標題：ANEXT安齡生物·外泌體每周速遞015（2023.3.13-2023.3.19）

1、星形膠質(zhì)細胞來源外泌體減緩顱腦損傷后神經(jīng)炎癥并促進神經(jīng)修復

近日，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院張華楸教授課題組發(fā)現(xiàn)了TBI后星形膠質(zhì)細胞來源的外泌體攜帶長非編碼RNA（lncRNA）能通過調(diào)控SMAD7表達水平進而抑制小膠質(zhì)細胞的炎性激活。該文以“Astrocyte-derived Exosomal lncRNA 4933431K23Rik Modulate Microglial Phenotype and Improve Post-traumatic Recovery via SMAD7 Regulation”為題發(fā)表于Molecular Therapy雜志上（2023 Feb 3;S1525-0016(23)00063-1）。

作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫反應(yīng)的重要參與者，星形膠質(zhì)細胞在塑造免疫微環(huán)境中扮演者重要角色。既往研究主要認為星形膠質(zhì)細胞-小膠質(zhì)細胞之間存在炎癥促進的通路。星形膠質(zhì)細胞能通過分泌大量促炎型炎癥因子塑造小膠質(zhì)細胞的炎性表型進而放大神經(jīng)炎癥。而這篇文章則重點闡釋了TBI后星形膠質(zhì)細胞通過外泌體介導的一種內(nèi)源性炎癥負反饋調(diào)節(jié)機制。

研究者通過星形膠質(zhì)細胞lncRNA轉(zhuǎn)錄組，miRNA，mRNA轉(zhuǎn)錄組以及外泌體轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)了TBI刺激后星形膠質(zhì)細胞釋放的外泌體中攜帶的lncRNA 4933431K23Rik能夠上調(diào)小膠質(zhì)細胞中SMAD7的表達水平進而抑制小膠質(zhì)細胞炎性表型。

?而且有意思的是，作者發(fā)現(xiàn)SMAD7竟然能夠與炎癥通路NF-kB中重要的負反饋調(diào)節(jié)分子IkB-a直接結(jié)合，通過減少IkB-a泛素化降解進而減少NF-kB激活。這也為后續(xù)采用積雪草苷這類SMAD7激活劑藥物直接激活SMAD7進而減緩TBI后神經(jīng)炎癥并改善神經(jīng)修復提供了作用靶點。?

最后，作者也指出，盡管TBI后星形膠質(zhì)細胞分泌的外泌體具有神經(jīng)炎癥的緩解能力，然而這種“抑制性”效應(yīng)往往被促炎信號所掩蓋。但是，該文的結(jié)果顯示了一個意想不到的 "相反 "途徑，通過放大/刺激SMAD7來緩解神經(jīng)炎癥和改善療效，可能是TBI的有用治療靶點。

2、腦外傷患者體內(nèi)循環(huán)中富含miRNA-21的外泌體可促進其骨折愈合

3月3日，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院骨科劉國輝教授團隊在Experimental & Molecular Medicine上發(fā)表題為“Circulating MiRNA-21-Enriched Extracellular Vesicles Promote Bone Remodeling in Traumatic Brain Injury Patients.”的研究成果 (doi: 10.1038/s12276-023-00956-8)。這項研究發(fā)現(xiàn)TBI患者體內(nèi)循環(huán)來源的外泌體會向骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSC）傳遞miR-21-5p，抑制SMAD7的表達，從而促進BMSC的增殖與成骨分化，加速骨折愈合。?

