概述：外泌體是脂質雙層封閉的小細胞囊泡，由各種細胞主動分泌，在細胞間通訊中發揮著至關重要的作用。在這篇綜合綜述中，我們旨在概述鼻內給予外泌體治療中樞神經系統疾病的基礎和臨床研究。此外，我們闡明了潛在的治療機制，并對這種方法的前景提供了見解。

鼻內施用干細胞外泌體治療中樞神經系統疾病

介紹

中樞神經系統（CNS）疾病帶來了重大挑戰。干細胞療法對于改善腦損傷和恢復神經連接具有巨大的希望。因此，目前正在進行大量的基礎和臨床研究。

近年來，大量的研究工作致力于闡明外泌體作為干細胞重要治療機制的作用。外泌體/細胞外囊泡是 40-200nm的納米大小囊泡，由雙層脂質層膜組成，含有大量分子，包括DNA、mRNA、微小 RNA (miRNA) 和蛋白質。干細胞來源的外泌體憑借其抗凋亡、抗炎、神經源性和血管生成特性，在緩解中樞神經系統疾病方面表現出巨大的潛力。重要的是，外泌體比干細胞本身具有明顯的優勢，包括能夠進行冷凍保存而不降解、降低免疫原性和增強血腦屏障滲透性。

為了最大限度地提高治療效果，選擇最佳移植途徑在細胞相關治療領域至關重要。在通常考慮的外泌體移植治療中樞神經系統損傷的途徑中，即靜脈內、動脈內和腦內途徑，每種方法都有其局限性。例如，靜脈移植會導致全身稀釋，從而導致大腦中外泌體的積累減少。

• 動脈內移植需要插入導管，這具有缺血性中風的潛在風險。另一方面，腦內移植可能由于使用移植針而引起額外的腦損傷。鑒于這些困難，鼻內移植作為中樞神經系統疾病中外泌體遞送的可行替代途徑而獲得認可。外泌體的小尺寸使其能夠被嗅覺和三叉神經有效吸收，促進其軸突轉移到腦細胞，同時繞過血腦屏障。

在這篇綜述中，我們總結了鼻內給藥干細胞外泌體治療中樞神經系統疾病的方法，重點關注基礎和臨床研究，以闡明其功效、作用機制以及局限性。這些信息旨在為研究人員提供開發未來應用程序的見解。

搜索策略和選擇標準

在PubMed ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed )上進行文獻檢索，以查找2023年5月有關鼻內外泌體給藥治療CNS疾病的基礎研究文章。檢索中選擇了所有年份。搜索使用關鍵詞“鼻內”、“外泌體或細胞外囊泡”和“大腦”。納入檢索的文章要求用英文撰寫，與中樞神經系統疾病相關，并且特別關注干細胞衍生的外泌體，而其他文章則被排除在外。

最終，我們選擇了41篇符合本敘述性評論目標的文章。收集的數據涵蓋各種疾病模型、外泌體來源、動物模型、外泌體劑量、治療持續時間、標記方法和外泌體工程（圖1）。

外泌體的來源進一步分為人類和小鼠/大鼠來源。列出了外泌體的修飾方法。描述了兩個主要的治療機制：減少神經炎癥和增強細胞恢復。值得注意的是，鼻內外泌體給藥的功效已在多種目標疾病中得到證實。

干細胞外泌體鼻內給藥治療中樞神經系統疾病的概述

動物模型和外泌體劑量

在各種疾病模型中研究了鼻內外泌體給藥的效果（表1-7）。用于這些實驗的動物模型僅為小鼠和大鼠，將這些發現外推到較大動物的可行性對于臨床檢查來說是必要的。通過鼻內途徑施用的外泌體的總劑量在各個研究中有所不同，范圍從0.02至600×10¹⁰顆粒，或5至400μg。給予小鼠的外泌體的量在動物之間有所不同，給予小鼠的外泌體的蛋白質重量往往小于給予大鼠的外泌體的蛋白質重量。然而，各組之間的顆粒數量大多相似（圖2）。

大多數文章以蛋白質重量 (μg) 或外泌體顆粒的數量來描述外泌體的量，這使得比較具有不同值表示的研究具有挑戰性。三項研究提供了外泌體的顆粒數量和體積。然而，每1×10¹⁰顆粒的外泌體蛋白質重量在5-200μg之間，這可能歸因于測量方法不同。外泌體劑量的標準化對于促進臨床應用的適當采用是必要的。

