缺血性脑卒中（IS）血管再通后脑损伤继续发展的现象称为缺血/再灌注损伤（I/R）。I/R进一步诱导脑中各种类型的细胞死亡。铁死亡是一种新发现的细胞死亡类型，而抗铁死亡疗法在IS中展现出前景，但铁死亡抑制剂只能通过局部立体定向注射或静脉注射递送到大脑。因此，有必要探索一种可以通过鼻腔递送到大脑的抗铁死亡药物，这对于临床应用具有很大价值。
作为细胞释放的载体，外泌体（Exo）在细胞间相互作用中起着重要作用。先前的研究表明脂肪间充质干细胞外泌体（ADSC-Exo）可以抑制急性肝损伤和出血性中风中的铁死亡，但尚未探索ADSC-Exo对IS中铁死亡的影响。
近日，复旦大学 赵静教授与沙先谊教授团队在J Nanobiotechnology杂志上发表题为“Anti-CHAC1 exosomes for nose-to-brain delivery of miR-760-3p in cerebral ischemia/reperfusion injury mice inhibiting neuron ferroptosis”的研究论文(2023 Mar 27;21(1):109.)，介绍了抗HAC1外泌体在脑缺血/再灌注损伤中发挥的作用。文章的第一作者为复旦大学汪勇与牛会丛， 通讯作者为复旦大学赵静教授与沙先谊教授。
在这项工作中，研究者观察到铁死亡在I/R后3天最严重。为了探讨分子机制，进而确定IS中铁死亡的潜在治疗靶点，作者通过分析来自IS患者大脑组织的罕见数据集，鉴定了一个与铁死亡相关的差异表达基因CHAC1。他们还预测了CHAC1的靶向miRNA miR-760-3p，并分析发现miR-760-3p在ADSC-Exo中含量丰富。因此，推测ADSC-Exo可通过miR-760-3p/CHAC1轴在IS中发挥抑制铁死亡的重要作用。CHAC1，即ChaC谷胱甘肽特异性γ-谷氨酰环化转移酶1，是一种编码蛋白的基因。CHAC1在肿瘤研究中被报道为铁死亡相关基因，而在IS疾病中尚无相关报道。由于miR-760-3p在ADSC-Exo中含量丰富，作者认为经鼻给予ADSC-Exo可以将miR-760-3p输送到遭受铁死亡的靶细胞。
通过超速离心法作者成功地从ADSC上清液中收集到ADSC-Exo。通过透射电子显微镜、粒径分析仪和Western blot确认了ADSC-Exo的特性。此外，免疫荧光图像的结果显示，在大脑中可以观察到PKH26标记的ADSC-Exo，这证明了经鼻给予ADSC-Exo可顺利到达梗死部位脑细胞。进一步研究发现经鼻给予ADSC-Exo可以调节I/R后铁死亡相关标志物水平，并改善MCAO小鼠的神经功能缺损、抓握功能、协调功能和运动功能。这些结果表明，经鼻给予ADSC-Exo确实可以抑制MCAO小鼠的铁死亡，改善其神经行为功能。由于神经行为功能与神经元直接相关，因此推测ADSC-Exo能够抑制MCAO小鼠神经元的铁死亡。
为了证实该猜想，作者在体内进行了免疫荧光染色。结果显示，MCAO后CHAC1与神经元标记物NeuN共定位非常显著，而与其他细胞标记物没有共定位。这些结果表明，在MCAO后，CHAC1仅在神经元中上调，这证实了ADSC-Exo通过抑制神经元铁死亡来改善神经功能恢复的推测。随后， 作者进一步在体外使用OGD/R模型检验了这些发现。证实ADSC-Exo可以抑制OGD/R处理的N2a细胞铁死亡，而当加入miR-760-3p抑制剂或过表达CHAC1时，这些治疗效果消失。这些结果首次证实经鼻给予ADSC-Exo可以通过miR-760-3p/CHAC1轴抑制IS中铁死亡。
综上所述，这项工作发现ADSC-Exo中含有丰富的miR-760-3p，可以调节铁死亡相关基因CHAC1的表达。急性期经鼻给予ADSC-Exo可以将miR-760-3p输送给神经元，从而降低神经元中CHAC1的表达，抑制神经元的铁死亡，并促进MCAO小鼠的神经功能恢复。
图1：图形摘要
作者简介:
第一作者：
汪勇，中共党员，复旦大学博士在读，导师：赵静教授。主要从事脑血管病的基础与临床研究，参与2项国家自然科学基金面上项目。目前，以第一作者或共同第一作者发表SCI论文9篇，总IF>50分。获得国家奖学金，浙江省优秀毕业生等荣誉称号。
牛会丛，中共党员，博士，复旦大学附属闵行医院主治医师，主要从事脑血管病及神经肿瘤疾病的基础与临床研究，以第一作者及共一发表SCI论文4篇，总IF大于50分。
通讯作者：
赵静，教授，主任医师，复旦大学博士生导师，“中风120”创始人。复旦大学临床医学院神经病学系副主任/复旦大学附属闵行医院神经内科主任。以第一负责人承担国自然面上及上海市科委等课题，先后在Lancet neurology、JAMA Network Open、Stroke、Advanced Science等杂志发表论文30余篇，IF>100分。多次获得上海市、区科技进步奖。中国十大科学传播人物，上海市三八红旗手、上海市仁心医师、上海市卫健委先进个人、春申金字塔杰出人才等。社会任职：世界卒中组织（WSO）院前医疗工作组（TPC）共同主席，美国宾夕法尼亚大学全球健康国际学者，中国卒中学会中风120特别行动组全国组长，中国老年医学会神经医学分会副会长，中国卒中学会脑血管病高危人群管理分会副主任委员，上海市女医师协会医学科普专业委员会主任委员，上海市九三学社科普专委会副主任。
沙先谊，博士，复旦大学教授，博士生导师。主要研究方向是新型药物递释系统的基础与应用研究，主持承担的国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等纵向课题10余项，企业合作技术转化课题30余项；在AFM、Nano Letters、Biomaterials等专业期刊发表论文80多篇，他引2000余次，授权发明专利5项；参与获得新药证书1项，临床批件4项；曾荣获上海市药学科技二等奖、赛诺菲青年生物药物奖等奖项，入选上海市青年科技启明星和全球前2%药学顶尖科学家榜单；兼任上海市药学会理事、中药专委会副主任委员、中国药促会创新研发专委会委员、世界中联新型给药系统专委会常务理事和中国药学会青年药剂学专委会委员。
参考文献：
Anti-CHAC1 exosomes for nose-to-brain delivery of miR-760-3p in cerebral ischemia/reperfusion injury mice inhibiting neuron ferroptosis. J Nanobiotechnology. 2023 Mar 27;21(1):109. doi: 10.1186/s12951-023-01862-x.
外泌体资讯网 J Nanobiotechnology | 复旦大学赵静教授与沙先谊教授团队：抗HAC1外泌体可向脑缺血/再灌注损伤小鼠鼻脑递送miR-760-3p抑制神经元脱铁性贫血
