最新：细胞外囊泡与慢性疼痛.docx

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1、最新：细胞外囊泡与慢性疼痛疼痛的慢性化发展是神经元细胞用交质细胞-免疫细胞相互作用的结果，提示细胞间通信与信号传递在伤害性痛信号转导通路的调节过程中发挥重要作用。越来越多的研究关注到作为细胞间通信介质载体的细胞外囊泡(extrace11u1arvesic1e,EVEV作为细胞通信分子的载体，携带核酸、蛋白质、脂质等多种分子信号，参与调节细胞间信号转导、基因的转录和转录后的加工修饰。近十年来,EV的细胞通信作用已在多种慢性疼痛(chronicpainzCP)模型中得到证实，但需注意的是EV作为载体调节疼痛具有两面性，应辩证思考，合理应用。1 EV对疼痛通路的调节作用EV通过携带信号分子，特异性地

2、改变受体细胞功能，在炎症反应和神经重塑时的细胞间通信中起着重要作用，可实现双向调节(疼痛上行传导和下行调制)，是疼痛通路调节的双刃剑。1.1 EV与神经炎症EV通过参与神经炎症介导CP发展。研究表明，神经损伤后神经胶质细胞和免疫细胞的炎症激活与失调是CP形成的重要机制。病理条件下,活化的单核一巨噬细胞分泌的EV以超过生理频率的速度通过血脑屏障。在炎症介质、TNFa干扰素、或脂多糖(1ipop。IySaCCharide,1PS)的刺激下，反应性星形胶质细胞增多,富含小GTP酶、I1-邛和多种微小RNA(microRNAzmiRNA)的EV随之释放增加，这些EV又作用于神经元，通过突触数量、电活动

3、、新陈代谢和细胞凋亡的改变来参与疼痛相关的继发性损伤以及SHH(sonichedgehog)信号通路介导吗啡耐受。从选择性神经损伤模型(sparednerveinjury,SNI)的小鼠血清EV内发现补体成分5a和细胞间黏附分子1显著上调,其中补体成分5a参与诱导小胶质细胞炎症因子的表达，推动CP的发展。相反，使用药物抑制初级纤毛发生或抑制EV释放可显著减弱小鼠的吗啡耐受，且未产生其他不良反应。同时，EV在神经损伤后也显示了强大的抗炎能力，其镇痛作用可能涉及它们对神经元和神经胶质细胞的作用。在经典的1PS炎症性疼痛模型中，巨噬细胞分泌的EV内抗炎miRNNmiR-146azmiR146b和mi

4、R-213p)上调，脊髓小胶质细胞和星形胶质细胞随后摄取这些EV,通过靶向调节To11样受体通路下游相关的炎症介质，缓解疼痛；类似的，在完全弗氏佐剂诱导的炎症痛小鼠模型中，巨噬细胞分泌的EV被运送至小胶质细胞后，其携带的miR-23a-3p通过调节泛素特异性蛋白酶5改善小鼠的机械痛和热敏痛反应。此外，在神经病理性疼痛模型中，EV也表现出抗炎和促神经营养的能力。Shiue等在鞘内注射间充质干细胞(mesenchyma1stemce11MSC)衍生的EV后，降低了15-16脊神经结扎疼痛模型大鼠的机械痛和热敏痛反应，这主要与下调局部TNFe口北邻水平，上调I16、脑源性神经营养因子和神经胶质细胞系

5、来源神经营养因子的水平有关。1.2 EV与神经重塑EV除调节炎症外，也与病理性神经重塑密切相关，从而介导疼痛的慢性化发展。Gona1ves等通过基因功能注释和京都基因与基因组百科全书数据库中的通路富集分析发现,EV内携带的miRNA参与调节肌动蛋白细胞骨架、轴突引导、磷脂酰肌醇信号通路和P75神经营养蛋白受体相关的细胞信号通路，表明EV具有重塑表型和调节周围神经上受体的作用。以癌性疼痛的发生、发展为例，感觉神经末梢摄取肿瘤微环境中的EV可在癌症早期促进未损伤的神经元敏化，导致疼痛。在肿瘤细胞分泌的EV中，基质金属蛋白酶1和凝血酶敏感蛋白1表达增加，前者通过激活蛋白酶激活受体1,增加痛觉感受器对

