综述：不同外部刺激条件下急性脑损伤后小胶质细胞来源的细胞外囊泡对中枢神经系统常驻细胞群的影响

《Molecular Neurobiology》：Impact of Microglia-Derived Extracellular Vesicles on Resident Central Nervous System Cell Populations After Acute Brain Injury Under Various External Stimuli Conditions

这篇综述聚焦急性脑损伤（ABI），探讨小胶质细胞来源的细胞外囊泡（EVs）对中枢神经细胞的影响及潜在应用。

　　

急性脑损伤（ABI）概述

急性脑损伤（ABI）在全球神经外科病例中占比颇高，每年新增病例众多且呈上升趋势。其病因多样，常见的有创伤性脑损伤（TBI）、脑出血（ICH）、缺血性中风和中暑等。这些病因会引发复杂的病理生理变化，导致神经元死亡、炎症反应和组织重塑等。比如，脑出血的急性期病理机制主要涉及血肿的物理压迫以及对周围组织的继发性损伤，包括局部缺血和炎症反应引发的神经元凋亡和坏死；脑缺血是指供应脑组织的动脉阻塞或显著狭窄，致使局部血流减少或中断，进而引发神经元和神经胶质细胞的能量危机、代谢紊乱，出现缺氧、能量耗竭、酸中毒、兴奋性毒性、氧化应激和继发性炎症反应等病理特征；TBI 早期，机械力会直接损伤脑组织，随后的继发性损伤，如广泛的细胞凋亡、炎症和脑血流紊乱，会加剧损伤程度；中暑诱导的急性神经损伤机制则包括对脑组织的直接热损伤、全身炎症反应综合征（SIRS）和脓毒性脑病。理解这些病理反应，对制定有效的治疗和预防策略至关重要。

目前，ABI 的主要治疗方法是防止脑组织进一步受损，包括手术清除血肿、切除坏死组织、血管再通技术（如血栓切除术和溶栓术），以及使用皮质类固醇、亚低温治疗、抗癫痫药物和止血剂等减少继发性损伤，还有高压氧治疗、神经康复和干细胞治疗等促进神经组织修复和功能恢复的方法。然而，由于神经系统的敏感性和脆弱性，这些方法往往难以实现有效的神经修复。

小胶质细胞在 ABI 后的变化

在 ABI 过程中，小胶质细胞迅速响应并被激活。激活过程伴随着形态和生化改变，初期会释放一系列促炎细胞因子（如 IL-1β、TNF-α 和 IL-6）、趋化因子和自由基，在启动和维持局部炎症反应中发挥关键作用。而在损伤的恢复阶段，小胶质细胞会转变为抗炎和神经营养状态，释放脑源性神经营养因子（BDNF）、转化生长因子 -β（TGF-β）和胰岛素样生长因子 - 1（IGF-1）等物质，这些物质有助于促进神经元存活、轴突再生和突触重塑。此外，小胶质细胞还能通过调节血脑屏障（BBB）通透性、促进血管生成和支持神经干细胞（NSCs）分化，进一步支持中枢神经系统的长期修复和功能恢复。

不过，小胶质细胞过度或持续激活也会带来负面影响，可能导致慢性炎症和神经毒性，加剧阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的进展，还会引发慢性神经性疼痛。

细胞外囊泡（EVs）的组成与功能

细胞外囊泡（EVs）是细胞分泌到细胞外环境的膜包裹结构，广泛存在于几乎所有体液中。根据大小和来源，EVs 通常分为外泌体、微囊泡和凋亡小体。从结构上看，EVs 具有类似细胞膜的脂质双层，能够携带多种生物活性分子，包括蛋白质、脂质、RNA（mRNA 和 miRNA）和 DNA 片段。它们通过膜相互作用、融合或内吞等机制将携带的物质传递给靶细胞，从而调节受体细胞的功能和行为。在神经保护、调节神经炎症、细胞间通讯、药物递送和疾病诊断等方面，EVs 都展现出显著优势。

在中枢神经系统（CNS）的细胞间相互作用中，EVs 发挥着重要作用。在生理和病理条件下，CNS 中各种细胞分泌的 EVs 都有助于细胞间的信息传递。例如，少突胶质细胞释放的 EVs 能为神经元轴突提供营养支持，神经元分泌的 EVs 则可保护内皮细胞，维持血脑屏障（BBB）的完整性。但脑损伤后，CNS 细胞功能失调，释放的 EVs 会对周围细胞产生影响，比如神经元和星形胶质细胞释放的 EVs 可调节小胶质细胞的极化。以往对脑损伤的研究多集中于调节小胶质细胞的表型，传统上小胶质细胞被分为 M1（经典激活）和 M2（替代激活）两种状态，不过近年来研究发现，体内小胶质细胞的激活状态受多种环境和信号因素影响，可能呈现出连续的状态。现有研究表明，不同刺激下小胶质细胞来源的 EVs 所含活性成分差异显著，这也是未来研究的关键方向。

