外泌体在神经系统发育的作用
外泌体被认为是体内所有细胞释放并参与细胞间通讯的小囊泡，尽管有证据表明神经元和其他类型细胞在大脑中分泌的外泌体具有神经生物学作用，但它们在人类神经回路发育功能上很大程度上尚未开发。近日，综合性期刊PNAS发表了一篇题名为：Exosomes regulate neurogenesis and circuit assembly的文章。文章结果表明外泌体携带调节神经回路发育所需的信号信息。
为了验证外泌体在神经元发育中发挥生理作用的假设，外泌体的来自诱导多能干细胞（hiPSC）的神经培养物。WB分析表明，纯化的外泌体含有典型外泌体标记。电子显微镜显示的外泌体具有典型的形状，大小范围为30-200nm; 约60％的外泌体在40和80nm之间。通过EdU检测外泌体对人类原代神经培养物中的增殖的影响。外泌体用荧光膜标记物标记，观察外泌体是否定位受体细胞。与对照组相比，外泌体处理的培养物中细胞数量有统计学意义的显着增加。
作者测量出生后P4小鼠齿状回GCL中的神经增殖，测试外泌体是否在体内具有生物活性并且可以在神经回路中影响细胞增殖，其中颗粒细胞增殖在出生后早期持续。收获啮齿类DIV9原代神经培养物的外泌体并将其注射到P4小鼠的侧脑室，对照组注射蛋白酶K处理的外泌体。然后注射给予EdU（25mg/kg）。24小时后处理小鼠大脑，用DAPI，Nestin和EdU标记。小鼠DIV19外泌体注入EdU+细胞有显著增多。这些数据表明，外泌体在体内显示出生物活性，增加神经细胞增殖，类似于它们在神经培养中的作用。
脑细胞是构成脑的多种细胞的通称。脑细胞主要包括神经元和神经胶质细胞。神经元负责处理和储存与脑功能相关的信息。神经元是特异化的，具有放电功能的一种细胞类型。神经元之间形由突触相互连接。
神经胶质细胞起到支持作用，其已知的主要功能包括形成神经元轴突外的髓鞘，神经元养分供应和新陈代谢，参与脑中的信号转导等。脑内其它的细胞类型包括形成脑血管的上皮细胞。
外泌体是由细胞释放的脂质或脂肪组成的小气泡。在很长一段时间里，科学家把它们看作是细胞排出体外的“垃圾”。但在2007年，瑞典哥德堡大学的研究人员Jan Lotvall发表的研究表明，一些细胞利用外泌体在其他细胞之间运输mRNA和microRNAs等遗传物质。从那时起，对外泌体及其在人体中作用的研究便呈爆炸式增长。
外泌体是由细胞释放的脂质或脂肪组成的小气泡。在很长一段时间里，研究人员把它们看作是细胞排出体外的“垃圾”。但在2007年，瑞典哥德堡大学的研究人员Jan Lotvall发表的研究表明，一些细胞利用外泌体在其他细胞之间运输mRNA和microRNAs等遗传物质。从那时起，对外泌体及其在人体中作用的研究便呈爆炸式增长。
斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的科学家最近在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences,PNAS)上发表的一项研究发现，外泌体在神经元和神经回路的发育中发挥着不可或缺的作用。同时，它们还能修复因发育疾病受损的脑细胞。
绝对必要的信号传递
“在大脑发育的不同阶段，细胞之间的信号传递是绝对必要的，”斯克里普斯研究中心(Scripps Research)神经科学系联席主管、多里斯神经科学中心(Dorris Neuroscience Center)主任霍利斯·克莱恩(Hollis Cline)说，“我们发现外泌体是细胞传递这些信号的方式之一。”
人体中细胞内部和细胞之间运输不同物质的载体是囊泡。外泌体是囊泡中的一种，专门负责将各种生物物质(脂质、蛋白质、RNA)从一个细胞运送到另一个细胞。克莱恩的研究确定，X连锁甲基-CpG结合蛋白2（MECP2）尤其对外泌体的细胞间信号传导能力负责。
克莱恩和她的研究团队研究了来自健康人类神经元的外泌体，以及来自Rett综合征（一种严重影响儿童精神运动发育的疾病）患者的外泌体。他们发现，Rett细胞中的外泌体不含有害蛋白，但也没有健康外泌体中必要的信号蛋白。
克莱恩实验室的神经学家普拉纳夫夏尔马(Pranav Sharma)说，“他们没有不好的东西，但缺乏好的东西。”
外泌体增加发育神经细胞的细胞数量
研究人员利用CRISPR基因编辑纠正了Rett综合征后的突变，并研究了编辑后固定的神经外泌体的信号功能。Sharma指出，修复突变可以逆转缺陷。他们还测试了将健康的外泌体添加到Rett综合征细胞培养中是否有治疗效果，结果是肯定的。
外泌体促使神经细胞增殖增加
“这可能是我们最激动人心的发现：来自健康细胞的外泌体确实可以拯救患有Rett综合征的细胞的神经发育缺陷，”Cline说，“我们这是希望的信号，因为许多神经发育障碍亟待治疗。这些疾病我们已经对潜在的基因缺陷有了深刻的了解，但仍然缺乏有效的治疗手段来解决疾病本身。”
外泌体促进小鼠齿状回增殖
这项研究的另一个方面是将健康的外泌体注射到小鼠的大脑中，特别是齿状回区域。齿状回与小鼠的学习和记忆有关。研究人员观察到外泌体注射后小鼠的神经元增殖增加。
蛋白质组学分析
为了验证蛋白质可能参与神经回路发育中的外泌体细胞间信号传导，研究人员在神经发育障碍Rett综合征的模型中分析了外泌体蛋白质组。结果发现，MECP2功能丧失导致外泌体中特定的蛋白质改变，并且外泌体蛋白质产物不仅仅是细胞改变的复制品。但外泌体产物差异包装的机制尚未阐明。