6、伤害性刺激的敏感性，同时激活蛋白酶激活受体2、F2R样胰蛋白酶受体1介导癌性疼痛信号转导。值得注意的是，基质金属蛋白酶1和凝血酶敏感蛋白1不仅与癌性疼痛有关，与肿瘤转移也密切相关，而癌症转移后患者将会承受更大的疼痛。因此,关注EV在神经元可塑性变化中的作用，有助于进一步认识疼痛慢性化的机制，从而实现早期的靶向干预。但并不是所有的神经重塑都促进疼痛发展。因EV来源的多样性与功能的复杂性,有研究发现了EV介导神经重塑后的保护作用。大鼠坐骨神经SNI模型显示，脂肪间充质干细胞分泌的EV可内化到Schwann细胞里，在体外表现为促进Schwann细胞增殖的潜力，在体内则发挥促进SNI后神经再生的作用；

7、在神经破坏更为严重的大鼠坐骨神经离断模型中，Schwann细胞分泌的EVmiRNA-21可在体外促进神经突生长,使大鼠足底溃疡症状有所缓解。这些EV的作用机制至今尚不清楚，可能与EV所携带的神经营养因子有关，如胶质细胞源性神经营养因子、成纤维细胞生长因子-1、脑源性神经营养因子、胰岛素样生长因子T和神经生长因子等。综上，CP是炎症失衡联合神经重塑的产物，囊泡运输通过参与细胞间交流，调节神经炎症和免疫反应，促进血管生成和轴突生长，介导多条与CP相关的细胞通路。值得注意的是，目前的研究结果仍存在一定的异质性，EV表现出双向作用未来如何合理高效开发EV的保护潜能仍是热点话题。2 EV先慌痛的诊断作用

8、由于囊泡运输参与细胞间交流、介导与CP相关的外周和中枢机制，且在体液中分布广泛，提取检验方式多样，使其有可能成为诊断疼痛的新型生物标志物。但是，目前CP的模型复杂多样，EV的提取方式多样却缺乏标准化共识，致使相关研究在质量、可用性、可比性方面存在差异。因此，EV作为诊断CP的生物标记物需对比分析。以复杂区域疼痛综合征(comp1exregiona1painsyndrome,CRPS)为例，通过对比患者和健康志愿者血液中的EV成分，发现18种m很NA存在表达差异，其中miR-939最为明显；且miR-939在CRPS患者的B细胞中表达最多。尤其考虑到不同的疼痛状态会导致EV载物的差异性表达,提示

9、用高通量测序技术对EV中miRNA进行分选有助于CRPS的分层诊断和预测。比如构建创伤后CRPS模型时,发现有骨折史而无CRPS的患者血浆EV中免疫屏障保护性hmiR-223-5p水平高于有骨折史且有CRPS的患者。除疼痛状态的差异外，EV载物的差异性表达也部分取决于它们的来源。McDona1d等分析CRPS人类血液中纯化的EV时，同样发现了miR239的高表达，但是在1PS小鼠模型中，则表现为抗炎miR-21-3psmiR-146a和miR-146b等表达增加。由于疾病和疼痛状态影响EV的载物异质性，因此可针对某一特定疾病，进行动态追踪；骨关节炎(osteoarthritis,OA)CP领域

10、对此研究较为成熟。首先，血液中的EV可作为OA的早期筛查指标，即患者出现症状但尚无影像学证据时，可通过采血来简单评估关节潜在的损伤因素。Meng等发现OA患者血浆中miR-193b-3p的表达显著降低,与退化软骨标本中观察到的下降结果一致。既往研究表明,血清miR-193b表达与炎症呈负相关；提示miR-193b具有作为OA早期诊断的生物标记物的价值。其次，来源于滑膜液的EV可及时反映OA的进展，Zhao和Xu证明EV长链非编码RNA前列腺癌基因表达标记物1可用于区分OA的不同分期,其不仅在OA患者和健康人之间存在差异，而且在晚期OA和早期OA之间也存在显著差异。综上，尽管由于不同的纳入排除标

