miR-27a升高的脑内皮细胞源性小细胞外囊泡可促进缺血性脑卒中恢复

doi:10.4103/NRR.NRR-D-22-01292

摘要/Abstract

摘要：

轴突重塑是缺血性脑修复过程的一个重要方面，有助于自发性功能恢复。作者既往的体外研究表明，从缺血性大脑内皮细胞（CEC-sEVs）中分离出的外泌体/小细胞外囊泡（sEVs）能促进胚胎皮质神经元的轴突生长，而且缺血性 CEC-sEVs 中的 miR-27a 水平升高。为了解与非工程CEC-sEVs治疗相比，富含miR-27a水平的正常CEC-sEVs（27a-sEVs）是否能进一步促进轴突生长，并改善缺血性脑卒中后的神经功能预后。实验从转染了慢病毒 miR-27a 表达载体的健康小鼠 CEC 的条件培养基中分离出27a-sEVs。以转染了干扰载体（Scra-sEVs）的CECs中分离出的小Evs作为对照。成年雄性小鼠接受永久性大脑中动脉阻塞，然后随机接受27a-sEVs或Scra-sEVs治疗。与Scra-sEVs治疗的脑缺血小鼠相比，使用27a-sEVs治疗可显著增强梗死周围区和去神经支配侧脊髓灰质的皮质脊髓束中的轴突和棘突，并显著改善神经功能预后。体外研究显示，携带miR-27a水平下降的 CEC-sEV 会抑制 27a-sEV 增强的轴突生长。超微结构分析显示，系统给药的27a-sEV优先定位于突触前活性区，而定量反转录聚合酶链反应和Western印迹分析显示，梗死周围区miR-27a升高，轴突抑制蛋白Semaphorin 6A和Ras同源家族成员A水平减少。Clathrin依赖性内吞途径的阻断大大减少了27a-sEVs的神经元内化。以上证据表明，脑内皮细胞源性小细胞外囊泡中的27a-sEVs可促进缺血性脑卒中轴突重塑和改善神经功能预后。抑制轴突抑制蛋白（如 Semaphorin 6A）可能有助于 27a-sEVs 对轴突重塑的有益作用。

https://orcid.org/0000-0001-8373-017X (Yi Zhang); https://orcid.org/0000-0002-9018-7723 (Zheng Gang Zhang)

Abstract: Axonal remodeling is a critical aspect of ischemic brain repair processes and contributes to spontaneous functional recovery. Our previous in vitro study demonstrated that exosomes/small extracellular vesicles (sEVs) isolated from cerebral endothelial cells (CEC-sEVs) of ischemic brain promote axonal growth of embryonic cortical neurons and that microRNA 27a (miR-27a) is an elevated miRNA in ischemic CEC-sEVs. In the present study, we investigated whether normal CEC-sEVs engineered to enrich their levels of miR-27a (27a-sEVs) further enhance axonal growth and improve neurological outcomes after ischemic stroke when compared with treatment with non-engineered CEC-sEVs. 27a-sEVs were isolated from the conditioned medium of healthy mouse CECs transfected with a lentiviral miR-27a expression vector. Small EVs isolated from CECs transfected with a scramble vector (Scra-sEVs) were used as a control. Adult male mice were subjected to permanent middle cerebral artery occlusion and then were randomly treated with 27a-sEVs or Scra-sEVs. An array of behavior assays was used to measure neurological function. Compared with treatment of ischemic stroke with Scra-sEVs, treatment with 27a-sEVs significantly augmented axons and spines in the peri-infarct zone and in the corticospinal tract of the spinal grey matter of the denervated side, and significantly improved neurological outcomes. In vitro studies demonstrated that CEC-sEVs carrying reduced miR-27a abolished 27a-sEV-augmented axonal growth. Ultrastructural analysis revealed that 27a-sEVs systemically administered preferentially localized to the pre-synaptic active zone, while quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction and Western Blot analysis showed elevated miR-27a, and reduced axonal inhibitory proteins Semaphorin 6A and Ras Homolog Family Member A in the peri-infarct zone. Blockage of the Clathrin-dependent endocytosis pathway substantially reduced neuronal internalization of 27a-sEVs. Our data provide evidence that 27a-sEVs have a therapeutic effect on stroke recovery by promoting axonal remodeling and improving neurological outcomes. Our findings also suggest that suppression of axonal inhibitory proteins such as Semaphorin 6A may contribute to the beneficial effect of 27a-sEVs on axonal remodeling.