小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的影响

神经元是中枢神经系统中高度特化的细胞，负责传递和处理电信号。ABI 后，神经元可能发生程序性细胞死亡（凋亡）或非程序性细胞死亡（坏死），防止神经元凋亡或坏死对改善神经功能结局至关重要。下面将探讨不同刺激下小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的影响。

• IL-4 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：白细胞介素 - 4（IL-4）是一种重要的抗炎细胞因子，在中枢神经系统中发挥着多方面的关键作用。研究发现，氧糖剥夺（OGD）后神经元中 USP14 水平升高，抑制 USP14 可增强蛋白酶体活性，减少氧化应激诱导的细胞凋亡。IL-4 刺激的小胶质细胞来源的 EVs 富含 miR-124，它能模拟 USP14 抑制剂 IU1 的作用，减少神经元凋亡，改善小鼠中风后 3 天的神经功能缺损。此外，Zhang Dianquan 等人发现，IL-4 可上调小胶质细胞 EVs 中的 miR-137，通过抑制 Notch1 表达减少神经元凋亡；Liu Yue 等人发现，OGD 后神经元中 TXNIP 表达上调，miR-135a-5p 通过靶向 TXNIP 并下调 NLRP3 炎性小体表达，促进神经元增殖并抑制凋亡；Li Zhongchen 等人的研究揭示，缺血影响的原代神经元、动物脑组织和中风患者外周血中 OIP5-AS1 表达降低，导致细胞凋亡增加，而用神经保护性的 IL-4 激活的小胶质细胞处理可增强 OIP5-AS1 表达，通过负向调节 TXNIP 减少神经元凋亡；近年来，铁死亡在神经元损伤研究中备受关注，OGD 后神经元积累 ROS 和 Fe²⁺，而小胶质细胞来源的 EVs 中富含的 miR-124-3p 可通过抑制 NCOA4 减轻铁死亡，降低 ROS 和 Fe²⁺水平；在谷氨酸诱导的神经元损伤模型中，miR124-3p 靶向 ROCK 基因，影响 ROCK/PTEN/AKT/mTOR 通路，抑制 ROCK，降低 PTEN 表达，增加 p-Akt 和 mTOR 水平，从而增强线粒体膜电位，减少氧化应激，降低细胞毒性和凋亡。

• OGD 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：OGD 常用于研究中风后的细胞和分子机制，它能激活小胶质细胞，促使其从静息状态转变为激活状态，形态也从分支状变为圆形或阿米巴样。随着 OGD 暴露时间延长，小胶质细胞分泌的促炎和抗炎细胞因子水平会发生动态变化，通过自分泌和旁分泌信号影响周围细胞。研究表明，OGD 处理后小胶质细胞来源的囊泡富含 TGF-β，通过 TGF-β/Smad 通路可减轻神经元凋亡，促进中风早期保护性小胶质细胞的极化。Li Si-Si 等人发现，缺血半暗带附近小胶质细胞中 miR-212-5p 表达降低，而神经元中 PLXNA2、RhoA 和 ROCK2 表达增加，促进神经元凋亡，增强 miR-212-5p 表达可抑制 PLXNA2，减少凋亡，促进轴突可塑性，减少轴突变性，改善大鼠运动功能恢复。但也有研究发现，OGD 后小胶质细胞中富集的 miR-124 靶向并抑制 SOCS1，会加剧神经元的炎症反应。这些研究结果表明，OGD 处理的小胶质细胞和神经元中的各种 miRNA 发挥着不同的调节作用，影响神经元的存活和功能恢复。

