脑卒中刺激反应性星形胶质细胞形成、水通道蛋白AQP4的去极化和神经炎症。而暴露于缺氧的小胶质细胞的细胞外囊泡（EVs）可以减少脑卒中后脑损伤。然而，EV的这种作用在影响炎症、AQP4极化和脑脊液（CSF）流动的潜在机制尚不清楚。来自德国哥廷根大学医学院的研究人员发现，缺氧小胶质细胞衍生的EVs可以减少脑缺血后炎症、星形胶质增生、脑脊液血流损伤和AQP4去极化，保护脑卒中诱导的脑损伤，这表明EV可能为脑卒中治疗提供了一个新的视角。相关内容以“Preconditioned extracellular vesicles from hypoxic microglia reduce poststroke AQP4 depolarization, disturbed cerebrospinal fluid flow, astrogliosis, and neuroinflammation” 为题于7月24日在线发表在国际治疗学学术期刊Theranostics杂志上。
星形胶质细胞是人脑中最丰富的胶质细胞类型，这些细胞参与中枢神经系统的多种生理功能，包括支架结构支持、血脑屏障（BBB）的形成和调节、参与神经发育、神经免疫调节和神经递质代谢。然而，星形胶质细胞在卒中条件下的作用长期以来一直被忽视。脑卒中后，星形胶质细胞被激活，释放大量炎症介质，诱导一氧化氮和其他神经毒性介质的产生。在此过程中，血脑屏障通透性增加，引发炎症级联反应，进一步加重缺血性损伤。星形胶质细胞的激活、增殖和迁移反过来形成胶质疤痕，这对脑细胞再生过程造成了物理障碍。
水通道蛋白（Aquaporins，AQPs）是一类跨膜蛋白，与大脑水分调节有关。目前在哺乳动物中发现了13种不同的AQP（AQP0-12），其中AQP4在脑组织中分布最为广泛。AQP4主要存在于星形胶质细胞、室管膜上皮细胞、脉络膜丛上皮细胞和血管内皮细胞中。作为血脑屏障的一部分，AQP4在星形细胞终足以及轻脑膜中尤其丰富。在星形细胞终足中，AQP4主要以极化分布方式表达。AQP4促进双向水流，以确保大脑的水稳态。然而在病理条件下，AQP4失去极性，表现为星形胶质细胞质膜上的分散分布，这种现象称为去极化。后者促进脑水肿，并通过AQP4介导的水运输损害脑间质溶质的清除。在梗死周围区域，可以观察到血管周围AQP4极化的丧失长达数周。减少梗死周围星形胶质细胞增生和AQP4去极化的可减轻脑卒中后脑损伤，这可能是脑卒中后改善神经功能恢复的治疗方法。
上述AQP4极化和脑卒中条件下胶质瘢痕形成的确切机制仍不清楚。AQP4极化和星形胶质形成既可以通过直接细胞间接触调节，也可以通过信号分子调节。对于信号分子，在过去的几十年里，细胞间通讯过程的其他和新的方式已经被阐明，使细胞外囊泡（EVs）成为当前科学研究的焦点。异质性EV的大小为纳米级，包含亲本细胞的蛋白质组学遗传数据，可作为细胞间通讯的多用途调节剂。在这种情况下，小胶质细胞在卒中的病理生理中起着关键作用。它们对缺血性卒中特别敏感，并通过各种信号通路支持细胞间通信过程，其中包括EV依赖的信号级联。小胶质细胞分为促炎M1型和抗炎M2型。有趣的是，M2小胶质细胞衍生的EV已被证明可以改变胶质瘢痕形成，减少神经元自噬和凋亡，促进血管生成，使其成为新型卒中治疗的一个有希望的靶点。
研究团队此前发现，来自缺氧预处理的小胶质细胞的EV支持小鼠卒中模型中的组织再生和神经恢复。然而，目前尚不清楚缺氧小胶质细胞的EVs如何调节反应性星形胶质细胞形成和AQP4极化的丧失，从而帮助恢复脑卒中后的脑功能。鉴于M2小胶质细胞的抗炎作用和促进脑卒中后神经系统恢复的治疗作用可能是由EVs介导的，有理由推测这些EVs可能调节炎症的发病机制，参与抑制AQP4去极化和星形胶质细胞形成。因此，研究人员分析了卒中条件下缺氧小胶质细胞衍生的EVs是否抑制梗死周围星形胶质细胞形成和AQP4去极化。
研究人员对原代小胶质细胞和星形胶质细胞进行糖氧剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）损伤处理，建立脑卒中模型。为了分析缺氧条件下AQP4表达模式的作用，研究人员建立了星形胶质细胞和小胶质细胞共培养模型。进一步的研究采用了脑卒中模型，其中一些小鼠也接受了脑内罗丹明B的示踪剂输注。这些体内研究包括AQP4极化、脑脊液流动、星形胶质细胞形成、神经炎症以及缺血性脑损伤的分析。
结果显示，EVs处理可减少脑卒中小鼠梗死周围AQP4去极化、脑水肿、星形胶质变性和炎症。同样，EV促进脑缺血后脑脊液血流和脑血灌注，以及神经恢复。在体外条件下，缺氧刺激M2小胶质细胞极化，而EV进一步增强M2小胶质细胞极化，抑制M1小胶质细胞极化。与此相一致的是，星形胶质细胞在暴露于OGD时表现出AQP4聚集和促炎细胞因子水平的上调，而这种上调被EV预处理逆转。然而，EVs导致的AQP4去极化减少并不是非特异性炎症调节的结果，因为在星形胶质细胞和小胶质细胞共培养模型中，LPS诱导的炎症并没有导致星形胶质细胞中AQP4表达模式的改变。这些发现表明，缺氧小胶质细胞可能通过调节脑卒中后炎症、星形胶质细胞形成、AQP4去极化和脑脊液释放引起的脑脊液流量，参与保护脑卒中引起的脑损伤。
参考文献：Preconditioned extracellular vesicles from hypoxic microglia reduce poststroke AQP4 depolarization, disturbed cerebrospinal fluid flow, astrogliosis, and neuroinflammation. Theranostics. 2023 Jul 24;13(12):4197-4216.
