间充质干细胞来源细胞外囊泡修复创伤性中枢神经系统损伤：系统综述和meta分析

doi:10.4103/1673-5374.371376

摘要/Abstract

摘要：

间充质干细胞来源的细胞外囊泡在治疗创伤性中枢神经系统损伤方面已被证明是一种有前途的非细胞疗法。然而，临床前的研究成果要向临床转化需要全方位和系统地掌握相关实验方法和了解间充质干细胞来源的细胞外囊泡对创伤性中枢神经系统损伤的疗效。因此，对近期使用间充质干细胞来源的细胞外囊泡治疗创伤性中枢神经系统损伤的动物试验进行了系统综述和meta分析。通过检索PubMed,Web of Science,The Cochrane Library和Ovid-Embase数据库截止2022年4月1日的数据，筛选间充质干细胞来源的细胞外囊泡治疗创伤性中枢神经系统疾病的临床前研究。应用SYRCLE的偏倚风险工具分析动物研究中的发表偏倚风险。最终60项研究被纳入研究，其中脊髓损伤研究52项，创伤性脑损伤研究8项。结果显示，与对照组相比，间充质干细胞来源的细胞外囊泡治疗可明显促进SCI动物的运动功能恢复，包括大鼠Basso Beattie Bresnahan评分（SMD: 2.36, 95% CI: 1.96-2.76, I² = 71%, P < 0.01）和小鼠BMS评分（SMD: 2.31, 95% CI: 1.57 - 3.04, I² = 60%, P = 0.01）；可明显促进创伤性脑损伤动物神经功能的恢复，包括mNSS（SMD: - 4.48, 95% CI: - 6.12 to - 2.84, P < 0.01, I² = 79%）和Foot Fault Test（SMD: - 3.26, 95% CI: - 4.09 to - 2.42, I² = 21%, P = 0.28）。亚组分析显示，对于BBB评分而言，同种异体间充质干细胞来源的细胞外囊泡的疗效高于异种异体间充质干细胞来源的细胞外囊泡(同种异体: SMD: 2.54, 95% CI: 2.05 - 3.02, I² = 65.5%; 异种异体: SMD: 1.78, 95% CI: 1.1 - 2.45, I² = 74.6%; P = 0.0116）；通过超滤离心联合密度梯度超速离心分离的间充质干细胞来源的细胞外囊泡（SMD：3.58，95%CI：2.62 - 4.53，I² = 31%，P < 0.0001）可能更有效。对于BMS评分而言，胎盘间充质干细胞来源的细胞外囊泡比骨髓来源的效果更好（胎盘：SMD: 5.25，95%CI：2.45 - 8.06，I² = 0%；骨髓：SMD: 1.82, 95% CI: 1.23 - 2.41, I² = 0%; P = 0.0421）。对于mNSS评分而言，骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡比脂肪来源的效果更好（骨髓：SMD：-4.86，95%CI：-6.66-3.06，I²=81%；脂肪：SMD：-2.37，95%CI：-3.73-1.01，I²=0%；P=0.0306）。静脉给药（SMD: -5.47, 95% CI: -6.98 - -3.97, I² = 53.3%, P = 0.0002）和给药剂量等于100μg（SMD: -5.47, 95% CI: -6.98 - -3.97, I² = 53.3%, P < 0.0001）显示出更好的结果。各项研究的异质性很小，敏感性分析也表明结果稳定。最后，所有实验的方法学质量大多令人满意。总之，间充质干细胞来源的细胞外囊泡在促进创伤性中枢神经系统损伤后运动和神经功能恢复方面发挥了关键作用。

https://orcid.org/0000-0002-4490-0380 (Chunmei Chen); https://orcid.org/0000-0002-4483-7465 (Chunhua Wang)

