近日，同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海市第十人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科趙延欣教授及劉學(xué)源教授課題組在細(xì)胞外囊泡與神經(jīng)退行性疾病關(guān)系研究領(lǐng)域取得了新的進(jìn)展。該項(xiàng)研究從小細(xì)胞外囊泡的角度為阿爾茲海默癥中發(fā)生的興奮抑制失衡提供了新見(jiàn)解。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF:10.435，JCR 2區(qū)）。

圖1｜國(guó)際知名期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF:10.435，JCR2區(qū)）

細(xì)胞外囊泡 (EV) 是由細(xì)胞釋放到細(xì)胞外環(huán)境中的小囊泡。EVs 由脂質(zhì)雙層膜組成，該膜包裹著小的無(wú)細(xì)胞器的細(xì)胞質(zhì)。

根據(jù)它們的大小，通常分為三種類(lèi)型，小EVs (sEVs) (50-150 nm)、大EVs (100-1000 nm) 和凋亡小體 ( 5 μm)。其中，sEVs 通?？赏ㄟ^(guò)血腦屏障 (BBB)，成為中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 細(xì)胞之間通訊的關(guān)鍵介質(zhì)，有證據(jù)表明，sEV 中的微小RNA (miRNA)參與到眾多細(xì)胞和生物過(guò)程，例如神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)和凋亡。

目前，E/I（興奮/抑制）失衡假設(shè)被概念化為谷氨酸能和氨基丁酸（GABA）能突觸輸入之間的不平衡。E/I 失衡被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病腦功能障礙的基礎(chǔ)，包括阿爾茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD)、精神分裂癥和其他神經(jīng)疾病。谷氨酸興奮性毒性和 GABA 能神經(jīng)元功能障礙似乎是 AD 中發(fā)生的神經(jīng)元細(xì)胞死亡的關(guān)鍵原因。但是關(guān)于 E/I 失衡對(duì)AD的影響，其中的機(jī)制仍不明確。

為了對(duì)該機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步闡釋?zhuān)w延欣教授及劉學(xué)源教授團(tuán)隊(duì)在本研究中用谷氨酸/GABA/PBS 處理原代培養(yǎng)的神經(jīng)元，并分離出 sEV。然后，將不同來(lái)源的 sEV 添加到用 Aβ（β淀粉樣蛋白）處理的神經(jīng)元或注射到 AD 模型小鼠中。此后對(duì)經(jīng) Aβ 治療的小鼠和神經(jīng)元進(jìn)行了評(píng)估。經(jīng)GABA 處理的神經(jīng)元釋放的 sEVs 減輕了 Aβ 誘導(dǎo)的損傷，而谷氨酸處理的神經(jīng)元釋放的 sEVs 加重了 Aβ 的毒性。此外，本研究通過(guò) miRNA 測(cè)序比較了從谷氨酸/GABA/PBS 處理的神經(jīng)元中分離的 sEV 的 miRNA 組成。該研究進(jìn)一步表明，sEV 中 miR-132 的變化加速了表征病理的生化改變。

圖2｜實(shí)驗(yàn)方案示意圖

分離原代神經(jīng)元后，用谷氨酸/GABA/PBS 處理原代培養(yǎng)的神經(jīng)元，并分離出 sEV。將不同來(lái)源的 sEV 添加到用 Aβ 處理的神經(jīng)元或注射到 AD 模型小鼠中，并對(duì)小鼠進(jìn)行MWM測(cè)試。

文章中，在評(píng)估在小鼠體內(nèi)系統(tǒng)傳遞的 sEVs 的分布的實(shí)驗(yàn)中，使用了博鷺騰AniView100多模式動(dòng)物活體成像系統(tǒng)拍攝。

該實(shí)驗(yàn)中使用近紅外染料DiR進(jìn)行標(biāo)記，同時(shí)進(jìn)行了陰性對(duì)照實(shí)驗(yàn)（僅注射 DiR，不注射 sEV）。通過(guò) APP/PS1 小鼠的尾靜脈注射 DiR 標(biāo)記的 sEV，使用Aniview100活體成像系統(tǒng)在注射后 24 小時(shí)拍攝小鼠的圖像并評(píng)估分布情況。在帶有 DiR 標(biāo)記的 sEV 的小鼠的大腦和重要器官中均檢測(cè)到熒光。隨后，處死小鼠，取出器官并成像，目的為識(shí)別熒光信號(hào)來(lái)源的器官并使信號(hào)干擾最小化。此外，為了排除游離染料干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能，在收集器官前用不含 sEV 的游離 DiR處理小鼠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，腦、心、肝、肺、脾、腸、腎均呈不同程度熒光。

圖3｜sEV的體內(nèi)外分布情況

在注射 DiR 標(biāo)記的 sEV 后 24 小時(shí)，使用活體成像系統(tǒng)對(duì)A - C活小鼠進(jìn)行成像。

a)、小鼠背面成像

b)、小鼠腹側(cè)成像

c)、收集指定器官后使用活體成像系統(tǒng)成像

本研究中證明了 sEV 的功能可以受神經(jīng)遞質(zhì)平衡狀態(tài)的調(diào)節(jié)，并對(duì)神經(jīng)元中的 Aβ 毒性有不同的影響。并且該研究從 sEV 的角度為 AD 中發(fā)生的 E/I 失衡提供了新見(jiàn)解，并表明通過(guò)GABA 能系統(tǒng)對(duì) sEV 進(jìn)行生物學(xué)改造可能是預(yù)防或減輕 AD 發(fā)病機(jī)制的治療途徑。

論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12951-021-01070-5