该项研究结果证明神经外泌体具有细胞间信号传导生物活性，其在神经发育疾病模型中具有功能性影响。此外，研究显示外泌体能够逆转MECP2突变体神经元中观察到的一些病理表型，表明外泌体可能在脑疾病中具有治疗应用。
研究人员表示他们将继续探索外泌体的生物活性和可能的临床应用，例如诊断测试的可能性、以及这些发现是否适用于自闭症谱系障碍或其他神经发育疾病，如脆性X综合征等。
相关链接：细胞“货物”转运体可助修复受损脑细胞
美国研究人员2021年5月在美国《国家科学院学报》上发表的报告显示，细胞“货物”转运体——外泌体不仅对大脑神经元和神经回路的发育不可或缺，而且能够帮助受损的脑细胞恢复健康。这一发现将有助医学界开发脑发育相关疾病的诊断和治疗新方法。
外泌体是细胞对外分泌的一种小囊泡，能被受体细胞吸收，在细胞之间运输物质和传递信息。此前研究发现，外泌体与癌症和神经退行性疾病的细胞间通信有关，但人们还不清楚外泌体在脑发育中的作用。
美国斯克里普斯研究所等机构的研究人员检测了来自健康神经元的外泌体和瑞特综合征患者身上提取的神经元的外泌体。通过多种细胞和功能测试，研究人员发现，患病神经元的外泌体不含任何有害蛋白，但也没有健康外泌体中发现的必要信号蛋白。
瑞特综合征是一种脑发育异常造成的遗传性神经系统疾病，由X染色体上一个名为MECP2的基因突变引发，患者智力迟钝，并会出现类似自闭症的症状。利用基因编辑技术，研究人员修复了引发瑞特综合征的基因突变后发现，患病细胞的外泌体信号功能得到了恢复。
研究人员将健康的外泌体添加到培养的患病细胞中，结果发现，健康细胞的外泌体可以修复患病细胞的神经发育缺陷。在动物实验中，研究人员将健康的外泌体注射到小鼠参与学习和记忆的大脑区域——海马区，结果发现，小鼠的神经元增加了。
研究人员认为，这项成果对许多与大脑发育相关的疾病都有重大意义。他们计划进一步探索一系列与外泌体生物活性和潜在临床应用相关的问题，以便在未来开发出大脑发育相关疾病的诊断和治疗新方法。
《细胞研究》期刊在线发表了中科院神经科学研究所、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室杜久林研究组题为《神经元通过释放含有miR-132的外泌体调节脑部血管完整性》的研究论文。该研究发现，神经元通过释放外泌体向脑血管内皮细胞中运输神经元高表达的miR-132，进而通过靶向eef2k维持VE-cadherin的高表达，从而起到调节脑血管完整性的作用。该工作揭示了神经元调节脑血管发育的新机制，并首次发现了外泌体介导的这种神经-血管调节方式。
组成大脑毛细血管的血管内皮细胞通过形成紧密连接，以及和周围的周细胞和星形胶质细胞相互作用，形成血脑屏障。血脑屏障精细控制血液和脑组织的物质交换，维持脑内微环境的稳定。脑血管完整性的破坏会导致或加剧一系列的神经系统疾病。在脑血管发育领域中，之前的研究发现脑血管发育相对于外周血管而言，存在很多的特异性，但我们对于神经系统是如何调节脑血管发育及血脑屏障的形成还不清楚。
为了研究神经系统是如何调节脑血管发育的，研究人员运用斑马鱼为模型，首先检测了神经元高表达的miR-132在脑血管发育中的作用。发现下调或突变miR-132破坏了斑马鱼脑血管完整性，并伴随着严重的脑内出血。
为了检测脑血管完整性破坏的细胞和分子机制，研究人员检测了对于维持脑血管完整性至关重要的血管内皮细胞间的连接蛋白、胞吞转运及周细胞的覆盖，发现血管内皮细胞连接蛋白（VE-cadherin）和它的胞内作用蛋白β-catenin参与了miR-132对脑血管完整性的破坏，而胞吞转运和周细胞并不参与其中。通过特异性下调神经元的miR-132，发现神经元的miR-132对于维持脑血管完整性是必须的。
重要的是，研究发现上调或下调神经元中miR-132的水平会导致血管内皮中miR-132水平发生相应的改变，同时特异性下调血管内皮细胞中的miR-132的水平也导致VE-cadherin表达的下降及脑血管完整性的破坏。进一步地，研究人员结合斑马鱼活体和离体培养哺乳动物细胞的实验，发现神经元释放含有miR-132的外泌体进入血管内皮细胞，进而调节血管内皮细胞miR-132的水平。而抑制外泌体的分泌会导致血管内皮细胞miR-132水平的降低以及脑血管完整性的破坏。
最后，通过microarray检测发现真核生物延长因子2激酶（eukaryotic elongation factor 2 kinase, eef2k）是miR-132的直接下游靶基因，并介导了miR-132对VE-cadherin的表达及脑血管完整性的调节。
该工作发现了miR-132在脑血管发育中新功能，并揭示了外泌体作为脑血管完整性的神经调节的一个新的载体。该发现为之后神经元外泌体介导的神经血管相互作用的研究提供了新的方向。
原始出处：
Pranav Sharma, Pinar Mesci, Cassiano Carromeu, et al. Exosomes regulate neurogenesis and circuit assembly. PNAS. July 2019.
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