Abstract: Although there are challenges in treating traumatic central nervous system diseases, mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (MSC-EVs) have recently proven to be a promising non-cellular therapy. We comprehensively evaluated the efficacy of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles in traumatic central nervous system diseases in this meta-analysis based on preclinical studies. Our meta-analysis was registered at PROSPERO (CRD42022327904, May 24, 2022). To fully retrieve the most relevant articles, the following databases were thoroughly searched: PubMed, Web of Science, The Cochrane Library, and Ovid-Embase (up to April 1, 2022). The included studies were preclinical studies of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles for traumatic central nervous system diseases. The Systematic Review Centre for Laboratory Animal Experimentation (SYRCLE)’s risk of bias tool was used to examine the risk of publication bias in animal studies. After screening 2347 studies, 60 studies were included in this study. A meta‐analysis was conducted for spinal cord injury (n = 52) and traumatic brain injury (n = 8). The results indicated that mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles treatment prominently promoted motor function recovery in spinal cord injury animals, including rat Basso, Beattie and Bresnahan locomotor rating scale scores (standardized mean difference [SMD]: 2.36, 95% confidence interval [CI]: 1.96–2.76, P < 0.01, I2 = 71%) and mouse Basso Mouse Scale scores (SMD = 2.31, 95% CI: 1.57–3.04, P = 0.01, I2 = 60%) compared with controls. Further, mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles treatment significantly promoted neurological recovery in traumatic brain injury animals, including the modified Neurological Severity Score (SMD = –4.48, 95% CI: –6.12 to –2.84, P < 0.01, I2 = 79%) and Foot Fault Test (SMD = –3.26, 95% CI: –4.09 to –2.42, P = 0.28, I2 = 21%) compared with controls. Subgroup analyses showed that characteristics may be related to the therapeutic effect of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles. For Basso, Beattie and Bresnahan locomotor rating scale scores, the efficacy of allogeneic mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles was higher than that of xenogeneic mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (allogeneic: SMD = 2.54, 95% CI: 2.05–3.02, P = 0.0116, I2 = 65.5%; xenogeneic: SMD: 1.78, 95%CI: 1.1–2.45, P = 0.0116, I2 = 74.6%). Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles separated by ultrafiltration centrifugation combined with density gradient ultracentrifugation (SMD = 3.58, 95% CI: 2.62–4.53, P < 0.0001, I2 = 31%) may be more effective than other EV isolation methods. For mouse Basso Mouse Scale scores, placenta-derived mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles worked better than bone mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles (placenta: SMD = 5.25, 95% CI: 2.45–8.06, P = 0.0421, I2 = 0%; bone marrow: SMD = 1.82, 95% CI: 1.23–2.41, P = 0.0421, I2 = 0%). For modified Neurological Severity Score, bone marrow-derived MSC-EVs worked better than adipose-derived MSC-EVs (bone marrow: SMD = –4.86, 95% CI: –6.66 to –3.06, P = 0.0306, I2 = 81%; adipose: SMD = –2.37, 95% CI: –3.73 to –1.01, P = 0.0306, I2 = 0%). Intravenous administration (SMD = –5.47, 95% CI: –6.98 to –3.97, P = 0.0002, I2 = 53.3%) and dose of administration equal to 100 μg (SMD = –5.47, 95% CI: –6.98 to –3.97, P < 0.0001, I2 = 53.3%) showed better results than other administration routes and doses. The heterogeneity of studies was small, and sensitivity analysis also indicated stable results. Last, the methodological quality of all trials was mostly satisfactory. In conclusion, in the treatment of traumatic central nervous system diseases, mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles may play a crucial role in promoting motor function recovery.

Key words: animals, central nervous system diseases, extracellular vesicles, mesenchymal stromal cell, meta-analysis, spinal cord injury, traumatic brain injury

. 间充质干细胞来源细胞外囊泡修复创伤性中枢神经系统损伤：系统综述和meta分析[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2023, 18(11): 2406-2412.

