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在中国，脑中风患病率排行世界第一, 比英国高于一倍，并且如今每一年也有9%的年增长率。每一年兴新中风病人超出200万，每一年丧生于中风超出190数万人，每 5 位因病死亡中就最少有 1 人丧生于脑中风。据数据信息数据分析，发觉较多的中风类型，归属于脑梗死（脑缺血脑中风），大概占了72%。这种类的中风是由于毛细血管堵塞，导致脑血夜总流量不够，使头部机构缺血性萎缩和作用缺失。亚急性的脑中风患者，有30%会身亡，而生存中的 15% 可以彻底还原，其他的会出现轻和重不一的神经系统并发症，危害患者的手和脚、面部肌肉、听觉系统、视觉效果、平衡力乃至吸气，也让中风后的照料越来越艰难。
外泌体的重要作用 间充质干细胞（MSC）移植被认为是脑损伤修复最具潜力的治疗策略之一，其在神经修复的各个环节发挥着重要作用。最新研究表明MSC分泌的外泌体可能主导了脑损伤的修复，发挥促血管增生、免疫调节、抗凋亡及神经修复作用。 外泌体是直径在30~100nm的胞外囊泡，通过细胞被释放到细胞外液中。它们存在于生物体液中，诸如血液和脑脊液。外泌体携带有DNA、RNA、蛋白质和脂质等。由于外泌体的微泡结构为其内在的小分子提供了一个安全稳定的环境，同时这些信号小分子利用循环系统在胞间信号交换发挥重要作用，这让外泌体表现出一个成熟、稳定的信号传输系统。 研究发现，外泌体中的mRNA和microRNA(miRNA)可从一个细胞转移到另一个细胞中，并在新的细胞中发挥功能。因此，外泌体是理想的细胞间信息传递媒介。外泌体通过如下3种方式进行细胞间信息传递：膜融合后内容物释放、膜表面信号分子以及信号分子胞外释放。细胞可通过分泌外泌体对各种刺激作出应答，在肿瘤组织中，肿瘤局部缺氧可以促进乳腺癌细胞释放更多的外泌体进入肿瘤微环境，进而促进肿瘤细胞的生存和侵袭。外泌体含有丰富的生物信息物质，具有在细胞间传递生物信息的独特功能，新近研究发现外泌体在机体各种重要生理及病理生理过程中发挥着越来越重要的作用。 外泌体对缺血组织的保护作用 研究发现，血管内皮细胞在受到低氧刺激时能反应性地增加外泌体分泌，这些受低氧刺激分泌的外泌体，可被邻近细胞摄取，或通过循环传输被远处细胞摄取。研究发现人体多种脏器，如心脏和脑等器官都能通过远程缺血预处理提高缺血耐受能力。Vicencio等发现，在缺血处理后，血浆内外泌体大量增加，这些内源性外泌体通过外泌体表面膜蛋白，如热休克蛋白(heat shock protein，HSP)70能够呈递信号给心脏组织，激活心肌细胞膜表面的Toll样受体4，活化细胞外信号调节激酶和p38丝裂原活化蛋白激酶信号通路，诱导HSP27磷酸化，从而提高心肌对于缺血再灌注损伤的耐受，达到心肌保护作用。 循环内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)分泌的外泌体，通过转运磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路相关mRNA，激活血管内皮细胞受体，并促进内皮细胞的增殖和成管，同时，EPCs来源外泌体内携带有促血管生成miRNA-126和miRNA-296，能上调血管生成因子，促进血管内皮细胞的增殖和分化，从而发挥其抗凋亡作用。 通过进行基因芯片分析中风组与非中风组动物的脑血管内皮细胞与神经祖细胞所分泌的外泌体中成分，发现2组外泌体内的蛋白质和miRNA均有大幅不同，这提示中风能够改变脑血管内皮细胞与神经祖细胞外泌体内成分。 此外，缺血组神经祖细胞分泌的外泌体能够促进内皮细胞的迁移和成管，反之，缺血组内皮细胞外泌体能够提高神经祖细胞的增殖与分化能力。