11、准、不同的疼痛模型、不同的疼痛严重程度，甚至物种差异等原因，致使研究结果存在异质性，但EV确实表现出一定的诊断潜力。所以，未来关于EV与CP的研究都应在研究时考虑上述因素，通过标准化的实验流程提高研究间的可比性，寻找针对每一种特定疼痛的特异性标记物。3 EV对疼痛的治疗作用EV对细胞通信和中枢神经系统结构与功能重塑的调控，不仅有助于理解疼痛慢性化的病理生理，而且为开发新型治疗策略提供思路。EV作为载体治疗疾病时，由于其天然的脂质双分子层结构，相比于其他纳米材料，优势突出：免疫原性低；双层磷脂膜结构可以避免载物被循环系统中酶降解血栓形成率低多重载药能力稳定性高,可在-20或-80OC长期贮存。显

12、然EV的治疗潜力由运输成分主导。EV的内容物中以miRNA研究最多,基础研究和临床试验均已取得一定进展。miRNA通过翻译抑制、mRNA的切割或脱腺昔化下调靶基因表达,参与疼痛相关信号通路、神经元的可塑性发展和中枢或外周敏化等疼痛慢性化过程。完全弗氏佐剂造模的炎性痛小鼠模型中，后爪注射1PS刺激的巨噬细胞源EV减轻了小鼠足跖肿胀程度和热痛觉过敏，而后发现巨噬细胞源EV中抗炎miR-21-3pxmiR-146a和miR-146b显著增加，与CRPS患者一致。在实际应用中,EVmiRNA不仅可作为治疗CRPS的重要手段,还可对治疗效果进行追踪和分层。在接受血浆置换治疗的CRPS患者中，血浆置换治疗

13、有反应者和反应不良者血浆中EV携载的17个miRNA存在差异；其中，有反应者的hsa-miR-338-5p表达高于反应不良者。这与先前的报道存在一定差异，或许与患者的治疗干预有关。体外实验进一步证实zmiR-338-5p预处理可显著减少1PS刺激下THP-1细胞内I1-6mRNA的表达。MSC是EV的主要细胞来源，具体的分化方向取决于所在的微环境。以研究最为成熟的OA模型为例小鼠尾静脉注射人骨髓MSC(bonemarrowmesenchyma1stemce11,BMSC)分泌的EV后,可减少异常的降钙素基因相关肽阳性神经纤维和软骨下骨中的异常H型血管形成,从而达到缓解疼痛的目的；而脂肪MSC主

14、要是抑制活化的巨噬细胞产生炎症因子。除细胞表型外，给药途径与实验动物的选择仍需进一步探索。如上述BMSC源EV于大鼠关节内注射后，其机制与增加型胶原蛋白合成、降低解聚蛋白样金属蛋白酶5表达有关，从而减轻软骨基质降解，改善大鼠疼痛症状。鉴于MSC源EV的治疗潜力,已有两项关于骨关节炎的前瞻性临床研究投入实施，但目前尚无相关结果报告。除OA外，在CRPS、间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征、慢性盆腔疼痛综合征、神经病理性疼痛、炎症性肠病疼痛和其他骨关节CP的模型中，MSC分泌的EV也体现出优秀的治疗潜力，因此，精准治疗仍需对CP进行细致分类。4 EV临床应用的前景与挑战对EV的相关研究，使我们更加深刻地

15、理解了CP的病理生理学和诊断分层，尤其是EV在疾病动态监测和预后评估等方面颇具前景，利用EV的天然脂质双分子层作为载体治疗疾病具有突出优势。但目前的提纯分析方法无法规模化提取分析EV,还需要探索更多稳定的EV特异性标记物,从而实现对不同细胞来源EV的识别和检测。EV兼具致痛和镇痛的双重作用，尚未完全揭示疼痛慢性化过程中EV如何进行细胞内载物的分选、分泌、靶细胞摄取和功能实现，如何发挥EV对CP的治疗作用还需深入研究。这需要建立新的体内模型，结合先进的成像技术,在单个EV水平上跟踪它在体内的释放、转运和清除。除了提高对CPEV细胞交流的理解外，选择合适的EV生产细胞和适宜微环境，提高EV载药产量，提高EV内载物的稳定性，减少体内清除率，同时避免过度表达等，都需要进一步积极探索。