• TBI 脑提取物处理的小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：TBI 会导致实质性损伤，释放大量炎症细胞因子和损伤相关分子模式（DAMPs），激活小胶质细胞。当用 TBI 模型的脑提取物处理小胶质细胞时，富集的 miR-124-3p 靶向并抑制神经元中 FIP200 的表达，降低自噬和凋亡相关蛋白的表达，减少神经元的自噬信号，从而改善小鼠的运动和记忆功能。此外，miR-124-3p 还可通过靶向 PDE4B 直接抑制 mTOR 通路，促进体外轴突生长，减少神经炎症，促进小鼠神经功能恢复。Ge Xintong 等人发现，重复性 TBI（rmTBI）会导致脑组织中 BDNF 和 Neurogranin 表达降低，VILIP-1 表达增加，APP 和 β- 淀粉样蛋白水平降低，引发一系列神经退行性反应，而 miR-124-3p 可通过靶向神经元中的 Rela 减轻神经退行性变，促进淀粉样蛋白降解，增强 ApoE 表达，改善 rmTBI 后的认知功能。以往研究还表明，TBI 后的长期损伤与持续的内质网（ER）应激有关，神经元在缺血、氧化应激和神经毒素暴露等应激条件下会激活 ER 应激反应，以恢复 ER 稳态并维持细胞功能，主要涉及激活三种未折叠蛋白反应（UPR）信号通路：IRE1、PERK 和 ATF6。Wang Yan 等人证明，在小胶质细胞中过表达 miR-124-3p 并转移到神经元中，可特异性靶向并结合 IRE1α，减轻重复轻度创伤性脑损伤后的 ER 应激，减少神经元凋亡。类似地，Zhao Chengcheng 等人发现，受伤神经元优先吸收未受伤小胶质细胞释放的 EVs，TBI 中，小胶质细胞中 miR-5121 的显著下调严重损害神经元轴突的生长和修复，在神经元中过表达 miR-5121 靶向 RGMa 并抑制 RhoA-Rho 通路，可促进轴突生长和突触恢复，最终增强小鼠的运动功能。

• 热应激干预后小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：热应激可通过多种途径影响中枢神经系统，严重热应激会增加脑血流量，影响脑代谢和自主神经系统功能。神经元对热应激尤为敏感，高温会导致蛋白质变性和氧化应激，引发神经元损伤和死亡，还会增加神经元内的钙水平，激活 caspase 等一系列信号通路，最终导致细胞凋亡。Li Ping 等人的研究表明，热应激后神经元中的自噬适度增加，且与热应激后小胶质细胞来源的 EVs 中的 miR-155 呈正相关，miR-155 靶向神经元中的 Rheb，抑制 mTOR 信号通路活性，加速神经元自噬。Zhu Jie 等人则发现，热应激干预后另一种 miRNA——miR-466i-5p 表达上调，它靶向 bcl-2 并激活 caspase-3 通路，在体内外均可诱导神经元凋亡。

• 低温处理的小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：脂多糖（LPS）是一种强效的促炎剂，常用于模拟神经炎症的研究。LPS 与免疫细胞表面的 Toll 样受体 4（TLR4）结合后，会激活一系列信号通路，引发强烈的炎症反应。小胶质细胞被 LPS 激活后释放的 EVs 会损害神经元轴突功能。Wang Chuanfang 等人发现，LPS 干预后，对小胶质细胞进行低温孵育可降低 IL-1β、IL-6 和 iNOS mRNA 水平，减轻神经元损伤，促进脑损伤部位周围的神经生长和轴突恢复。进一步研究揭示，低温条件下 LPS 激活的小胶质细胞来源的 EVs 富含 miR-20b-5p，它靶向并抑制 PTEN，激活 PI3K-AKT 通路，促进轴突生长和突触修复，改善小鼠中风后的运动功能。此外，miR-20b-5p 可降低 IL-1β、IL-6 和 iNOS mRNA 水平，而 M2 表型小胶质细胞的标志物（如 IL-10、CD206 和 ARG-1）不受影响，这表明低温处理可选择性抑制 M1 小胶质细胞，而不影响 M2 小胶质细胞，但具体机制仍有待进一步研究。

• OxyHb 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对神经元的作用：脑出血（ICH）是一种严重的脑血管疾病，死亡率和发病率都很高。ICH 后，包括红细胞、白细胞、血小板和血浆蛋白在内的各种血液成分会渗入脑实质。Wei 等人观察到，ICH 后脑组织中坏死性凋亡相关蛋白和 miR-383-3p 表达显著增加。在神经元与 OxyHb 处理的小胶质细胞条件培养基共培养实验中，检测到神经元中 miR-383-3p 上调，而直接用 OxyHb 处理神经元则未出现这种现象。进一步研究发现，激活的小胶质细胞分泌的囊泡富含 miR-383-3p，它靶向 ATF4，降低神经元中 ATF4 的表达，促进神经元坏死性凋亡，加剧 ICH 后的神经元死亡。