这说明了卒中后脑血管内皮细胞与神经祖细胞能通过分泌外泌体，相互协调和促进神经发生与血管形成，从而发挥对缺血组织的保护作用。 外泌体与神经保护 短暂或更为持久的局灶性脑缺血引起的脑卒中涉及一系列病理生理反应，其中大脑损伤会产生并累积相关毒性蛋白，它们的降解与Nedd4家族相互作用蛋白1(Nedd4 family interacting protein1，Ndfip1)和泛素连接酶Nedd4的相互作用相联系。Putz等发现神经元来源的外泌体内含有Ndfip1和Nedd4，Ndfip1与泛素连接酶Nedd4能发挥损伤后移除毒性蛋白的功能。Bianco等已经证实在损伤的神经组织中，胞外ATP水平升高，使小胶质细胞和星形胶质细胞释放外泌体，同时这些外泌体包含炎症细胞因子白细胞介素1β，诱导炎症反应。 在此应激条件下，星形胶质细胞会释放含有突触小泡相关的具有神经元特异性的磷酸蛋白质---突触蛋白的外泌体。同时，少突胶质细胞来源外泌体内含髓磷脂和应激蛋白质。外泌体通过递送这些mRNA和蛋白质，在损伤神经再生方面发挥重要功能。 研究发现间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)来源外泌体可通过减轻炎症反应并且促进血管新生和神经发生，从而有效促进创伤性颅脑损伤(traumitic brain injury，TBI)大鼠的功能恢复；Xin等的研究结果同样表明，MSCs来源外泌体可通过促进神经血管再生来改善神经功能。其后，又陆续有研究证明MSCs来源外泌体在脑卒中与脑损伤动物模型中的治疗效益，并发现其有明显改善运动协调的功能和大幅度保留空间学习的能力。 外泌体与神经血管单元 神经血管单元是由内皮细胞、血管平滑肌、神经胶质细胞、神经元及相关组织基质蛋白组成的，卒中后的内源性脑修复涉及到神经血管单元及神经干细胞一系列高度精密的交叉式反应，如血管再生和神经发生等，它们共同协调神经修复。外泌体在这一系列过程中发挥巨大作用。 外泌体与神经再生 神经元与胶质细胞来源外泌体能够调节神经元和胶质细胞之间的细胞信号转导，影响轴突生长和髓鞘形成。皮质神经元外泌体携带有L1细胞黏附分子和谷氨酸受体2/3亚基，胞内Ca2+水平增加会促进外泌体的分泌。当去极化神经元的神经突分泌外泌体时，会使外泌体内富含微管相关蛋白1b和神经突重塑相关的靶向miRNA。此外，神经元来源外泌体内有α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid，AMPA)受体，AMPA受体的激活有助于脑卒中后运动功能的复原。 在成人中枢神经系统中，抑制神经元第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10，PTEN)信号与减少星形胶质细胞疤痕，有助于提高脊柱损伤及脑卒中后轴突出芽。Goncalves等发现，视黄酸受体β激动剂能使神经元细胞分泌富含PTEN蛋白的外泌体，这些外泌体能抑制皮质神经元PTEN信号通路；转运PTEN蛋白至胶质细胞，可抑制胶质细胞的增殖，对神经元及胶质细胞产生双重影响。Morel等进一步证实，皮质神经元外泌体转运mi-RNA-124至胶质细胞，提高谷氨酸转运体1的表达，从而调节胶质细胞功能。这些数据表明，神经元来源外泌体通过转运囊泡内活性物质，并与胶质细胞胞间信号转导，从而调节突触和轴突重塑。 外泌体与血管新生 Notch信号通路与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信号通路的相互作用对介导血管再生和维持脑血管屏障完整至关重要。