在這項研究中，劉國輝教授團隊通過超速離心法從TBI患者血液樣本中分離出TBI-Exos，并通過qRT-PCR分析確定miR-21-5p在外泌體中的富集。在一系列體外實驗驗證后，團隊發(fā)現(xiàn)TBI-Exos能有效促進BMSC分化和骨重塑。借助生物信息學分析，團隊確定TBI-Exos向BMSC釋放miR-21-5p后會抑制SMAD7的表達，明確外泌體對BMSC的潛在下游調(diào)節(jié)作用機制。隨后，團隊對TBI-Exos的潛在信號通路在介導BMSC的成骨活性方面的作用進行了評估，抑制SMAD7的表達可促進BMSC成骨分化，而敲除TBI-Exos中的miR-21-5p則會明顯抑制其促進效果。最后，團隊在小鼠骨折模型中，證實了TBI-Exos對骨折修復的作用。

?該研究對TBI-Exo在骨折愈合中發(fā)揮的作用進行了進一步的探索，明確了其中潛在的機制，對于治療與成骨障礙相關(guān)的疾病具有潛在的應(yīng)用價值。

3、山藥中的外泌體樣囊泡刺激成骨細胞形成并預(yù)防骨質(zhì)疏松

植物釋放外泌體樣納米囊泡（PENs）含有miRNA、生物活性脂質(zhì)、mRNA和蛋白質(zhì)，可發(fā)揮抗氧化、抗炎和組織再生活性。據(jù)報道，從山藥中提取的物質(zhì)可以促進骨再生中的成骨細胞生長，從而防止骨質(zhì)疏松癥中的骨質(zhì)脆弱。來自韓國安東國立大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，山藥衍生的外泌體樣納米泡（YNVs）在卵巢切除（OVX）誘導的骨質(zhì)疏松小鼠中，具有促進成骨細胞分化和礦化、促進骨再生的有益作用。相關(guān)內(nèi)容以“Yam-derived exosome-like nanovesicles stimulate osteoblast formation and prevent osteoporosis in mice”為題于2月6日發(fā)表在最新一期的國際學術(shù)期刊Journal of Controlled Release雜志上。

多項研究報道，從山藥（yams，或稱為薯蕷）中提取的物質(zhì)（如薯蕷皂苷元和薯蕷皂苷）可促進成骨細胞MC3T3-E1的成骨細胞活化。因此，研究人員認為，山藥衍生的外泌體樣納米囊泡（yam-derived exosome-like nanovesicles，YNVs）在骨質(zhì)疏松預(yù)防中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在本研究中，研究人員優(yōu)化了PEN的分離方法，制備含有RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的YNVs，成功分離并鑒定了YNVs。接下來，研究人員通過對小鼠原代成骨細胞和成骨細胞MC3T3-E1中BMP-2/p-p38依賴Runx2通路的機制研究，證明了YNVs介導的成骨分化作用。結(jié)果顯示，YNVs刺激成骨細胞增殖、分化和礦化，增加骨分化標志物（OPN, ALP和COLI）的表達。有趣的是，YNVs不含薯蕷皂苷素和薯蕷皂苷素等已知的主要發(fā)揮山藥成骨活性的皂苷。相反，研究表明，YNVs的成骨活性是由BMP-2/p-p38依賴的Runx2通路的激活引起的。在卵巢切除（OVX）誘導的雌性骨質(zhì)疏松小鼠中，YNVs促進了縱向骨生長和脛骨的礦物質(zhì)密度，這些結(jié)果與成骨細胞相關(guān)參數(shù)的顯著增加呈正相關(guān)，驗證了YNVs的治療潛力。此外，口服給藥的YNVs通過胃腸道運輸并通過小腸吸收。這些結(jié)果表明，組織學分析和肝/腎毒性試驗確定了良好的全身生物安全性。綜上所述，YNVs可作為一種安全有效的口服藥物治療骨質(zhì)疏松癥。

4、一種多功能設(shè)計可用于疾病診斷中循環(huán)細胞外囊泡的分析技術(shù)

細胞外囊泡(EVs)與心血管疾病和癌癥的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，在液體活檢中潛力巨大。

近日，來自上海大學生命科學學院趙婧團隊的研究者建立了一種基于磷脂酰絲氨酸多肽配體識別EVs脂質(zhì)的通用平臺，滿足“多功能”的EVs分析需求，并通過電化學傳感方法實現(xiàn)量化心肌梗死患者血液樣本中的CD172a陽性EV與乳腺癌患者血液樣本中的PD-L1陽性EV，證明了循環(huán)EVs在這些疾病的診斷中具有更好的預(yù)后價值。該成果已以“A versatile design-enabled analysis of circulating extracellular vesicles in disease diagnosis”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials（IF=11.092）上 (2023 Feb 5;e2203119)。