Key words: axonal remodeling, cerebral endothelial cells, exosomes, miR-27a, mitochondria, Semaphorin 6A, small extracellular vesicles, stroke

. miR-27a升高的脑内皮细胞源性小细胞外囊泡可促进缺血性脑卒中恢复[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2025, 20(1): 224-233.

Yi Zhang, Zhongwu Liu, Michael Chopp, Michael Millman, Yanfeng Li, Pasquale Cepparulo, Amy Kemper, Chao Li, Li Zhang, Zheng Gang Zhang. Small extracellular vesicles derived from cerebral endothelial cells with elevated microRNA 27a promote ischemic stroke recovery[J]. Neural Regeneration Research, 2025, 20(1): 224-233.

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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：美国亨利·福特医院学者揭示miR-27a促进缺血性脑卒中恢复的机制

脑卒中后通常会出现自发性神经功能恢复，但往往是不完全的。轴突重塑是大脑修复的一个重要方面，有助于有限地自发减少神经功能缺损。轴突抑制因子是miRNA可能靶向的基因之一，通过microRNA-27a (miR-27a)抑制Sema6A可促进轴突生长。

外泌体（Exosomes）是小细胞外囊泡（sEVs）的主要成分，几乎所有细胞都会释放外泌体。sEVs 通过转移包括 miRNAs 在内的蛋白质组和基因组材料，在细胞间通信中发挥着重要作用。美国亨利·福特医院学者Zheng Gang Zhang等既往的体外研究表明，即使在有 CSPGs 的情况下，缺血性大脑的脑内皮细胞（CECs）来源的 sEVs（CEC-sEVs）也能通过下调 Sema6A 和 RhoA 显著促进胚胎皮质神经元的轴突生长。缺血性 CEC-sEV 富含 miR-27a 和 miR-19a 等，这表明缺血性 CEC-sEV中富含的这些 miRNA 有助于缺血性 CEC-sEV 促进轴突生长。此外，他们还证实，来源于健康 CECs 的 sEVs 对急性缺血性脑卒中有很强的治疗作用，能减少缺血大鼠的神经血管损伤。因此，Zheng Gang Zhang等在发表于《中国神经再生研究（英文版）》杂志2025年1期的研究中，假设携带富集 miR-27a 的工程化CEC-sEVs（27a-sEVs）对局灶性脑缺血成年小鼠的轴突重塑和神经功能预后具有更强的治疗效果。

实验从转染了慢病毒 miR-27a 表达载体的健康小鼠 CEC 的条件培养基中分离出27a-sEVs。以转染了干扰载体（Scra-sEVs）的CECs中分离出的小Evs作为对照。成年雄性小鼠接受永久性大脑中动脉闭塞（MCAO），然后随机接受27a-sEVs或Scra-sEVs治疗。与Scra-sEVs治疗的MCAO相比，使用27a-sEVs治疗可显著增强梗死周围区和去神经支配侧脊髓灰质的皮质脊髓束中的轴突和棘突，并显著改善神经功能预后。体外研究显示，携带miR-27a水平下降的 CEC-sEV 会抑制 27a-sEV 增强的轴突生长。超微结构分析显示，系统给药的27a-sEV优先定位于突触前活性区，而定量反转录聚合酶链反应和Western印迹分析显示，梗死周围区miR-27a升高，轴突抑制蛋白Semaphorin 6A和Ras同源家族成员A水平减少。Clathrin依赖性内吞途径的阻断大大减少了27a-sEVs的神经元内化。以上证据表明，脑内皮细胞源性小细胞外囊泡中的27a-sEVs可促进缺血性脑卒中轴突重塑和改善神经功能预后。抑制轴突抑制蛋白（如 Semaphorin 6A）可能有助于 27a-sEVs对轴突重塑的有益作用。该研究成果为缺血性脑卒中后功能的恢复提供了新的干预思路。