激活脑血管内皮细胞与周细胞内Notch通路，可促使脑血管再生并维持脑血管屏障的完整性。Yamamoto等发现，由小鼠脑血管内皮细胞分泌的外泌体，能增加受体细胞周细胞内VEGF-B的mRNA与蛋白表达水平，通过VEGF-B与受体VEGFR-1介导血管再生。 研究发现人脑微血管内皮细胞与人脐静脉内皮细胞来源的外泌体内含Delta-like ligand 4(Dll4)蛋白，Dll4能刺激周细胞上的Notch3受体，并保护脑血管结构稳定及调节血管再生。以上结果表明，脑血管内皮细胞外泌体通过传递生物信号至周细胞，并通过VEGF和Notch信号通路介导血管再生和维持脑血管屏障完整。Haqqani等发现，人脑微血管内皮细胞来源的外泌体内至少含有1179种蛋白，其中包括约60种标记蛋白，如Alix、TSG101、CD81和CD9等，同时，他们进一步发现，这些外泌体能够携带大分子蛋白穿越血脑屏障，其中包括转铁蛋白受体、胰岛素受体、LRP、LDL和TMEM30A等。 外泌体在脑卒中（中风）的研究进展 近年来，随着对外泌体研究的深入，已证实外泌体调控的细胞间信息交流过程也广泛参与了脑血管系统的生理、病理过程，并在脑卒中疾病发生发展机制中扮演着重要的角色。Chen等通过收集急性脑卒中病人的血样本后分析发现，与阴性对照组相比，缺血组外泌体内miRNA-223含量显着上调，并且外泌体内miRNA-223的表达量与急性脑卒中的发生、严重程度及短期预后相关。 血浆内皮细胞来源的外泌体(plasma endothelial cell-derived exosomes，EDEs)富含内皮细胞蛋白血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和内皮型一氧化氮合酶；具有内皮细胞特性，可以黏附、募集单核细胞引起炎症反应，提示EDEs在细胞炎症反应中起重要作用；有研究发现脑血管疾病的病人EDEs内VCAM-1、血管性血友病因子、血小板源生长因子BB、血管生成素1、赖氨酰氧化酶2以及脑血管选择性蛋白葡萄糖载体1等较对照组显着增高，这表明EDEs与脑血管疾病有着某种潜在联系。 在2020年11月月发表于《Translational Stroke Research》杂志上的文章中，由美国国立卫生研究院资助的动物科学家展示了一种新的中风治疗方法的脑成像数据，该方法可导致动物模型在中风后完全康复。 UGA再生生物科学中心的Stice和他的同事报告了中线移位（即将大脑推向一侧）期间的第一个观察证据，表明微创和非手术性外泌体治疗现在可以影响修复和损伤严重的中风。 外泌体被认为是长距离细胞间通信的强大介体，可以改变肿瘤和邻近细胞的行为。该研究结果呼应了使用相同许可外泌体技术的其他近期RBC研究的发现。
（图片来源：Www.pixabay.com） UGA副教授富兰克林·韦斯特（Franklin West）表示：“根据猪的外泌体治疗结果，它看起来不像病灶体积或中线移位问题产生的效果几乎像人们想像的那样。这表明，即使在中风引起的一些极为严重的情况下，也将同样恢复健康。” 该团队研究的数据显示，中风损伤部位附近未经治疗的脑细胞很快因缺氧而死亡，并可能危害数百万个健康细胞。 但是，在用外泌体处理过的大脑区域中，这些外泌体直接从冷库中取出并静脉内给药，这些细胞能够穿透大脑并中断细胞死亡过程。“外泌体技术的作用是与受威胁的细胞通讯，并像抗炎药一样起作用，以中断并阻止进一步的损害。” 在这项观察性研究中，研究小组分析了中风后24小时拍摄的大脑图像。然后，他们根据猪的步态，步调，步行速度和步幅，应用了人类实践中常用的恢复分数。通过记录大脑测量结果与功能结果之间的关系，新的评估量表可以更好地帮助医生预测患者的实时恢复的速度。 