外泌体的产生是神经退行性疾病中神经元内体通路完整性的关键外文翻译资料

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外泌体的产生是神经退行性疾病中神经元内体通路完整性的关键

内体-溶酶体系统功能异常是阿尔茨海默氏病（AD）以及其他神经发育和神经退行性疾病的重要致病因素。我们和其他人已广泛描述了神经元内体途径病理学的原因，这种病理学是由于唐氏综合症（DS）中的淀粉样beta;前体蛋白（APP）基因一式三份或载脂蛋白Eε4等位基因（APOE4）的表达所致，这是遗传风险最大迟发性AD的因素。最近，脑外泌体，即在内体区室中产生并从内体区室释放的细胞外囊泡，已被证明在DS和APOE4表达中发生了改变。在这篇综述中，我们讨论了争论的新数据，这些数据争论着外泌体产生与大脑内体途径完整性之间的相互依赖性。体内外研究表明，通过溶酶体内的核内通道或受损的货物周转率会影响外泌体的产生、分泌和含量。相反，外泌体的生物发生可以影响核内溶酶体系统。事实上，我们认为有效的外泌体释放有助于通过神经内体途径来调节流量，从而缓解潜在的“交通堵塞”。外泌体分泌可通过将内体-溶酶体物质输送到细胞外空间而使神经元的溶酶体系统负担减轻，这是其他的类型，其他类型的细胞可能有助于神经元碎片的降解。因此，维持强大的神经元外来体产生可以预防或减轻与衰老和神经退行性疾病有关的内体和溶酶体异常。虽然目前的证据表明，大脑的外泌体系统可以通过膜脂质成分和有助于外泌体形成和分泌的关键蛋白的表达来调节，但外泌体途径调控元件如何感知并响应内体的扰动途径尚不清楚。基于广泛研究的DS和APOE4模型的发现，我们提出增强神经元外泌体分泌可能是一种保护反应，减少疾病易感神经元内溶酶体系统的病理破坏。开发有助于维持或增强神经外泌体生物发生和释放的治疗方法，可能对一系列中枢神经系统疾病有益。

一、介绍

在阿尔茨海默氏病（AD）中，神经元内体系统的早期改变，随后是自噬和溶酶体区室的广泛破坏。已表明神经元内体途径破坏是由AD的多种病理损伤引起的，包括例如囊内淀粉样beta;（Abeta;）。我们的实验室和合作者专注于在唐氏综合症（DS）中发现的与Abeta;无关的内体途径的改变和载脂蛋白Eε4等位基因（ApoE4）表达的结果。在DS中，这导致AD的早期发作，由APP基因的三倍复制和过度表达导致的beta;-淀粉样前体蛋白（APP）的beta;位点裂解的羧基末端片段（beta;CTF）升高，足以引起早期内体变化。APOE4的表达，是晚期AD的最重要的遗传危险因素导致人类以及小鼠模型的形态相似的神经元内体途径改变。最近，对这些与AD相关的内体破坏的模型的研究重点已扩展到外体，即在内体途径内产生并分泌到细胞外空间的膜结合囊泡。普遍认为，包括外泌体在内的细胞外囊泡（EV）可能对大脑有害。这些稳定的囊泡可以使有毒物质在细胞和大脑区域之间运输，并可能促进这种物质在细胞外空间的积累。

然而，它们也可能是有益的，它可以丢弃神经元已针对降解而靶向的潜在有毒物质，以及通过神经保护蛋白的运输。实际上，外泌体的分泌最初被描述为可以补充和补充溶酶体和蛋白酶体降解的过程，以去除陈旧的膜和胞质物质。虽然外来体在大脑中的体内功能可能是有益作用和潜在病理作用的混合物，但在本综述中，我们选择强调外来体生产在支持神经元内体溶酶体功能中可能发挥的有益作用。现在，越来越多的证据将内体途径功能与外泌体的生成和分泌联系到大脑细胞外空间。神经内体-溶酶体途径的干扰，可能改变内体通路通量并导致溶酶体降解效率低下，似乎影响外泌体分泌。此外，似乎由疾病引起的外泌体生产缺陷会通过内体-溶酶体途径负面影响通量和分解代谢。因此，我们的假设是，外泌体的产生在维持神经元内体途径的完整性中起着关键作用，而这些整合系统的破坏会导致神经退行性疾病。

