mt，即线粒体），miRNA如miR-193b、miR-135a、miR-384等也能将AD患者与健康对照加以区分。
(AD的发病机制。图源：Nature, 2020)
2. 不同起源的EVs及其作为生物标志物的潜力
迄今为止，L1 细胞粘附分子（L1CAM）是研究最深入的表面标记物，代表神经元衍生的EVs（nEVs），下图1非常清晰的概括了L1CAM+ nEVs作为AD生物标志物的潜力，在此不再赘述。
(图1. L1CAM+ EVs在阿尔茨海默病中的生物标志物潜力)
除了L1CAM+nEVs之外，神经细胞粘附分子NCAM作为一种替代标记，在对照、MCI（前驱期AD引起的轻度认知障碍）和AD患者中测量的NCAM+EVs中的Aβ42、t-Tau和p-T181-Tau的量逐步增加。
此外，谷氨酰胺天冬氨酸转运蛋白（GLAST）已被用于富集星形胶质细胞衍生的EVs（aEVs），与通过靶向L1CAM+ nEVs相比，血浆aEVs含有更高水平的各种在AD发病机制中重要的蛋白质（即BACE1、γ-分泌酶、sAPPβ、sAPPα、p-T181-Tau、p-S396-Tau、Aβ42、GDNF）。有趣的是，与对照组的aEVs相比，来自AD患者的aEVs包括更高的BACE1、sAPPβ、IL-1β、IL-6、TNF、各种补体因子，以及更低水平的septin-8、GDNF、Aβ42，而aEVs中的sAPPβ水平也可以区分AD和FTD。
还有一种替代标记是由硫酸软骨素蛋白聚糖4（CSPG4）和抗血小板生长因子受体α（PDGFRα）富集的EVs。这三种额外标记作为生物标志物的潜力具体见下图2。
基于每种标志物的不同特点，可以探索同时或顺序靶向几个不同标记，以进一步增强细胞特异性。
(图2. NCAM+、CSPG4/PDGFRα+和GLAST+ EVs在AD中作为生物标志物的潜力。)
除了特定细胞类型释放的EVs之外，细菌EVs已被确定为AD中另一种目标EVs亚型（bEVs）。
与真核细胞类似，大多数细菌会释放膜泡，影响包括细胞间通讯在内的多种生物过程。它们在各种生物医学应用中具有巨大的潜力，从疫苗到癌症免疫治疗剂、药物输送工具和诊断生物标志物。尽管动物模型和人类的肠道微生物群研究揭示了AD中微生物群组成的明显变化，但目前确切的组成差异仍然不一致。
除了在（临床前）诊断中的作用外，生物标志物还有助于监测疾病进展和评估患者对疾病缓解治疗的反应。
例如，已经有研究证明在PD中，nEVs可用作识别临床治疗反应潜在信号通路的工具。一项评估艾塞那肽（一种胰高血糖素样肽1激动剂）分子效应的临床试验中，nEVs表明艾塞那肽通过其典型途径增强了胰岛素信号传导。此外，在AD中，已经描述了与临床和认知评分的几种关联。在AD患者中，miR-223的血清EVs水平与简易精神状态检查（MMSE）和临床痴呆评分（CDR）评分呈正相关，与血清细胞因子水平（即IL-1β、IL-6、CRP和TNF）呈负相关。最近一项从病理证实的AD病例血浆样本中提取nEVs的研究发现，更高的nEV s中Aβ42水平始终与更好的认知状态、记忆力、流畅性、工作记忆和执行功能相关，而更高水平的突触蛋白与更好的表现相关执行功能任务等。
(AD的生物标记。图源：Nature, 2021)
3. EVs作为AD治疗手段的潜力
基于EVs血脑屏障穿梭能力和对其内“货物”的保护和低免疫原性在内的固有特性，EVs被认为是有前途的脑（药物）输送工具。
干细胞已被提议作为一种潜在的AD治疗方法，其中包括神经和间充质干细胞（MSCs）在内的不同干细胞类别。
在5XFAD AD小鼠模型中，干细胞衍生的EVs被证明可以减轻焦虑样行为并挽救认知衰退。MSC-EVs治疗减少了神经元损失，有利于神经元功能（即神经元兴奋性，突触传递，长时程增强），增加神经发生，改善突触形态等，并将包括突触素在内的各种突触蛋白的脑水平恢复到WT小鼠的水平。此外，脂肪干细胞（ADSCs）分泌的EVs可减弱从AD小鼠分离的神经元干细胞的细胞凋亡并增加神经突生长。通过不同给药途径的MSC-EVs治疗导致多种啮齿AD动物模型和脑中多区域的Aβ水平和斑块负荷降低。这些发现都强调了干细胞衍生的EVs在缓解AD症状方面的强大功效。
尽管EVs能够穿梭于血脑屏障，但有研究表明外周给药的 EV 主要积聚在外周器官（例如肝、肺、肾、脾）中，而脑递送是有限的。
一项对鼻内给药的 PKH-26 标记的 MSC-EV 进行更深入的分析表明，它们主要被神经元吸收，而嗅球和皮层中的小胶质细胞和星形胶质细胞较少，而另一项研究则描述了小胶质细胞和海马体中的神经元，但不是星形胶质细胞。因此，还需要更多的研究来阐明其脑效应的潜在分子机制。
(细胞外囊泡的新一代递送平台。图源：Nature, 2021)
4. 将EVs作为生物标志物和治疗剂的实际考虑
尽管在各种模型系统中取得了可喜的成果，但反思EVs作为 AD 治疗的潜在局限性仍然很重要。
为了实现由神经干细胞衍生的 EV 在临床前 AD 模型中的发现转化到临床，有关 EVs相关参数（例如储存、隔离和剂量）和治疗方案（例如给药途径、治疗的标准化工作频率和治疗持续时间）需要再三斟酌。
（EVs应用于临床的途径）
5. 挑战和机遇共存
为了促进开发有效的AD治疗方法，在脑损伤不可逆转之前，必须在其临床前和潜在的可改变阶段检测该疾病。
这强调了开发用于临床前和早期临床诊断的生物标志物的迫切需求。
(AD的超早期诊断尤为重要)
从这个意义上说，专门评估给定治疗的靶向机制的生物标志物可以帮助证明靶点参与、缩短临床试验持续时间和加速治疗开发。
然而，对于阿尔茨海默病来说，传统的标志物和检测手段具有一定的局限性，因此需要研究新的生物标志物，如EVs，它们作为AD和其他神经退行性疾病中的生物标志物已取得相当喜人的成果。
此外，与EV作为治疗方式固有相关的优势包括它们的低免疫原性和CNS屏障穿越能力，使它们能够在外周给药时引发治疗反应。
然而，EVs固有的一些挑战目前限制了它们作为大脑输送工具的使用。
最重要的因素包括可扩展性，这与源材料和EVs分离方法的可用性、EV和其原始生物流体（例如培养基和血浆）的储存条件以及从动物模型到人类或从动物模型的可转化性有内在联系。
因此，一系列标准化工作的进行将有助于为EVs走向临床铺平道路。
期待针对细胞外囊泡的研究能够为阿尔茨海默病等中枢神经系统疾病的治疗带来更多希望。
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