外泌体疗法保护暴露于慢性甲基苯丙胺的小鼠的海马体：对血管生成和炎症信号通路的启示

《Neuropharmacology》：Exosome Therapy Protects the Hippocampus in Mice Exposed to Chronic Methamphetamine: Insights into Angiogenic and Inflammatory Signaling Pathways

甲基苯丙胺暴露导致小鼠海马体认知障碍和神经退行性变，本研究通过给予间充质干细胞衍生的外泌体治疗，发现其能改善空间和识别记忆，促进HIF-1α、VEGF及DCX表达，抑制TNF-α炎症反应，证实外泌体治疗对甲基苯丙胺暴露小鼠具有神经保护作用。

　　

Solmaz Fallahi | Hamid Soltani Zangbar | Fariba Ghiasi | Gisou Mohaddes | Fereshteh Farajdokht

摘要

甲基苯丙胺（Meth）的暴露会导致海马体的认知功能障碍和神经退行性变。鉴于外泌体疗法作为一种治疗神经系统疾病的新方法，本研究旨在探讨间充质干细胞（MSC）来源的外泌体对甲基苯丙胺处理小鼠的海马体血管生成、炎症和认知功能的影响。小鼠每天注射5毫克/千克的甲基苯丙胺，持续30天，在甲基苯丙胺暴露后连续三天通过静脉注射100微克的MSC来源外泌体。使用Y迷宫测试和新物体识别测试（NORT）来评估空间记忆和识别记忆，而运动功能则通过开放场测试（OFT）进行评估。结果显示，外泌体疗法改善了空间记忆和识别记忆。此外，接受治疗的甲基苯丙胺暴露小鼠在开放场中心停留的时间和移动的距离显著增加。此外，外泌体疗法促进了海马体的血管生成和神经发生，这体现在HIF-1α、VEGF和DCX表达水平的升高上，并且减少了甲基苯丙胺引起的海马体炎症，表现为TNF-α表达的降低。这些发现表明，外泌体疗法可以增强认知功能，促进海马体血管生成，并减轻甲基苯丙胺处理小鼠的海马体炎症。

引言

甲基苯丙胺（Meth）是一种具有复杂心理和认知效应的精神刺激药物[1]。与其他精神刺激剂（如可卡因）类似，低剂量和急性剂量的甲基苯丙胺可能会暂时提升记忆和注意力；然而，反复或长期暴露会导致显著的认知障碍[2]。甲基苯丙胺通过多种机制产生神经毒性作用，包括神经元凋亡、氧化应激、神经炎症以及海马齿状回（DG）内的神经发生微环境的破坏[3, 4, 5]。甲基苯丙胺诱导的神经毒性的主要途径是细胞质和突触间隙中多巴胺（DA）的过度氧化，生成醌类物质和活性氧（ROS），从而导致神经元损伤[6, 7]。

甲基苯丙胺暴露还会激活胶质细胞并促进神经炎症信号传导，导致海马体中胶质纤维酸性蛋白（GFAP）[8]和促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）[9, 10]的上调。升高的TNF-α和IL-6水平进一步加剧了神经元损伤，并与学习和记忆缺陷相关。除了炎症外，甲基苯丙胺还会破坏海马体的神经发生，尤其是在齿状回的亚颗粒区（SGZ）[11]。长期暴露会下调突触促进因子，如突触相关蛋白25（SNAP25）、突触后密度蛋白95（PSD95）和突触蛋白，以及双皮质素（DCX）的表达不足，后者是一种标记未成熟神经元并指示成年大脑中神经发生的微管相关蛋白[12]。神经发生的受损会导致海马体可塑性的下降和认知能力的衰退。神经发生与血管生成密切相关，血管因子对于维持神经发生的微环境至关重要[13]。

血管内皮生长因子（VEGF）作为这两种过程的参与者，可能成为血管生成和海马体神经发生之间的潜在联系[14, 15]。除了VEGF，缺氧诱导因子（HIF）也在神经干细胞的增殖、迁移和分化等不同阶段调节海马体神经发生[16]。因此，甲基苯丙胺暴露导致的这些因子失调可能会加剧海马体功能障碍。尽管在理解甲基苯丙胺引起的脑损伤方面取得了进展，但目前尚未批准任何有效的治疗方法[17, 18]。

间充质干细胞（MSC）来源的外泌体（直径30至150纳米），具有低免疫原性和高神经保护潜力，最近被作为治疗神经系统疾病的有希望的候选药物[19]。这些外泌体可以减轻神经炎症[20]，促进神经发生和血管生成，并改善甲基苯丙胺暴露动物的认知表现[21]。考虑到血管生成对认知功能和神经发生的直接影响[22, 23]，本研究旨在探讨外泌体疗法对海马体血管生成因子和炎症的影响，以及对甲基苯丙胺暴露小鼠认知功能的影响。

材料与方法

研究程序的时间线总结在图1中。

来自BMSC的外泌体的表征

动态光散射（DLS）证实外泌体的大小范围为50至130纳米，平均大小为76.17纳米，ζ电位为-5.65毫伏（图2A和B）。此外，扫描电子显微镜（SEM）图像显示外泌体的大小在72至98纳米之间（图2C）。通过Western blotting验证了外泌体特异性蛋白（CD9和CD63）的表达（图2D）。荧光显微镜检测到海马齿状回中存在Dil标记的外泌体（图2E）。

BMSC来源的外泌体改善了甲基苯丙胺暴露小鼠的运动能力

使用双向方差分析（ANOVA）进行

讨论

根据现有研究结果，长期甲基苯丙胺暴露会增加啮齿动物的海马体细胞死亡并损害认知功能[21, 32]。正常的海马体功能依赖于足够的生长因子和适当的血管生成[33]，最近的研究强调了VEGF作为连接血管生成和神经发生的关键介质[34]。将rAAV-VEGF单侧注射到海马体中可以提高RECA表达并改善血液循环，同时增加Nestin水平，Nestin是干细胞的标志物

结论

本研究的结果证实，BMSC来源的外泌体通过减少炎症因子（如TNF-α和IL-6）以及增强血管生成和神经发生因子（包括HIF-1α、VEGF和DCX）在海马体中的表达，为长期甲基苯丙胺暴露的小鼠提供了神经保护。这些BMSC来源外泌体的神经保护作用与认知功能的改善相关，表明外泌体疗法可能是治疗甲基苯丙胺暴露的一种有前景的方法。

作者贡献声明

Gisou Mohaddes：监督、研究、概念设计。Fariba Ghiasi：撰写初稿、监督、项目管理、研究、概念设计。Fereshteh Farajdokht：撰写初稿、方法学设计、研究、数据管理。Hamid Soltani Zangbar：审稿与编辑、撰写初稿、项目管理、方法学设计、数据分析。Solmaz Fallahi：审稿与编辑、撰写初稿、方法学设计

利益冲突声明

该研究方法已获得塔布里兹医科大学伦理委员会的批准（IR.TBZMED.VCR.REC.1400.326）。研究符合NIH关于实验动物护理和使用的指南（NIH出版物编号8023，1978年修订）。作者声明在进行这项研究时没有个人或商业利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用和/或分析的数据集可根据合理请求向通讯作者索取。

资助信息

本研究得到了塔布里兹医科大学学生研究委员会（伊朗塔布里兹）的资助（项目编号：68048）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

该研究方案获得了塔布里兹医科大学学生研究委员会的批准和支持（项目编号：68048）。