Zhelun Yang, Zeyan Liang, Jian Rao, Fabin Lin, Yike Lin, Xiongjie Xu, Chunhua Wang, Chunmei Chen. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles therapy in traumatic central nervous system diseases: a systematic review and meta-analysis#br#[J]. Neural Regeneration Research, 2023, 18(11): 2406-2412.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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文章快阅

延伸阅读

NRR：福建医科大学附属协和医院陈春美团队总结间充质干细胞来源的细胞外囊泡在创伤性中枢神经系统损伤中的疗效

撰文：杨哲伦，梁泽燕，饶剑，林法彬，林一可，徐雄杰，王春华，陈春美

创伤性中枢神经系统损伤主要指脊髓损伤和创伤性脑损伤，创伤性脑损伤常出现智力衰退、听力和视力丧失、偏瘫，甚至昏迷等症状。脊髓损伤可导致受神经支配平面以下截瘫。这些伤害不仅导致个人及其家庭生活质量下降，而且由于生产力损失和高昂的医疗成本，成为社会的负担。目前的治疗包括早期手术减压、糖皮质激素和神经营养药物治疗[1]。然而，这些治疗都不能很好地改善患者的神经恢复。因此，迫切需要新的治疗方法来预防或减缓创伤性中枢神经系统损伤继发性损伤的进展。间充质基质细胞（MSC）作为创伤性中枢神经系统损伤的治疗手段已被广泛研究[2]。然而，其致瘤性和免疫排斥成为其临床应用的障碍。幸运的是，研究表明MSC的显著疗效是由于其分泌细胞外囊泡(EVs)发挥的作用[3]。细胞外囊泡是细胞间通讯工具，主要分为几个亚型:凋亡小体、微囊泡(SMVs)和外泌体[3]。外泌体是来自核内体的小EV，直径40-150nm。SMVs是由质膜分泌的直径在100到1000nm之间的大EV。凋亡细胞释放直径为50-5000nm的异质EV称为凋亡小体。这些囊泡在大小上部分重叠，因此，纯EV亚型的分离面临巨大挑战[4]。EVs含有多种RNA和蛋白质，在创伤性中枢神经系统损伤治疗中发挥抗炎、抗凋亡和神经保护作用[5]。它们不仅可以替代细胞，还可以弥补细胞治疗的缺点，如免疫原性低和跨越屏障的作用。虽然EV已经得到了广泛的关注，但这种无细胞疗法仍有许多问题需要解决。在EV分离方法、细胞来源、EV亚型以及给药方案的最大益处等方面尚未达成共识。在从临床前研究向临床转化之前，需要系统地掌握这些实验方法，以便于规范用间充质基质细胞的细胞外囊泡(MSC-EVs)对创伤性中枢神经系统损伤的治疗方法。因此，研究者对近期使用MSC-EVs治疗创伤性中枢神经系统损伤的动物试验进行了系统回顾和荟萃分析。

最近，福建医科大学附属协和医院陈春美团队《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles therapy in traumatic central nervous system diseases: a systematic review and meta-analysis”的研究发现，在创伤性中枢神经系统损伤的治疗中，间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EV）可能在促进运动功能恢复方面起着至关重要的作用。

EV分离方法、细胞来源、EV亚型以及给药方案的最大益处等方面尚未达成共识。在从临床前研究转向临床转化之前，需要全方位和系统地掌握这些实验方法和来自间充质间质细胞(MSC-EVs)的细胞外囊泡对创伤性中枢神经系统损伤的疗效。因此，研究对近期使用MSC-EVs治疗创伤性中枢神经系统损伤的动物试验进行了系统回顾和荟萃分析。对于脊髓损伤和外伤性脑损伤，结果表明，与对照组相比，MSC-EVs治疗明显促进了脊髓损伤动物的运动功能恢复，大鼠BBB评分 (SMD: 2.36, 95% CI: 1.96 ~2.76, I²= 71%，P < 0.01)（图1）和小鼠BMS评分 (SMD: 2.31, 95% CI: 1.57 ~3.04, I²= 60%，P = 0.01) （图2）均有明显改善。与对照组相比，MSC-EVs治疗显著促进了TBI动物的神经功能恢复，包括mNSS(SMD:−4.48,95% CI:−6.12 ~−2.84,I²= 79%，P < 0.01) （图3）和足故障测试(SMD:−3.26,95% CI:−4.09 ~−2.42,I²= 21%，P = 0.28) （图4）。亚组分析显示，这些特征可能与MSC-EV的治疗效果有关。对于BBB评分，异体MSC-EVs的疗效高于异种MSC-EVs(异体:SMD: 2.54, 95% CI: 2.05 ~3.02, I²= 65.5%;异种:SMD: 1.78, 95% CI: 1.1 ~2.45, I²= 74.6%;P = 0.0116)。超滤离心联合密度梯度超速离心分离MSC-EV(SMD: 3.58, 95% CI: 2.62 ~4.53, I²= 31%，P < 0.0001)可能更有效。对于BMS评分，胎盘来源的MSC-EV比骨髓效果更好(胎盘:SMD: 5.25, 95% CI: 2.45 ~8.06, I²= 0%;骨髓:SMD: 1.82, 95% CI: 1.23 ~2.41, I²= 0%;P = 0.0421)。对于mNSS评分，骨髓来源的MSC-EV比脂肪更好(骨髓:SMD: -4.86, 95% CI: -6.66 ~ -3.06, I²= 81%;脂肪:SMD: -2.37, 95% CI: -3.73 ~ -1.01,I²= 0%;P = 0.0306)。静脉给药(SMD: -5.47, 95% CI: -6.98 ~ -3.97, I²= 53.3%，P = 0.0002)和给药剂量为100 μg (SMD: -5.47, 95% CI: -6.98 ~ -3.97, I²= 53.3%，P < 0.0001)效果较好。