?細胞外囊泡(EVs)由細胞內(nèi)運輸途徑產(chǎn)生，攜帶來源于原始細胞的多種成分，包括DNA、RNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。分泌細胞的EVs參與細胞通訊、分化和發(fā)育有關(guān)的多種生理過程。此外，在一些病理過程中也發(fā)現(xiàn)了EVs的參與。越來越多的報告顯示，與健康人相比，某些疾病患者的EVs表面蛋白表達水平有差異。因此，基于EVs的分析正被用于癌癥、心血管疾病和其他疾病的早期檢測。目前，EVs分析依賴于EVs表面蛋白的識別，例如CD63、CD9和CD81。然而，因為EVs的蛋白質(zhì)表達水平可能隨細胞的表型和來源而變化，所以這種分析不適用于表面蛋白表達水平較低的EVs，不能滿足對循環(huán)EVs的高靈敏檢測和分析的多重需求。

為了解決這一問題，研究團隊開發(fā)了一種基于磷脂酰絲氨酸多肽配體識別EVs脂質(zhì)的通用平臺，結(jié)合具有高負載能力的多孔納米材料金屬有機框架（MOF），滿足“多功能”的EVs分析需求。越來越多的研究表明，在細胞外囊泡形成期間，位于正常質(zhì)膜內(nèi)小葉的磷脂酰絲氨酸會在EVs膜外化，參與EVs介導的細胞內(nèi)通訊，成為EVs特異性脂質(zhì)生物標志物。在這項工作中，磷脂酰絲氨酸多肽配體功能化磁珠保證了EVs的充分富集，幾乎不受EVs表面蛋白表達差異的影響。研究人員將電信號亞甲基藍封裝到MOF中,并隨后引入DNA-L，其能通過Zr-O-P鍵與MOF結(jié)合，對MOF表面進行包裹，形成能夠作為電化學信號守門員的DNA門控金屬有機框架。膽固醇修飾的DNA探針P（cholesterol-P）能夠通過疏水性相互作用插入細胞外囊泡的膜表面, 其能夠與DNA門控的金屬有機框架保護性屏障DNA-L互補從而使DNA-L脫落，加入的核酸外切酶III能夠加速該過程，釋放大量亞甲藍分子放大電化學信號，實現(xiàn)了電化學方法對細胞外囊泡進行定量(圖A)。

有趣的是，與EVs膜結(jié)合的DNA探針是可調(diào)節(jié)的，能夠滿足EV分析的不同需求，膽固醇修飾的DNA探針（cholesterol-P）用于非特異性總EVs的通用分析，而抗體-DNA探針則能夠用于分析特異性的EVs。抗體功能化的DNA-P（antibody-P）能夠通過抗原抗體的相互作用識別細胞外囊泡的表面特異性蛋白標志物,與DNA門控的金屬有機框架保護性屏障DNA-L互補從而使DNA-L脫落，釋放亞甲基藍電化學信號。為了證明該設(shè)計在特異性EVs中檢測的可行性，研究團隊使用該方法分析癌細胞和心肌細胞中分離的EVs，心肌細胞EVs定量檢測的靈敏度低至704 particles/mL。在心血管疾病患者和乳腺癌患者的臨床分析中，與對照組相比，在未稀釋的心血管患者以及乳腺癌患者的血清樣品中發(fā)現(xiàn)循環(huán)的CD172a+和PD-L1+ EVs水平升高，表明特異性循環(huán)EVs水平與疾病進展呈正相關(guān)。該設(shè)計在復雜環(huán)境中的應(yīng)用也有很好的可行性和穩(wěn)定性，滿足多種疾病臨床診斷的多重需求。（圖B）

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