作者：山西医科大学附属运城市中心医院骨科    李书谨

脊髓损伤（SCI）是指由于外伤（如交通事故、跌落、暴力冲击）、炎症（如脊髓炎）、肿瘤、血管性疾病或其他病因，导致位于脊柱椎管内的脊髓结构或功能遭受损害的情况。根据国际脊髓学会的定义，SCI分为创伤性SCI和非创伤性SCI。创伤性SCI具有复杂的病理生理过程，可大致分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤可直接导致脊柱机械性破坏和脱位，引发脊髓受压或横断，继而触发继发性损伤的级联反应，造成脊髓进一步损害及神经功能障碍。这一病理过程最终将损伤髓鞘、轴突和神经元。此外，它还会破坏血－脊髓屏障。原发性损伤通常是不可逆的，而继发性损伤通常比原发性损伤造成更严重的损害。SCI后患者在损伤平面以下可能会出现不同程度的感觉、运动功能障碍，包括但不限于肢体无力或瘫痪、感觉缺失、自主神经系统功能紊乱（如大小便失禁、血压调节异常）。根据损伤的程度，可分为完全性损伤和不完全性损伤，前者意味着损伤平面以下所有感觉和运动功能丧失，后者则保留部分功能。治疗SCI的目标在于最大限度地恢复功能和提高生活质量，通常涉及紧急医疗处理、手术减压、药物治疗、早期康复介入以及长期的康复计划。尽管现代医疗技术不断进步，但严重脊髓损伤患者的神经功能完全恢复仍面临重大挑战。此类损伤对患者生活质量及社会经济负担影响巨大，因此加强预防和优化急性期救治至关重要。针对严重的SCI，现有手段不能达到满意的治疗效果。近年来，细胞治疗通过免疫调节、旁分泌信号、细胞外基质修饰、丢失细胞替代等多种机制来保护和再生受损脊髓，取得了多项重大突破，然而细胞疗法仍存在诸多缺点，如致瘤性、生存率低、免疫排斥等。由于细胞疗法的缺点限制了其临床应用，外泌体在各种疾病中的作用及其治疗潜力受到广泛关注，为SCI的治疗提供了新思路。

外泌体

外泌体是大多数细胞分泌的40～200nm的细胞外囊泡，由内泌体衍生。它们已从许多生物体液中分离出来，包括血液、尿液、精液和脑脊液。外泌体中富含大量蛋白质，其中很多蛋白都可用来鉴别外泌体。此外，外泌体还富含特定的脂质，主要含有神经酰胺、胆固醇和鞘脂。脂质有助于外泌体的形成和结构的稳定性。外泌体表面含有多种多糖和聚糖成分，包括甘露糖、α－2，6唾液酸和聚乳酸蛋白等，这些分子定位于外泌体膜上，有助于外泌体与受体细胞的对接和附着。外泌体是细胞外囊泡的主要亚类之一，可被释放到细胞外环境中，几乎所有类型的细胞都分泌外泌体，并广泛存在于体液中，其具有明确的生物物理和生化参数，因此适合常规实验室检测。外泌体容易穿过血－脊髓屏障，凭借其神经保护、血管生成和免疫调节作用，可以促进轴突再生。此外，还发现它们可以抑制M1小胶质细胞和A1型星形胶质细胞的激活，减少神经炎症反应。同时，外泌体治疗不具有与细胞移植相同的致瘤风险，因其体积小不易被肺和肝组织捕获。基于这些优势，外泌体近年来成为治疗SCI的热点。

外泌体的生成

外泌体的产生过程涉及质膜的双重内陷和含有腔内囊泡的细胞内多泡体的形成，可归纳为4个步骤：质膜出芽、腔内囊泡形成、多泡体形成和外泌体分泌。外泌体的生物发生过程涉及多种机制，其中内体分选复合物（ESCRT）依赖性途径起关键作用。ESCRT系统包含ESCRT－0、ESCRT－1、ES－CRT－2和ESCRT－3蛋白复合物以及辅助蛋白（如囊泡运输相关蛋白1、抗淋巴细胞球蛋白相互作用蛋白和液泡蛋白分选4）。值得注意的是，外泌体可通过非ESCRT依赖途径生成，这一机制受四跨膜蛋白、神经酰胺等脂质及热休克蛋白的调控。其释放过程依赖于rabGTP酶和SNARE蛋白（可溶性N－乙基马来酰亚胺敏感融合蛋白受体）介导的多泡体－质膜融合。外泌体可通过三种主要机制进入目标细胞内部：（1）借助特异性受体的识别与结合实现的受体介导摄入；（2）直接与细胞膜融合，内容物随即释放入胞；（3）经由内吞作用被细胞包裹摄入。这些机制共同揭示了外泌体在细胞间通讯中的高效与多样性。

外泌体促进SCI后神经功能恢复

尽管细胞治疗在SCI中取得了重大突破，但仍存在明显局限性。与干细胞移植相比，外泌体具有细胞毒性低、可穿透深层组织、可逃避吞噬系统的快速清除、可穿透血脑屏障等优点，因此推动了外泌体治疗SCI的研究越来越多。外泌通过这些特性，在抑制炎症反应、促进神经元轴突生长以及对SCI后星形胶质细胞的调控等方面发挥重要作用，为SCI后神经功能的恢复起到了积极的促进作用。

