神经系统和神经退行性疾病中细胞外囊泡的病理和治疗作用

doi:10.4103/1673-5374.375301

摘要/Abstract

摘要： https://orcid.org/0000-0003-3145-9538 (Vicente Felipo)

Abstract: Extracellular vesicles are released by all cell types and contain proteins, microRNAs, mRNAs, and other bioactive molecules. Extracellular vesicles play an important role in intercellular communication and in the modulation of the immune system and neuroinflammation. The cargo of extracellular vesicles (e.g., proteins and microRNAs) is altered in pathological situations. Extracellular vesicles contribute to the pathogenesis of many pathologies associated with sustained inflammation and neuroinflammation, including cancer, diabetes, hyperammonemia and hepatic encephalopathy, and other neurological and neurodegenerative diseases. Extracellular vesicles may cross the blood-brain barrier and transfer pathological signals from the periphery to the brain. This contributes to inducing neuroinflammation and cognitive and motor impairment in hyperammonemia and hepatic encephalopathy and in neurodegenerative diseases. The mechanisms involved are beginning to be understood. For example, increased tumor necrosis factor α in extracellular vesicles from plasma of hyperammonemic rats induces neuroinflammation and motor impairment when injected into normal rats. Identifying the mechanisms by which extracellular vesicles contribute to the pathogenesis of these diseases will help to develop new treatments and diagnostic tools for their easy and early detection. In contrast, extracellular vesicles from mesenchymal stem cells have therapeutic utility in many of the above pathologies, by reducing inflammation and neuroinflammation and improving cognitive and motor function. These extracellular vesicles recapitulate the beneficial effects of mesenchymal stem cells and have advantages as therapeutic tools: they are less immunogenic, may not differentiate to malignant cells, cross the blood-brain barrier, and may reach more easily target organs. Extracellular vesicles from mesenchymal stem cells have beneficial effects in models of ischemic brain injury, Alzheimer’s and Parkinson’s diseases, hyperammonemia, and hepatic encephalopathy. Extracellular vesicles from mesenchymal stem cells modulate the immune system, promoting the shift from a pro-inflammatory to an anti-inflammatory state. For example, extracellular vesicles from mesenchymal stem cells modulate the Th17/Treg balance, promoting the anti-inflammatory Treg. Extracellular vesicles from mesenchymal stem cells may also act directly in the brain to modulate microglia activation, promoting a shift from a pro-inflammatory to an anti-inflammatory state. This reduces neuroinflammation and improves cognitive and motor function. Two main components of extracellular vesicles from mesenchymal stem cells which contribute to these beneficial effects are transforming growth factor-β and miR-124. Identifying the mechanisms by which extracellular vesicles from mesenchymal stem cells induce the beneficial effects and the main molecules (e.g., proteins and mRNAs) involved may help to improve their therapeutic utility. The aims of this review are to summarize the knowledge of the pathological effects of extracellular vesicles in different pathologies, the therapeutic potential of extracellular vesicles from mesenchymal stem cells to recover cognitive and motor function and the molecular mechanisms for these beneficial effects on neurological function.

Key words: extracellular vesicles, inflammation, cognitive function, mesenchymal stem cells, neurodegenerative diseases, neuroinflammation, therapy, transforming growth factor-β

. 神经系统和神经退行性疾病中细胞外囊泡的病理和治疗作用[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(1): 55-61.

Paula Izquierdo-Altarejos, Victoria Moreno-Manzano, Vicente Felipo. Pathological and therapeutic effects of extracellular vesicles in neurological and neurodegenerative diseases[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(1): 55-61.

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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延伸阅读

NRR：西班牙学者认为细胞外囊泡有益于神经系统和神经退行性疾病的治疗

细胞外囊泡由所有细胞类型释放，含有蛋白质、微RNA、mRNA和其他生物活性分子。细胞外囊泡在细胞间交流以及免疫系统和神经炎症的调控中发挥着重要作用。在病理情况下，细胞外囊泡的货物（如蛋白质和microRNAs）会发生改变。细胞外囊泡参与许多与持续炎症和神经炎症有关的病症的发病机制，包括癌症、糖尿病、高氨血症和肝性脑病，以及其他神经和神经退行性疾病。细胞外囊泡可能穿过血脑屏障，将病理信号从外周传递到大脑，导致高氨血症和肝性脑病以及神经退行性疾病中诱发神经炎症和认知及运动障碍。确定细胞外囊泡对这些疾病的发病机制，将有助于开发新的治疗方法和诊断工具，使其易于早期检测。相反，来自间充质干细胞的细胞外囊泡通过减少炎症和神经炎症以及改善认知和运动功能，对上述许多病症具有治疗作用。这些细胞外囊泡再现了间充质干细胞的有益作用，并具有作为治疗工具的优势：它们的免疫原性较低，可能不会分化为恶性细胞，可穿过血脑屏障，并可能更容易到达目标器官。来自间充质干细胞的细胞外囊泡在缺血性脑损伤、阿尔茨海默病和帕金森病、高氨血症和肝性脑病的模型中具有有益的作用。来自间充质干细胞的细胞外囊泡能调节免疫系统，促进其从促炎症状态转变为抗炎症状态。例如，来自间充质干细胞的细胞外囊泡调节Th17/Treg平衡，促进抗炎的Treg。间充质干细胞的细胞外囊泡也可能直接作用于大脑，调节小胶质细胞的激活，促进从促炎症状态转变为抗炎症状态。这可以减少神经炎症，改善认知和运动功能。来自间充质干细胞的细胞外囊泡的两个主要成分是转化生长因子-β和miR-124，它们有助于这些有益的影响。确定来自间充质干细胞的细胞外囊泡诱发有益作用的机制和涉及的主要分子（如蛋白质和mRNAs）可能有助于提高其治疗效用。

西班牙普林西比-费利佩研究中心的Vicente Felipo团队在发表于《中国神经再生研究(英文版)》 (Neural Regeneration Research)2024年1期的综述文章中，总结了细胞外囊泡在神经系统和神经退行性疾病中的病理作用机制，间充质干细胞的细胞外囊泡在恢复认知和运动功能方面的治疗潜力，以及其对神经功能有益作用的分子机制。