二、讨论

1、大脑中的细胞外囊泡

细胞外囊泡分泌到组织细胞外空间，生物体液中，并在培养条件下分泌到条件培养基中。它们的膜富含磷脂，并且包含脂质，蛋白质和RNA（mRNA和miRNA）。已经描述了多种类型的细胞外囊泡，它们具有不同的细胞起源部位，并具有独特的分子和生物学特性。微囊源自质膜，直径为100-1000nm，并从所有细胞的细胞膜中连续释放，尽管在病理条件下也可以触发它们从细胞中的释放。外泌体是研究最广泛的EV物种，由晚期内体/多囊体（MVB）的限制膜腔内内陷形成，形成20-150nm囊泡。（如图一）外泌体是这些管腔内囊泡（ILV），一旦它们在MVB与质膜融合后释放到细胞外空间中。在微囊泡和ILV出芽期间，胞质含量被捕获在早期囊泡的内腔中，从而有助于囊泡的最终含量。另外，这些囊泡包含膜脂质和各种膜相关分子，其中一些对于每种囊泡亚型是独特的。除微泡和外泌体外，溶酶体胞吐作用还将溶酶体腔内物质释放到细胞外空间。这部分是钙调节过程，需要溶酶体限制膜与质膜融合。溶酶体还可以暂时包含从MVB递送的ILV，它们在溶酶体胞吐作用后释放到细胞外空间。AD中的内体-溶酶体途径功能异常似乎导致溶酶体成分渗入淀粉样斑块周围的细胞外液和脑脊液（CSF）。在脑细胞外囊泡中发现了溶酶体蛋白，例如组织蛋白酶B和D和溶酶体相关膜蛋白1（LAMP-1），这表明AD中神经元的自噬性溶酶体功能障碍可能导致囊泡溶酶体胞吐作用。此外，与非痴呆对照组相比，AD患者从血液中分离出的神经元外泌体中发现了更高水平的自噬和溶酶体相关蛋白。

（图1 |神经元MVB中的腔内囊泡（ILV）的生成。

大脑中神经元中MVB（箭头）的电子显微照片

野生型小鼠（标尺500 nm）显示了多个ILV以及可能代表新生ILV形成的MVB限制膜的内陷。一旦释放到细胞外空间，这些ILV就是外来体。）

由溶酶体分泌产生的微囊泡，囊泡和囊泡通常由实验人员从组织，诸如血浆，CSF和尿液之类的生物液体以及细胞培养条件培养基中共分离。这些复杂的EV制剂可以进一步纯化以富集外泌体。外泌体本身可以通过各种标记物进行特异性鉴定，例如例如CD63和转运所需的内体分选复合物（ESCRT）机器蛋白参与ILV的形成。然而，尚未完成对在大脑中发现的各种类型的细胞外囊泡的完整表征和分类，并且在这一点上，任何实验准备都应假定包含多种类型的细胞外囊泡。额外的复杂性是大脑中可能是细胞外囊泡来源的多种细胞类型。在此讨论中，除非实验证据明确支持外泌体的变化，否则我们通常默认使用细胞外囊泡的包容性术语：我们将这些数据作为外泌体的发现。