外泌体调控小胶质细胞极化减轻神经细胞损伤     中枢神经系统内的小胶质细胞是主要免疫细胞，这些细胞起源于胚胎时期的卵黄囊，并作为中枢神经系统的常驻免疫细胞存在，而巨噬细胞由骨髓髓系前体细胞经单核细胞阶段分化而来。当SCI导致脑脊液屏障破损时，血源性单核细胞通过渗透脊髓组织，并进一步演化为巨噬细胞，与本地的小胶质细胞相会合。有趣的是，一旦激活从形态特征和免疫组化分析上区分巨噬细胞和小胶质细胞变得极为困难。因此，激活状态下的小胶质细胞与从血液招募来的单核细胞衍生的巨噬细胞，往往被共同归类为中枢神经系统的巨噬细胞群体。巨噬细胞有两种主要的极化表型：M1型和M2型。M1型巨噬细胞（促炎细胞）产生各种促炎因子［白细胞介素（IL）－6、干扰素（IFN）－γ、IL－12、IL－23、IL－1β和肿瘤坏死因子（TNF）－α）］、活性氧和一氧化氮（NO），促进炎症和继发神经元损伤。相反，由于M2型巨噬细胞（抗炎细胞）表达高水平的抗炎因子IL－10或转化生长因子（TGF）－β，因此具有抗炎和组织修复的特性。研究证实，M1型巨噬细胞比M2型巨噬细胞更能加重SCI。

因此，调控巨噬细胞极化可能是SCI的一种治疗方法。有研究表明，间充质干细胞源性外泌体（MSCs－Exos）可促进巨噬细胞极化。Chang等发现来自MSCs－Exos的MiR－125a可通过负向调节IFN调节因子5（IRF5）表达从而促进M2型巨噬细胞极化，最终减轻SCI引起的炎症反应，促进运动功能恢复。Li等发现，骨髓基质干细胞（BMMSC）外泌体MiR－124－3p可减轻SCI所致的神经损伤，通过抑制ern1和促进M2型极化来改善神经损伤情况。Liu等认为缺氧处理的MSCs外泌体MiR－216a－5p抑制toll样受体（TLR）4／核因子－κb（NF－κb）信号通路，激活磷脂酰肌醇3－激酶（Pi3k）／蛋白激酶（AKT）信号通路，使小胶质细胞从M1促炎表型转变为M2抗炎表型，增加SCI的治疗潜力。此外，liu等发现，牙髓干细胞（DPSCs）外泌体可通过抑制SCI后活性氧－丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）－NF－κbp65信号通路来抑制M1型巨噬细胞极化。由此可见，外泌体可以通过促进小胶质细胞极化，减轻SCI后的炎症反应，从而改善SCI的预后。

外泌体促进神经元轴突生长改善SCI后神经功能    SCI继发性损伤期常发生轴突损伤和神经元凋亡。由于神经元和轴突的再生能力较弱，损伤后几乎无法再生，最终导致脊髓功能恢复受限。因此，促进轴突生长和神经元再生是SCI治疗的方向之一。研究证实，外泌体可以促进轴突生长和神经元再生。早期研究发现MSCs－Exos可以促进神经元轴突生长，但机制尚不清楚。最近Ｚｈou等报道，人胎盘间充质干细胞（HP－MSCs）外泌体可通过内源性神经祖细胞激活和神经发生促进SCI后运动功能恢复，这一过程可能涉及丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的激活。li等发现脂多糖预处理MSCs衍生的外泌体通过抑制nＦ－κb信号通路，促进轴突再生和髓鞘再生。Wang等发现人脐带间充质干细胞（HUC－MSCs）外泌体衍生的MiR－199a－3p／145－5p靶向Ｃbl－b和Ｃblmrna，抑制泛素化介导的原肌球蛋白受体激酶a（TRKA）降解，从而使其易与神经生长因子（NGF）结合，最终介导NGF／TRKA信号通路，促进大鼠神经突生长和功能恢复。Han等发现MSCs－Exos通过携带TGF－β上调受体调控的Ｓmad6表达并促进SCI大鼠的神经元再生。Wang等发现含有MiR－let－7a－5p的MSCs－Exos可以通过抑制高迁移率蛋白（HMG）A2下调TGF－β／Ｓmad2信号通路，最终通过HMGA2／Smad2轴促进SCI大鼠神经元再生，改善神经功能恢复。因此，MSCs－Exos及其MiRna可以促进轴突生长和神经元再生，从而改善SCI的预后。