小胶质细胞来源的 EVs 对星形胶质细胞的影响

星形胶质细胞是中枢神经系统中数量最多的神经胶质细胞，通过广泛的突起与神经元、血管和其他神经胶质细胞形成复杂的网络。在神经损伤或疾病发生时，星形胶质细胞会发生反应性星形胶质化，表现为细胞增殖、肥大和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）表达增加。这种增殖反应有助于隔离损伤部位、限制炎症扩散，但也可能形成胶质瘢痕，阻碍再生过程。

• IL-4 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对星形胶质细胞的作用：以往研究表明，脑缺血后星形胶质细胞瘢痕的形成与 STAT3 和磷酸化 STAT3（pSTAT3）表达增加以及 GFAP 蛋白水平升高有关，最终导致星形胶质细胞增殖和迁移。Li Zongwei 等人发现，用 IL-4 刺激的 M2 型小胶质细胞来源的 EVs 干预小鼠大脑中动脉闭塞（tMCAO）后，可显著抑制星形胶质细胞的增殖和迁移，同时促进星形胶质细胞向神经祖细胞（NPCs）的转化。进一步分析发现，M2 型小胶质细胞来源的 EVs 干预可使小鼠大脑中 miR-124 水平显著升高，通过阻断 STAT3 信号通路减轻星形胶质细胞瘢痕的形成，而敲低 miR-124 则会逆转这种改善效果。此外，该研究团队还发现，Notch1 的激活似乎会促进 NPCs 向星形胶质细胞分化，tMCAO 后 Notch1 表达增加，但用 M2-EVs 及其所含的 miR-124 干预可降低 Notch1 表达，增加 Sox2 和 Nestin 的表达，促进星形胶质细胞向 NPCs 的表型转化。

同时，星形胶质细胞通过星状突起与血管紧密相互作用，形成 “终足”，为脑血管提供物理支持，维持血脑屏障（BBB）的结构完整性。Pan Jia-Ji 等人发现，M2 型小胶质细胞来源的 EVs 进入小鼠大脑后会被星形胶质细胞摄取，减轻中风后 BBB 的破坏。进一步研究表明，M2 型小胶质细胞干预后小鼠大脑中 MMPs 和 NF-κB 信号通路相关分子下调，体内外实验均证明，M2-EVs 中的 miR-23a-5p 转移到星形胶质细胞中，可下调 TNF、MMP3 和 NF-κB p65 的表达，从而保护脑缺血后的 BBB，改善小鼠的神经功能恢复。

小胶质细胞来源的 EVs 对少突胶质细胞的影响

少突胶质细胞是中枢神经系统中至关重要的神经胶质细胞，主要负责在轴突周围形成和维持髓鞘。这些髓鞘为轴突上的电信号传导提供必要的绝缘，显著提高神经信号传递的速度和效率。

• IL-4 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对少突胶质细胞的作用：ABI 会导致少突胶质细胞和髓鞘受损，影响神经信号传递和神经功能恢复。ABI 后，小胶质细胞数量会随时间逐渐增加，在损伤早期，年轻的小胶质细胞对少突胶质细胞前体细胞（OPCs）的分化有积极影响，可限制髓鞘损伤，但在损伤后约 14 天，小胶质细胞会出现衰老和功能障碍，对髓鞘再生产生不利影响。而 IL-4 刺激的小胶质细胞分泌的 EVs 可促进缺血区域附近小胶质细胞的再生和激活，这些 EVs 还携带跨膜 TNF（tmTNF），激活 TNFR2，增强 OPC 分化和髓鞘形成，改善小鼠的运动功能和认知障碍。另一项研究表明，tMCAO 后连续 7 天给予 IL-4 刺激的小胶质细胞 EVs，可显著改善小鼠在第 28 天的认知和运动功能。对 EVs 内容物的分析发现，其中富含 miR-23a-5p，它能促进髓鞘修复。Olig3 是一种在神经元和神经胶质细胞中表达的基因，在少突胶质细胞发育中起关键作用，miR-23a-5p 通过抑制 Olig3 表达，促进 OPC 分化为成熟的少突胶质细胞，减少脑萎缩，增强神经功能恢复。

小胶质细胞来源的 EVs 对小胶质细胞的影响

小胶质细胞是中枢神经系统的常驻免疫细胞，通过细胞突起的运动持续监测周围环境，能够检测并响应神经元损伤、病原体入侵等病理变化。ABI 后，小胶质细胞可通过分泌含有 miRNA 和蛋白质的 EVs 调节特定信号通路，抑制或激活促炎或抗炎反应，维持炎症平衡，在损伤反应和修复中发挥多方面作用。

• OGD 处理的小胶质细胞来源的 EVs 对小胶质细胞的作用：在 OGD 条件下，小胶质细胞