中央民族大學(xué)程勇教授團(tuán)隊近日在《Research》期刊上發(fā)表了題為“Targeted Delivery of Engineered RVG-BDNF-Exosomes: A Novel Neurobiological Approach for Ameliorating Depression and Regulating Neurogenesis”的研究論文，介紹了一種新型靶向神經(jīng)元的工程化外泌體及其結(jié)合基因治療的技術(shù)。工程化外泌體能穿越血腦屏障，將腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）靶向傳遞至大腦神經(jīng)元，不僅促進(jìn)了突觸的可塑性，還減輕了腦部炎癥，顯著改善了小鼠的抑郁癥狀。這一研究為抑郁癥的治療提供了新的策略和方向。（Research，2024，Doi：10.34133/research.0402）。

Citation: Liu S, Chen L, Guo M, Li Y,Liu Q, Cheng Y. Targeted Delivery of Engineered RVG-BDNF-Exosomes: A Novel Neurobiological Approach for Ameliorating Depression and Regulating Neurogenesis. Research 2024. https://doi.org/10.34133/research.0402

研究背景

抑郁癥是一種常見且嚴(yán)重的精神疾病，表現(xiàn)為持續(xù)的情緒低落、興趣喪失和認(rèn)知功能障礙。根據(jù)神經(jīng)營養(yǎng)因子假說，抑郁癥的發(fā)生與BDNF的水平密切相關(guān)。BDNF在神經(jīng)元的發(fā)育、分化和存活中起著至關(guān)重要的作用，并在神經(jīng)可塑性和抑郁癥的發(fā)病機(jī)制中扮演重要角色。研究表明，抑郁癥患者大腦中BDNF的表達(dá)水平顯著降低，特別是在前額葉皮層和海馬區(qū)域，這與抑郁癥的發(fā)生密切相關(guān)。此外，大量臨床前研究表明，BDNF可能是治療抑郁癥的重要靶點。

盡管BDNF被認(rèn)為是治療抑郁癥的重要靶點，但其應(yīng)用受到血腦屏障（BBB）的限制。BBB是一種選擇性滲透屏障，能夠保護(hù)大腦免受有害物質(zhì)的侵害，但同時也限制了治療藥物，特別是大分子藥物如BDNF，進(jìn)入大腦。此外，如何將BDNF精確地靶向到特定的神經(jīng)元也是一大難題。這些因素都限制了BDNF在臨床治療中的廣泛應(yīng)用。

近年來，外泌體作為一種新型納米載體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。外泌體是由細(xì)胞分泌的，直徑在30至150納米之間，能夠封裝多種生物活性成分，并在細(xì)胞間傳遞物質(zhì)和信息。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體在抑郁癥的病理過程中發(fā)揮了重要作用，能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥和神經(jīng)可塑性。更為重要的是，外泌體較易通過血腦屏障從外周進(jìn)入大腦，尤其是改裝后的外泌體具備很強(qiáng)的靶向性，能夠?qū)⑺幬锘蚧蛭镔|(zhì)遞送到大腦特定部位或特定細(xì)胞。

研究進(jìn)展

程勇教授課題組通過基因工程技術(shù)開發(fā)出一種能夠高效遞送BDNF基因的靶向外泌體。具體來說，他們將神經(jīng)元特異性的狂犬病毒糖蛋白（RVG）和BDNF基因結(jié)合，并導(dǎo)入到293T細(xì)胞中。這些細(xì)胞隨后生產(chǎn)出含有BDNF基因的工程化外泌體（RVG-BDNF-Exos），能夠特異性地靶向神經(jīng)元。

為了驗證這些工程化外泌體的特性，研究人員使用了納米粒子追蹤分析、電鏡、qRT-PCR和Western blot等技術(shù)，結(jié)果顯示外泌體的直徑大約為131納米，并且成功整合了目標(biāo)蛋白質(zhì)。此外，研究團(tuán)隊通過尾靜脈注射將標(biāo)記后的外泌體注入小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這些外泌體能夠有效地靶向小鼠大腦中的神經(jīng)元，證明了它們在體內(nèi)的靶向效果（圖1）。

為了評估RVG-BDNF-Exos在大腦中遞送BDNF的效果，研究人員使用抑郁樣行為小鼠進(jìn)行了實驗。結(jié)果顯示，接受RVG-BDNF-Exos治療的小鼠在海馬和前額葉皮層區(qū)域的BDNF蛋白水平顯著提高，并激活了下游信號通路，減少了炎癥反應(yīng)，證明了工程化外泌體在體內(nèi)激活了BDNF信號通路。

在一系列行為學(xué)測試中，接受RVG-BDNF-Exos治療的小鼠表現(xiàn)出顯著的抑郁癥狀改善。例如，在曠場測試中，小鼠的靜止時間顯著減少；在強(qiáng)迫游泳測試和尾懸測試中，小鼠的靜止時間也顯著縮短；在新奇食物抑制測試中，小鼠在新環(huán)境中的進(jìn)食潛伏期明顯縮短。這些結(jié)果表明RVG-BDNF-Exos能夠顯著改善抑郁樣行為。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，RVG-BDNF-Exos不僅能夠減少抑郁樣行為小鼠腦部的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量，緩解神經(jīng)炎癥，還顯著降低了星形膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量，這些結(jié)果進(jìn)一步表明其對抑郁癥有顯著的治療潛力。

此外，RVG-BDNF-Exos治療顯著增加了小鼠海馬和前額葉皮層區(qū)域的成熟神經(jīng)元數(shù)量，并提高了神經(jīng)發(fā)生的標(biāo)志物DCX的表達(dá)。在突觸可塑性方面，研究發(fā)現(xiàn)RVG-BDNF-Exos能夠顯著提高海馬和前額葉皮層區(qū)域的突觸相關(guān)蛋白PSD95和Syn-1的表達(dá)水平。這些結(jié)果表明RVG-BDNF-Exos可能通過促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生和調(diào)節(jié)突觸可塑性來增強(qiáng)抑郁癥的治療效果。

未來展望

程勇教授團(tuán)隊的這一研究不僅為抑郁癥的治療提供了新的策略，也為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基因治療開辟了新的路徑，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的研究價值。未來，團(tuán)隊將繼續(xù)深入探索這一技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中的潛力，并努力將其轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，為更多患者帶來希望。