外泌體的來源

31個外泌體中有24個（77.4%）來自人類，其余7個（22.6%）利用來自嚙齒動物的外泌體。間充質干細胞 (MSC)，包括源自骨髓、脂肪組織和出生相關來源的細胞，通常用作外泌體提取的細胞來源（圖3）。與其他細胞來源相比，間充質干細胞具有多種優勢，包括較低的細胞培養成本和較高的增殖能力。

外泌體追蹤

34篇文章中有24篇 (70.6%) 使用外泌體標記進行體內跟蹤。所有研究都表明，標記的外泌體不僅存在于嗅神經中，而且存在于整個大腦中，包括腦干和受傷的脊髓。

鼻內施用的外泌體的積累模式一致表明，這些顆粒由于其粘膜粘附特性??而最初在鼻腔中積累。隨后，它們逐漸通過鼻粘膜吸收，可能通過嗅覺和三叉神經的分支進入血管周圍空間。最終，外泌體遷移到顱內并到達損傷部位。外泌體給藥24小時后進行的熒光成像清楚地表明這些納米載體在前腦中逐漸積累，這種現象在此后可持續長達一到兩天。

將貨物裝載到外泌體中

外泌體通過轉移封裝的成分來對抗靶細胞。利用這一特性，一些研究利用了負載特定成分的外泌體，例如腦源性神經營養因子（BDNF）、miR-100、MALAT1、磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）和姜黃素。通過原始干細胞的基因工程，這些貨物可以很容易地裝載到外泌體上，從而通過人工裝載的成分增強功效。還探索了外泌體表面的修飾以更好地傳遞大腦。

中樞神經系統疾病模型的鼻內外泌體給藥

缺血性中風

缺血性中風通常由腦血管閉塞引起，導致其下游分支缺乏葡萄糖和氧氣，從而成為全球殘疾的主要原因。目前，血栓切除術和重組組織纖溶酶原激活劑治療已標準化實施。然而，在有限的時間窗口內成功應用這些治療方法仍然具有挑戰性，據報道，只有5-10%的中風患者有資格接受此類干預，并且即使在成功再通后，大約50%的患者仍會出現神經功能缺損。

干細胞療法在動物模型中的所有三個階段（急性、亞急性和慢性）均顯示出療效。然而，由于臨床試驗結果不足，強烈需要在受損區域有效物質大量積累的其他治療方式。在這種情況下，干細胞來源的外泌體給藥被認為是一種很好的候選方法，并且探索鼻內給藥外泌體剛剛引起了人們的關注（表1)。

羅登等人。(2021) 報道了一項研究，調查鼻內移植人脂肪MSC衍生的外泌體的影響。他們證明接受外泌體的組的神經功能有顯著改善，并觀察到增強的血腦屏障功能是治療機制。

周等人。(2023) 證明，負載BDNF的外泌體表現出增強的神經發生、血管生成、突觸可塑性和纖維保存，同時還減少炎癥細胞因子。他們觀察到缺血腦中BDNF/原肌球蛋白受體激酶B信號通路的上調，這是外泌體 BDNF 成功轉移至受體細胞的結果。

外傷性腦損傷和脊髓損傷

創傷性腦損傷和脊髓損傷通常是由大腦或脊髓突然機械損傷引起的。雖然急性臨床護理的進步提高了生存率，但許多患者仍然經歷長期殘疾，返回工作率不變就證明了這一點。盡管如此，Kawabori等人最近的一項研究。(2021) 報告了骨髓來源的MSC腦內移植對慢性創傷性腦損傷患者的成功效果，強調了潛在的治療選擇、現場細胞處理程序和高侵入性手術操作阻礙了全球應用。

在這種情況下，鼻內施用MSC衍生的外泌體作為一種最佳治療選擇已得到深入研究。萊昂-莫雷諾等人。（2020）和圖羅夫斯基等人。(2022) 證明，鼻內施用從出生相關MSC獲得的外泌體成功阻止了神經元凋亡，并實現了更好的神經功能恢復（表2）。

郭等人。(2019) 證明了鼻內施用負載磷酸酶和張力蛋白同源小干擾RNA (ExoPTEN) 的MSC-Exo對于改善完全脊髓損傷引起的神經功能缺損具有有益作用。研究人員觀察到，金標記的ExoPTEN可以在脊髓損傷部位附近檢測到，促進軸突生長和新血管形成，同時減少小膠質細胞增生。此外，通過體內MRI成像和電生理學研究證實了脊髓連接性。