图1 脊髓损伤大鼠BBB评分的meta分析（图源：Yang, et al., Neural Regen Res, 2023）

图2 SCI小鼠BMS评分的meta分析（图源：Yang, et al., Neural Regen Res, 2023）

图3 TBI动物mNSS的meta分析（图源：Yang, et al., Neural Regen Res, 2023）

图4 TBI动物足故障测试的meta分析（图源：Yang, et al., Neural Regen Res, 2023）

总而言之，MSC-EVs对创伤性中枢神经系统损伤的预后指标有显著促进作用，包括BBB、BMS、mNSS和足故障测试。这些发现表明MSC-EVs对创伤性中枢神经系统损伤的治疗作用，显著改善脊髓损伤动物的运动恢复和创伤性脑损伤动物的神经恢复。然而，该研究也有不足之处，就是本研究采用BBB、BMS、mNSS、足故障测试等主观的功能评分指标作为疗效评价的指标不够全面，后续可对一些客观的指标进行分析以巩固结果的稳定性。MSC-EVs的临床前研究对其在临床研究中的应用至关重要。已有大量的文献评价了MSC-EVs在创伤性中枢神经系统损伤中的作用。然而，没有试验直接比较不同组织或细胞来源的MSC-EVs在创伤性中枢神经系统损伤中的疗效。这一发现为未来的研究提供了思路。此外，MSC-EVs的给药剂量、给药途径和给药方法也没有最佳参数。因此，EVs的最佳治疗参数也应成为未来关注的焦点。这些研究大多证实了EVs治疗创伤性中枢神经系统损伤的有效性。但是，关于其安全性的研究只有一项，而且只得出结论MSC-EVs不会对肝脏和肺部造成损伤。因此，EVs的安全性研究也是未来研究应关注的。通过综合分析纳入研究的实验方法和EV参数，他们认为各研究之间仍然存在一定的异质性，影响了该研究的结果。因此，需要进一步规范临床前试验，以促进其临床转化。

原文链接：https://doi.org/10.4103/1673-5374.371376

参考文献

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[2] Harrop JS, Hashimoto R, Norvell D, et al. Evaluation of clinical experience using cell-based therapies in patients with spinal cord injury: a systematic review. J Neurosurg Spine. 2012;17:230-246.

[3] Théry C, Witwer KW, Aikawa E, et al. Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018): a position statement of the International Society for Extracellular Vesicles and update of the MISEV2014 guidelines. J Extracell Vesicles 2018;7:1535750

[4] Colombo M, Raposo G, Théry C. Biogenesis, secretion, and intercellular interactions of exosomes and other extracellular vesicles. Annu Rev Cell Dev Biol. 2014;30:255-289

[5] Yuan M, Liu N, Wang X, et al. The Mechanism of Exosomes Function in Neurological Diseases: A Progressive Review. Curr Pharm Des. 2018;24:2855-2861.

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