2、细胞外囊泡对脑内致病分子传播的潜在作用

细胞外囊泡似乎在细胞信号传导功能中起作用，通过在细胞之间和组织之间穿梭货物，髓磷脂膜蛋白的产生和周转，以及不幸的是，神经退行性疾病的进展和传播。EV在细胞之间移动的有害功能的潜力最初是基于EV可以有效地在细胞之间转移病原体的想法。在大脑中，利用EV释放的这种致病分子之一是fold病毒蛋白（PrP）折叠错误，引起人类可传播的神经退行性疾病，例如人类的Creutzfeldt–Jakob病和牛的海绵状脑病。参与帕金森氏病发病机理的alpha;-突触核蛋白也通过细胞外囊泡以钙依赖性方式分泌，而alpha;-突触核蛋白原纤维在细胞之间的转移似乎是alpha;-突触核蛋白病理学的重要组成部分，错误折叠的蛋白质向远处的扩散，以及免疫细胞的活化。在帕金森氏病中，富含亮氨酸的重复激酶2（LRRK2）基因的突变是该疾病的常见遗传原因，并且还提出了与EV相关的LRRK2具有该病的潜在致病性。

在AD中，已提出细胞外囊泡有助于Abeta;和Abeta;病理在大脑中的传播以及神经元之间的高磷酸化致病性tau的扩散。我们和其他人已经表明，EV包含全长APP，通过beta;-分泌酶（beta;CTF）或alpha;-分泌酶（alpha;CTF）裂解产生的APP的CTF，Abeta;以及负责这些裂解步骤的酶。内体途径对于APP，并在内体中发生由BACE1介导的beta;-分泌酶切割。因此，发现内体途径衍生的外泌体包含丰富的CTF并非偶然。除了成为对于神经毒性Abeta;，beta;CTF本身可能是一种神经毒性蛋白，可引起神经元内体-溶酶体异常和功能后遗症，包括记忆力减退。beta;CTF通过外泌体从神经元传播到神经元可能具有与这些囊泡Abeta;传播不同的有害作用。

3、大脑内的细胞外囊泡生产也可能具有保护作用

虽然已经证明细胞外囊泡可以在大脑中传播Abeta;，一项研究表明，外源性细胞外囊泡可以自相矛盾地清除APP过表达转基因小鼠大脑中的Abeta;。在体外，由神经母细胞瘤和原代皮层神经元释放的细胞外囊泡可结合Abeta;，并支持其表面Abeta;原纤维形成。尽管与提出的细胞外囊泡的Abeta;接种特性一致，但小胶质细胞也可以吸收与细胞外囊泡绑定的Abeta;进行降解。在体内，连续脑内输注外源性神经母细胞瘤产生的EV显然被捕获并靶向小胶质细胞吞噬作用，在APP过表达转基因小鼠的大脑中有足够的Abeta;来降低Abeta;水平，淀粉样蛋白沉积和海马突触毒性。这些发现支持这样一种观点，即决定EV是驱动病理传播还是作为清除脑内有毒分子的途径的平衡很可能取决于从脑实质去除EV的效率。

EV中包含的材料的释放可能有益于释放该材料的电池。我们提出了这样的想法，即外泌体生产的适当调节对于神经元内体-溶酶体途径的正常功能至关重要。我们提出了三种重叠的机制，通过这些机制，外泌体的产生可以支持神经元内体-溶酶体系统的功能：（1）有益的内体-溶酶体货物在大脑中的运输；（2）从溶酶体系统中去除潜在有害物质的神经元，以被脑内其他细胞降解；（3）通过神经元的内体-溶酶体途径维持膜和囊泡含量通量。

（1）在脑内运输保护性内体-溶酶体货物

外来体的独特之处在于其限制膜使它们在细胞外环境中比分泌的可溶性蛋白质更稳定。因此，神经保护/神经营养蛋白与外泌体的结合可能会延长这些蛋白的细胞外存活时间，从而扩展其在大脑内随时间和空间发挥保护作用的能力。一个示例性的例子是半胱氨酸蛋白酶抑制剂胱抑素C（CysC），它包含在内体-溶酶体途径中，并涉及对多种损伤的神经系统保护和修复。CysC也以可溶形式并与EV（包括外泌体）一起从细胞分泌。我们最近证明，含有CysC的，富含外来体的EV可保护培养的细胞免受营养剥夺引起的死亡。尽管含有CysC的和缺少CysC的EV都被培养的细胞吸收，但只有含有CysC的EV才能保护细胞。有趣的是，外源CysC和转基因介导的CysC的过表达均可促进培养细胞分泌EV。CysC的转基因过度表达也导致大脑中的EV水平升高，表明CysC表达的这种作用发生在体内。因此，与EV相关的CysC的释放可能导致正反馈回路，从而进一步增强了CysC在脑内的保护作用。CysC和其他神经营养蛋白（如颗粒蛋白）的外泌体结合，也被分泌并定位于内体途径可能会延长这些蛋白质的细胞外存活时间，从而扩大其发挥有益作用的能力。我们已经证明，由CysC缺陷型细胞分泌的EV，随后装载有外源CysC，可以显着保护原代神经元免受营养剥夺引起的死亡，揭示了将CysC和其他神经保护蛋白用于细胞外囊泡的潜在临床用途。

