观点
退行性病与再生
解读基于细胞外囊泡联合治疗脊髓损伤的最新进展
汕头大学郭少维团队
撰写：王婷婷
脊髓损伤是一种严重的中枢系统损伤，常导致脊髓损伤平面以下严重的感觉、运动及自主神经功能障。目前，临床上治疗手段仅限于外科手术减压、大剂量甲强龙激素冲击、神经保护药物等，但是这些治疗的收效甚微，因此，探索新的治疗策略显得尤为重要。作为干细胞发挥生物学功能的旁分泌介质，细胞外囊泡已在再生医学领域崭露头角。各种细胞来源的细胞外囊泡已被运用于不同的脊髓损伤模型，这为治疗脊髓损伤开辟了新的无细胞疗法。最近有研究表明，不同细胞来源的细胞外囊泡主要是通过改善恶劣的损伤微环境来诱导神经再生[1]。但是，单独使用细胞外囊泡仍然存在着明显的不足，如细胞外囊泡通过系统注射后（如静脉或腹腔注射）可能被机体快速清除，存在靶向性不足，以及用于修复长节段缺损的脊髓组织面临着较大的障碍。因此，单一细胞外囊泡治疗往往难以诱导有意义的再生修复，联合治疗将可能更有效地实现脊髓损伤后的神经功能恢复。
最近来自中国汕头大学医学院郭少维团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Advances in extracellular vesicle-based combination therapies for spinal cord injury”的论文。该综述基于细胞外囊泡的最新的联合疗法，即细胞外囊泡联合纳米颗粒、外源性药物和或生物支架材料，指明了其向临床转化存在的主要问题。
系统注射细胞外囊泡可能因器官靶向能力较差而导致治疗效果不足[2]。因此，防止脱靶发生是将基于细胞外囊泡的治疗方法应用于脊髓损伤修复的关键前提。受磁导航理论的启发，有学者使用氧化铁纳米颗粒处理间充质干细胞，然后提取分泌的细胞外囊泡。在外磁场引导下，体内示踪荧光标记的含铁纳米颗粒的细胞外囊泡，发现其器官靶向效率较未含铁纳米颗粒的细胞外囊泡明显提高，因此，可以更显著地诱导损伤处新生血管形成，减少细胞凋亡和炎症，从而促进脊髓损伤小鼠恢复运动功能[3]。但是，采用亲脂质体染料标记细胞外囊泡并用荧光成像对含铁纳米颗粒的细胞外囊泡进行体内示踪可能无法反应其确切的体内分布情况，仍需要采用其他示踪模式，例如磁成像示踪，以更好地明确其体内分布及对器官的靶向性。
小干扰RNA是一种很有前景的RNA干扰武器，可用于沉默异常基因或敲除特定基因[4]，但是其难以跨越血脑屏障，且易被清除或降解，所以有效递送小干扰RNA到中枢神经组织靶点，进而发挥作用是一项困难的挑战[5]。细胞外囊泡是天然的RNA载体，存在克服这些障碍的潜力。有研究报道了以疏水修饰磷酸酶和紧张素蛋白同源物（PTEN）小干扰RNA负载到间充质干细胞源性细胞外囊泡中，经鼻腔内递送后，可有效地迁移到脊髓损伤部位，同时靶向内在再生屏障和外在炎症微环境，最终恢复完全性脊髓损伤大鼠的功能。类似地，间充质干细胞细胞外囊泡可负载结缔组织生长因子小干扰RNA，可通过抑制结缔组织生长因子的表达，促进脊髓损伤大鼠神经功能恢复[6]。
近期有报道称，细胞外囊泡可负载传统中药提取物小檗碱[7]或鞘氨醇1-磷酸受体-1的功能性拮抗剂FTY720[8]。体内外脊髓损伤实验表明，载有这些药物的细胞外囊泡表现出更强的抗炎和抗凋亡作用，具有更良好的神经损伤修复效果。
值得注意的是，向细胞外囊泡导入外源性药物或小干扰RNA的加载方法，需要尽可能避免对细胞外囊泡本身的结构或功能造成破坏，且需要在负载后进一步对负载的细胞外囊泡进行充分表征，以保证给药后的安全性。
近年来，生物材料科学的快速发展使生物材料在脊髓损伤治疗中得到了广泛的应用。用于脊髓损伤修复的生物材料应具有以下特征：1)具有与正常脊髓组织相似的力学性能；2)具有良好的生物相容性和生物降解性；3)完全填满腔体，并抑制瘢痕组织形成；4)可结合和释放促再生因子或支持移植细胞生长和分化；5)支持和引导再生轴突形成正确突触。迄今，不乏干细胞联合生物材料在临床前脊髓损伤模型的研究，且随着再生医学领域中细胞外囊泡的发展，细胞外囊泡越来越多地与生物材料联合使用，最大程度地促进内源性神经再生和桥接受损脊髓。截至目前，多种支架材料已和细胞外囊泡联合运用于修复脊髓损伤，如各种形式的甲基丙烯酸明胶（GelMA）水凝胶（包括GelMA导电水凝胶、GelMA微针阵列贴片、GelMA/HA-NB/LAP水凝胶等）、透明质酸水凝胶、F127-聚柠檬酸-聚乙烯亚胺水凝胶、纤维蛋白水凝胶以及胶原蛋白支架。通过局部注射或者植入含细胞外囊泡生物支架材料，可在脊髓病灶富集细胞外囊泡，并缓慢释放，从而最大程度地抑制继发性损伤，为神经再生创造良好的环境。
综上所述，基于细胞外囊泡的联合方案治疗脊髓损伤前景巨大，但是郭少维等指出应当重视目前转化过程中的一些问题。1)从不同培养条件和不同分离方法获得的细胞外囊泡的大小、纯度和成分应标准化；2) 需要寻找大规模生产药品生产质量管理规范（GMP）的细胞外囊泡的策略；3)需要明确可靠的细胞外囊泡给药策略，包括最佳的细胞外囊泡剂量是多少？是否存在量效关系？从动物到临床不同种属之间该如何换算剂量？何种给药途径是最适合的？不同细胞来源的细胞外囊泡是否具有不同的效果？4)负载细胞外囊泡的生物材料是否可满足前述要求，如完全充填病损组织，正确引导再生轴突生长，具备良好力学特性？以及如何负载细胞外囊泡在材料上，以实现最佳的细胞外囊泡控释效果？5)目前的细胞外囊泡联合疗法仅在脊髓损伤急性期实施，主要目的是遏制神经炎症和保护神经元，而对于非急性期的脊髓损伤是否有益，需待进一步探索。总之，基于细胞外囊泡的联合疗法是治疗脊髓损伤的重要手段之一，优化联合方案有望为临床脊髓损伤患者提供新的有效治疗途径。
王婷婷博士为论文的第一作者。
原文链接：https://doi.org/10.4103/1673-5374.377413
引用本文：Wang T, Huang G, Yi Z, Dai S, Zhuang W, Guo S (2024) Advances in extracellular vesicle-based combination therapies for spinal cord injury. Neural Regen Res 19(2):369-374.