圍產期腦損傷

圍產期缺氧缺血性腦損傷和早產是嬰兒發病和死亡的主要原因，每1000個活產兒中就有3個發生這種情況。除了腦癱外，缺氧缺血性腦損傷還可導致長期神經發育后遺癥，包括行為、認知和心理問題以及記憶缺陷。缺氧會導致大腦中常駐免疫細胞的激活，從而產生自由基。針對小膠質細胞介導的炎癥被認為是缺氧缺血性腦損傷和早產相關腦損傷的潛在治療選擇。

他們鼻內給予外泌體的主要焦點是減輕神經炎癥和外泌體的抗凋亡功能（表3)。托米等人報道，用LPS和缺氧誘導的大鼠幼崽通過鼻內施用源自人臍帶間充質干細胞 (MSC) 的外泌體獲得了成功的治療。作者觀察到，鼻內給藥的外泌體在給藥后30分鐘內到達大腦額葉區域，并在3小時后分布在整個大腦中。此外，施用的外泌體有效減少神經元特異性細胞死亡，促進正常髓鞘形成，并增加成熟少突膠質細胞和神經元細胞的數量。

認知障礙

阿爾茨海默氏病

阿爾茨海默病（AD）是人類最常見的神經退行性疾病，也是癡呆癥的主要原因，造成了日益嚴重的全球健康問題。

AD的病因和發病機制極其復雜，淀粉樣蛋白斑沉積和神經纖維纏結是關鍵的病理過程。盡管人們做出了大量努力來開發針對β或tau淀粉樣蛋白的小分子藥物和抗體，但這些治療方法始終未能改善患者的認知功能。其中一種方法涉及研究海馬神經再生，并使用源自AD干細胞的外泌體通過小膠質細胞激活來控制炎癥（表4）。

科恩等人。(2021) 證明，通過鼻內施用人骨髓來源的間充質干細胞，可以減少海馬中的膠質細胞活化和β淀粉樣蛋白的積累。

高脂肪飲食和慢性高血壓依賴性記憶障礙

營養過剩和高血壓會破壞大腦中的正常細胞信號傳導，可能影響突觸功能和成人神經發生，進而導致認知障礙。流行病學證據表明，代謝紊亂，包括胰島素抵抗和2型糖尿病，會加速大腦衰老并增加神經退行性疾病的風險。在這種背景下，鼻內施用外泌體已成為記憶障礙的潛在治療策略。Fusco小組進行的一項研究表明，源自神經干細胞的外泌體具有減輕高脂肪飲食引起的認知障礙的能力。

帕金森病

帕金森病 (PD) 是第二常見的神經退行性疾病，影響超過1%的65歲以上人口，以及近5%的80歲以上人口。PD的主要病理特征是中腦黑質多巴胺能神經元中α-突觸核蛋白（α-syn）的異常積累。然而，迄今為止，尚未開發出有效的治療方法來阻止疾病的進展。PD的病理生理機制之一是小膠質細胞的異常激活，導致促炎因子的釋放。因此，針對這一過程已成為基于外泌體的干預措施的治療策略。通過施用源自人牙齒間充質干細胞的外泌體，成功改善PD動物模型的運動癥狀和認知功能（表5）。

此外，外泌體中存在的內源性miR-133b促進神經元軸突生長和功能恢復，從而顯著減輕神經炎癥。總之，這些研究表明鼻內外泌體干預治療帕金森病具有廣闊的治療潛力，這些發現有助于我們了解該疾病的病理生理學，并為開發有效的治療方法提供寶貴的見解。

其他神經系統疾病

自閉癥

自閉癥，也稱為自閉癥譜系障礙，是一種以社交互動缺陷、認知僵化和溝通障礙為特征的神經發育障礙，通常在3歲之前出現。盡管自閉癥患病率不斷上升，但有效的預防和治療選擇仍然有限。自閉癥的病因非常復雜，涉及遺傳因素和表觀遺傳因素。由于病理機制尚不清楚且疾病性質多樣，目前批準的藥物治療主要針對自閉癥中常見的共病行為，如焦慮、多動和沖動相關行為。已研究鼻內給予外泌體以改變自閉癥動物模型中的神經炎癥并促進神經回路再生（表6）。

佩雷茨等人證明接受外泌體的動物表現出改善的雄性之間的社交互動并減少了重復行為。此外，他們觀察到男性對女性超聲波發聲的增加以及母親行為的顯著改善。作者還報告稱，接受外泌體治療的動物中 GABA 受體和催產素的表達水平更高。