下一个前沿——中风的干细胞疗法根据美国疾病控制和预防中心（CDC）的报告，“中风是美国人的主要死因，每年造成近13万美国人死亡。平均每4分钟就有一名美国人死于中风。任何年龄和背景的人都能发生中风。“幸运的是，研究报道干细胞疗法对中风患者的治疗很有希望。美国国立卫生研究院（NIH）报道超过100项研究显示，一些疗法将改善中风后的恢复和康复，或者修复中风期间造成的损伤。 中风幸存者的干细胞治疗 据美国心脏协会称，“中风是导致美国人发生严重的长期的残疾的主要原因”。中风协会对中风的定义是“当血块阻塞动脉（将血液从心脏输送到身体的血管）或血管时阻断血液流向大脑区域，从而导致大脑损伤。“ 中风有两种类型。当供应大脑的血管被阻塞时，发生缺血性中风。这是最常见的，约占所有中风病例的87％。当血液从破裂的血管渗入大脑时，就会发生出血性中风，这往往更致命。没有血液和氧气的流动，脑细胞就会死亡，从而导致脑损伤和残疾。 心脏病和中风统计，2009年更新报告结果平均每40秒就有人发生中风，每年约有795,000人中风。今天，美国有近500万中风幸存者。 中风导致不同的残疾 中风引起的残疾的类型和严重程度取决于大脑的哪个部位受到影响以及所引起的损伤的严重程度。 根据美国国家神经疾病和中风研究所的说法，中风可导致五种类型的残疾：
中风幸存者的干细胞治疗 最新的研究之一是德克萨斯大学休斯顿分校的一项研究并获得美国国立卫生研究院资助。该研究旨在利用从患者自己骨髓中提取的干细胞在中风发作后（初始症状的24-72小时内）尽快修复大脑。如果有效，它将有助于减少因脑损伤引起的残疾，初步结果令人鼓舞。 该临床研究以实验室和动物研究为基础，表明干细胞可以迁移到大脑受损区域并帮助修复损伤。先前的研究表明，虽然干细胞没有像科学家所假设的那样产生新的脑细胞，但它们确实导致细胞保护神经组织免受炎症反应的损害。当科学家将结果与没有接受注射细胞的动物进行比较时，他们发现接受干细胞治疗的动物的神经组织损伤减少了60％。 2018年在加利福尼亚州的斯坦福大学进行了另一项类似的研究，向动物的大脑注射了源自人胚胎干细胞的神经组织。研究结果显示，动物受到中风影响的身体部位活动性和强度得到改善。 目前还有一些研究项目正在研究人类脐带干细胞治疗中风的益处。其中一项研究正在研究将脐带干细胞与甘露醇联合使用的益处，甘露醇是一种目前用于帮助脑外伤患者恢复的处方药。 中风干细胞治疗可能是“下一个前沿” 休斯敦纪事报报道，德克萨斯大学医学院的医生已经启动了该国第一个用自己的干细胞治疗中风患者的实验性试验。 这种新疗法针对的是无法接受组织纤溶酶原激活剂或对治疗没有反应的患者，据报道这是目前中风患者唯一可用的治疗方法。 神经学家和SeanSavitz教授报告称，该试验的患者表现良好。“这可能是中风治疗干预的一个令人期待的新领域。” 参考文献：Samantha E. Spellicy, Erin E. Kaiser, Michael M. Bowler, Brian J. Jurgielewicz, Robin L. Webb, Franklin D. West, Steven L. Stice. Neural Stem Cell Extracellular Vesicles Disrupt Midline Shift Predictive Outcomes in Porcine Ischemic Stroke Model. Translational Stroke Research, 2019; DOI: 10.1007/s12975-019-00753-4 |
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