外泌体调控星形胶质细胞改善 SCI预后     在SCI的复杂修复过程中，星形胶质细胞扮演着举足轻重的角色，尤其体现在其对中枢神经系统的恢复上。根据对不同刺激的响应特性，反应性星形胶质细胞可分为A1和A2两种亚型，这两种亚型的形成分别与神经炎症环境（涉及到IL－1α、TNF－α及Ｃ1ｑ的激活）及缺血条件相关。值得注意的是，A1亚型星形胶质细胞表现出神经毒性，对维持髓鞘稳定性、突触功能及神经元存活具有不利影响；而A2亚型则通过提升神经营养因子的表达水平，积极促进神经保护作用。因此，调控A1型神经毒性星形胶质细胞活化比例，可能成为治疗SCI的新方向。目前有关MSCs－Exos在抑制A1星形胶质细胞转化方面的研究仍较为有限。Wang等发现，在SCI大鼠模型中，静脉注射MSCs－Exos具有抗炎和神经保护作用，可能是通过抑制NF－κbp65的核易位来减少SCI诱导的A1星形胶质细胞。Liu等发现BMMSC－Exos可以抑制急性SCI后A1神经毒性反应星形胶质细胞的激活，促进功能行为恢复。Lai等研究表明，人脐带MSCs－Exos的MiR－146a－5p可显著降低神经毒性星形胶质细胞的毒性作用，促进损伤大鼠神经功能恢复，其可能机制是通过抑制TNF受体相关因子6（TRAF6）和白细胞介素1受体相关激酶1（IRAK1）的表达来抑制NF－κb通路的激活。因此，外泌体及其MiRna可以减少A1神经毒性星形胶质细胞，从而减少对神经的毒性作用及对髓鞘稳定性的破坏，改善SCI的预后。

外泌体通过抗炎作用促进SCI后神经功能的恢复     促炎因子（IL－1β、IL－6、TNF－α）与抗炎因子的相对水平与SCI患者功能恢复有关。因此，促炎和抗炎环境的组成与SCI后的预后高度相关，抑制促炎环境的形成是治疗SCI的主要策略。Romanelli等报道了人脐带血MSCs－Exos在体外直接与活化的小胶质细胞相互作用，并在继发性损伤中抑制促炎细胞因子的表达。在SCI大鼠模型中静脉注射人脐带MSCs－Exos可抑制IL－1β和IL－6的表达，同时也可抑制瘢痕的形成，从而有助于运动功能的恢复。神经炎症的特点是由各种外部刺激激活免疫细胞，而这种激活是由一种重要的蛋白质复合物－炎症小体介导的，称为Nod样受体热蛋白结构域相关蛋白3（nlrp3）炎症小体，在SCI的继发性损伤中起关键作用。最近的一些研究表明，在创伤性脑损伤和SCI模型中，Nlrp3炎性体的活性增加。SCI可激活并上调Nl－Rp3炎症小体表达，而抑制其活化能显著改善大鼠SCI后的神经功能恢复。Huang等发现硬膜外脂肪间充质干细胞（EF－MSCs）外泌体能促进神经功能恢复，减少损伤体积。其分子机制是全身给药，EF－MSCs－Exos进入SCI模型，显著抑制nlrp3炎性小体的激活，降低炎性细胞因子的表达。此外，EF－MSCs－Exos可下调SCI后促凋亡蛋白Bcl－2相关X蛋白（Bax）表达，同时上调抗凋亡蛋白b细胞淋巴瘤－2（Bcl－2）表达。Sun等也得到了类似的结果。他们发现HUC－MSCs－Exos降低了促炎细胞因子TNF－α、IL－6、IFN－γ和粒细胞集落刺激因子的水平，同时增加了抗炎细胞因子IL－4和IL－10的水平。因此，外泌体可以通过抗炎作用来抑制SCI后炎症小体的激活，从而减轻SCI后激发的炎性损伤并促进SCI后神经功能的恢复（见图1）。

结论与展望

SCI的治疗仍然是医学领域的巨大挑战，来源于各种细胞的外泌体作为重要的细胞间通讯物质，可通过促进小胶质细胞的极化、促进神经元轴突的生长、调控星形胶质细胞，从而抑制瘢痕形成和抑制炎症反应等途径介导SCI修复，为SCI康复治疗提供新方向。尽管外泌体作为一个新的研究热点，在相关疾病的临床诊断与治疗方面已有较多应用，但外泌体在治疗SCI方面仍面临许多挑战。一方面，外泌体的分离、纯化、扩增等问题需要全面解决，目前迫切需要一种快速、廉价、简单、标准化的分离和纯化方法来生产高纯度、高产、具有完整生物活性的外泌体。另一方面，目前的SCI模型主要是大鼠或小鼠，由于物种和解剖结构的差异，人类的神经系统比啮齿类动物更为复杂，SCI后的恢复更加困难。因此，明确外泌体在神经系统更为复杂和先进的灵长类动物中的实验功效，为下一步的临床研究提供进一步的理论依据具有重要意义。近年来，SCI后神经修复领域发展迅速，工程化外泌体、外泌体负载药物以及外泌体－水凝胶复合系统已成为增强神经修复效果的重要研究方向。尽管外泌体在SCI修复应用中，仍然面临着上述挑战，但现有成果已为其临床转化提供了扎实的理论与实验基础。综上所述，外泌体作为一种极具潜力的SCI治疗策略，有望为SCI患者带来新的希望。

来源：实用骨科杂志2025年8月第31卷第8期

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