癲癇持續狀態

癲癇持續狀態 (SE) 是一種醫療緊急情況，通常通過抗癲癇藥物治療來終止，會導致慢性海馬功能障礙。這種功能障礙的特點是持續炎癥，小膠質細胞和單核細胞浸潤激活，抑制性中間神經元喪失，神經發生異常和減弱，以及海馬依賴性認知和記憶障礙。鼻內外泌體給藥已被廣泛研究作為改善SE后神經功能缺損的潛在干預措施。龍等人證明，鼻內施用人骨髓來源的MSC分泌的外泌體在施用后6小時內到達海馬。這種給藥減少了谷氨酸能和GABA能神經元的損失，減少了海馬體的炎癥，并導致長期認知和記憶功能的改善。

研究人員發現，鼻內給予外泌體可增強SE后海馬的神經發生。總而言之，這些發現表明鼻內給予外泌體有可能恢復海馬的神經回路并改善SE后的認知功能。

臨床試驗中鼻內外泌體給藥

我們使用“Clinicaltrial.gov”對鼻內給予外泌體的臨床研究進行了調查，并確定了三項相關研究（表7）。

難治性局灶性癲癇

由Guidon Pharmaceutics Ltd贊助的一項關于誘導多能干細胞衍生的外泌體（GD-iEXo-002）作為滴鼻劑治療難治性局灶性癲癇的探索性I期臨床研究正在中國北京協和醫院進行。研究包括四個治療組：低劑量組（2μg）、中劑量組（6μg和18μg）和未知劑量200μL的高劑量組。外泌體通過鼻滴管給藥，持續12周。主要結局指標是安全性監測，次要結局指標包括癲癇發作頻率、頭皮腦電圖監測和MRI神經影像。該研究于 2023年6月開始，計劃于2025年11月完成。迄今為止尚未發布任何結果。

阿爾茨海默病

中國上海交通大學附屬瑞金醫院正在對AD受試者中同種異體脂肪間充質干細胞 (MSC-Exos) 衍生的外泌體的安全性和有效性進行評估。該研究由Cellular Biomedicine Group Ltd.贊助，是一項開放標簽、單中心I/II 期試驗。三種不同劑量的外泌體（低：5μg，中：10μg，高：20μg）通過滴鼻劑每周兩次，持續12周（總體積：1 mL）。

安全監測是主要結局指標，認知功能測試、MRI神經影像和正電子發射斷層掃描計劃作為次要終點來評估療效。該研究于2020年7月開始，計劃于2022年8月完成。但尚未公布結果。

極低出生體重嬰兒

計劃進行一項盲法隨機對照試驗，研究MSC衍生的外泌體在胎齡25/0-27/6周的極低出生體重嬰兒中的鼻內給藥。該研究將在俄羅斯聯邦莫斯科進行。

在外泌體治療組中，嬰兒將接受從每日1.2億個MSC的條件培養基中獲得的外泌體，對照組則不接受外泌體。外泌體將懸浮在500μL磷酸鹽緩沖液中，并以50μL的體積注入每個鼻孔。治療過程包括5次滴注，每次給藥間隔1天。該研究的主要結果指標包括評估嚴重腦室內出血或囊性腦室周圍白質軟化癥的死亡和生存率。圍產期腦損傷的生物標志物，如S-100、NSE、EPO和mRNA，也將進行測試。該研究預計于2022年10月開始，計劃招募10名嬰兒。不過，目前招募工作尚未啟動。

未來展望

鑒于干細胞來源的外泌體的非侵入性和高腦浸潤能力，鼻內給藥有望改善神經系統疾病。然而，在其全面臨床應用之前，還需要解決一些尚未解決的問題。

• 首先，需要建立有效的分離技術，以從培養基中獲得足夠量的外泌體。目前，超速離心是最常見的方法，但它一次只能收集少量的外泌體。
• 其次，由于外泌體的定義尚不清楚，必須建立臨床級外泌體的質量控制標準。
• 第三，外泌體對于人類患者的最佳劑量仍然未知。開發有效的跟蹤方法來監測外泌體的生物分布至關重要。
• 最后，外泌體對患者的潛在副作用尚未完全了解。

因此，需要廣泛的基礎研究以及長期、大規模的臨床試驗，以促進外泌體療法轉化為臨床實踐。

參考資料：Gotoh, Shuho; Kawabori, Masahito*; Fujimura, Miki. Intranasal administration of stem cell-derived exosomes for central nervous system diseases. Neural Regeneration Research 19(6):p 1249-1255, June 2024. | DOI: 10.4103/1673-5374.385875

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