（2）从神经元中去除吞噬细胞吞噬及随后降解的内体-溶酶体物质

外泌体的产生将脂质和蛋白质从内体-溶酶体途径转移到细胞外空间。由神经元释放的外泌体会被非神经细胞（如小胶质细胞）降解或从大脑中去除，从而导致神经元内体-溶酶体含量的净消除。这也将限制病理分子通过外泌体向神经元向神经元的传播。一些研究表明，小胶质细胞的EV吸收比神经元更有效。然而，尚不清楚不同细胞类型对脑外泌体摄取的相对贡献，并且已经显示出神经元向神经元外泌体的运输。实际上，随着时间的流逝，外来体和细胞外囊泡介导的有益清除与病原体传播之间的平衡很可能是复杂而动态的，这取决于诸如向外的CSF和间质液通量，局部炎症和神经胶质增生以及小胶质细胞的激活状态等因素。。随着开发出更好的工具来在体内标记和跟踪细胞外囊泡，有关脑细胞外囊泡的代谢以及衰老和神经退行性疾病对这些过程的影响的更多细节将出现。

（3）通过维持通量内体自噬溶酶体系统

如前所述，外泌体产生的基本作用是从细胞内去除脂质和蛋白质。

内体-溶酶体途径。我们最近的发现，特别是在DS和APOE4携带者中，支持以下观点：外来体释放通过允许“出口”而不是溶酶体内的降解，在维持内体-溶酶体功能中起着重要作用。在接下来的讨论中，我们将围绕这些发现扩展这些支持这一观点的观点，首先概述在AD中见到的内体-自噬-溶酶体变化，然后对DS和APOE4表达对外泌体生物学的影响及其对内体-溶酶体途径的影响。

4、AD风险，神经元内体-溶酶体和外来体的产生和释放异常

神经元内体-溶酶体和自噬系统易受AD致病性变化的影响。早期和晚期内体的变化包括形态变化，例如肿大和内体数量增加，并且可能包括内吞作用和通过内体区室的通量变化。自发性空泡在AD期间在神经元中积累，最明显的是在神经元过程（如轴突）中，通常靠近beta;淀粉样斑块。溶酶体改变是该系统中第一个由AD驱动的变化，包括溶酶体的增殖和溶酶体蛋白水平的升高，包括降解的溶酶体水解酶。小鼠模型中的发现以及在人类AD中观察到的这些变化的进展通常与有效溶酶体水解和自噬体-溶酶体融合的潜在失败相一致。因此，这种转换失败是自噬体积累和负载有未消化物质的明显降解缺陷的溶酶体增殖的重要原因。AD似乎损害了通过溶酶体系统的货物的有效运输及其随后的降解。

与自噬或溶酶体功能障碍相比，神经元内体增大和增殖似乎是更早的事件，并且在晚期AD病例中均见到内体途径改变。虽然在衰老和AD病理生物学早期可能有多种机制导致该途径在神经元中的易损性，但两个广泛研究的AD样内体变化的遗传原因是DS的21号染色体三体性和APOE4等位基因，这是AD的最重要的遗传危险因素。

一旦将早期的内体货物运送到晚期的内体中，这些蛋白质和脂质就有两种可能的命运：溶酶体降解或包装成外泌体以释放。外泌体分泌有可能允许通过独立的内

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