【中国声音】北京协和医院团队最新研究：工程化细胞外囊泡在缺血性卒中治疗中的潜力 - 脑医汇 - 神外资讯

北京协和医院神经外科魏俊吉教授团队，于国际知名期刊Journal of Nanobiotechnology（IF=10.6，中科院1区TOP）在线发表题为“Engineered extracellular vesicles for ischemic stroke: a systematic review and meta-analysis of preclinical studies”（工程化细胞外囊泡治疗缺血性卒中：临床前研究的系统综述与荟萃分析）的文章。该研究通过系统综述与荟萃分析，全面评估了工程化细胞外囊泡（EEVs）在缺血性卒中（IS）治疗中的疗效，揭示了其相较于天然细胞外囊泡（EVs）的显著优势。北京协和医院神经外科李鹏涛博士为本文第一作者，北京协和医院神经外科魏俊吉教授、中国医学科学院基础医学研究所韩钦研究员为本文共同通讯作者。

缺血性卒中（Ischemic Stroke, IS）是一种常见的神经系统疾病，主要由脑部血流中断引起，是全球范围内致残和致死的主要原因之一。尽管过去十年在IS治疗领域取得了显著进展，但现有的治疗手段仍然有限。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的唯一溶栓药物是组织型纤溶酶原激活剂（tPA），但其治疗时间窗极窄，仅为发病后4.5小时内，且可能伴随出血风险。此外，机械取栓术虽能有效恢复血流，但仅适用于约10%的患者。这些局限性使得许多患者无法及时接受有效治疗，导致预后不良。因此，开发新的治疗策略以改善IS患者的神经功能恢复和长期预后，已成为当前医学研究的迫切需求。

细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）是由细胞释放的纳米级囊泡，携带蛋白质、脂质和核酸等多种生物活性分子，在细胞间通讯中发挥重要作用。EVs包括外泌体、微囊泡和凋亡小体等类型，具有低免疫原性、天然稳定性和高效递送能力等生物学优势。研究表明，EVs能够轻松跨越血脑屏障（BBB），直接作用于中枢神经系统，因此在神经系统疾病治疗中展现出巨大潜力。例如，干细胞来源的EVs可通过上调血管内皮生长因子（VEGF）、血管生成素1（ANG1）等基因表达，促进血管新生，改善脑血流；同时，EVs还能递送脑源性神经营养因子（BDNF），促进神经元存活与再生。然而，天然EVs存在产量低、生物活性有限、靶向性差以及体内清除快等局限性，限制了其临床应用。

为克服天然EVs的局限性，研究人员通过生物工程技术开发了工程化细胞外囊泡（Engineered Extracellular Vesicles, EEVs）。EEVs的制备主要有两种策略：一是对EVs的母细胞进行基因修饰或预处理，使其分泌携带特定靶向分子或治疗性RNA的EVs；二是直接对EVs进行修饰，通过超声处理、电穿孔、抗体特异性负载等技术增强其功能(图1)。这些方法显著提升了EEVs的靶向性、稳定性和治疗潜力。尽管已有大量临床前研究表明EEVs在IS治疗中具有显著优势，但目前仍缺乏系统性的证据支持。因此，研究旨在通过系统综述与荟萃分析，全面评估EEVs与天然EVs在IS治疗中的疗效差异，为未来研究提供科学依据，并推动EEVs在临床中的应用。

图1. 两种工程化EVs及其在缺血性中风治疗中的作用。

研究通过系统检索PubMed、EMBASE等数据库，初步纳入2793项研究，经过严格筛选后最终纳入28项临床前研究（共1760只动物）。所有研究均使用啮齿类动物模型，其中19项采用大鼠（Sprague-Dawley或Wistar品系），9项使用小鼠（C57BL/6J或T2DM模型）。EVs来源以间充质干细胞（MSC，15项）为主，其次为神经干细胞（NSC，5项）、血液来源EVs（5项）及体细胞（3项）。EEVs的工程化策略分为两类：母细胞修饰（19项）和直接EV修饰（9项）。

荟萃分析显示，与天然EVs相比，EEVs在缺血性卒中治疗中表现出显著优势。在梗死体积方面，25项研究（321只动物）表明，EEVs治疗使梗死体积（SMD=-2.33, 95% CI: -2.92~-1.73, p<0.00001）显著降低。神经功能评估中，EEVs显著改善改良神经功能缺损评分（SMD=-1.78, 95% CI: -2.39, -1.17, p<0.00001）和Zea-Longa评分（SMD=-2.75, 95% CI: -3.79, -1.71, p<0.00001），提示其促进神经功能恢复的潜力（图2）。

图2. 森林图显示EEVs治疗对缺血性中风中梗死体积和神经功能评分的影响。(a) 梗死体积百分比；(b) 梗死体积大小；(c) 改良神经功能缺损评分（mNSS）；(d) Zea-Longa评分。

行为学测试进一步证实，EEVs可提升运动协调能力（转棒测试SMD=2.50, 95% CI: 1.81, 3.18, p<0.00001）、减少步态缺陷（网格行走测试SMD=-3.45, 95% CI: -5.15, -1.75, p < 0.0001）、改善感觉运动功能（粘附物移除测试SMD=-2.60, 95% CI: -4.27, -0.93, p=0.002），并增强学习记忆能力（水迷宫测试SMD=-3.91, 95% CI: -7.03, -0.79, p=0.01）（图3）。此外，亚组分析表明，不同工程化策略（如慢病毒转染vs超声处理）和给药途径（静脉注射vs颅内注射）的疗效无显著差异，但直接修饰EVs在靶向性上更具优势。

图3. 森林图显示EEVs治疗对缺血性中风行为影响的效果。(a) 旋转棒试验；(b) 网格行走试验；(c) 黏贴去除试验；(d) Morris水迷宫试验。

EEVs在调节炎症微环境和神经保护方面同样表现突出。9项研究（190只动物）显示，EEVs显著降低促炎因子IL-1β（SMD=-2.02, 95% CI: -2.77, -1.27, p<0.00001）、IL-6（SMD=-3.01, 95% CI: -4.47, -1.55, p<0.0001）和TNF-α（SMD=-2.72, 95% CI: -4.30, -1.13, p=0.0008）水平，抑制卒中后神经炎症。同时，11项研究（158只动物）证实，EEVs可减少神经元凋亡率（SMD=-2.24, 95% CI: -3.32, -1.16, p<0.0001）并增加存活神经元数量（SMD=3.70, 95% CI: 2.44, 4.96, p<0.00001），提示其可能是通过抑制凋亡通路促进神经再生。

图4. 森林图显示EEVs治疗对缺血性中风后促炎因子释放的影响。(a) IL-1β；(b) IL-6；(c) TNF-α。

总结研究

研究通过系统综述与荟萃分析，首次全面评估了工程化细胞外囊泡（EEVs）在缺血性卒中治疗中的临床前证据。结果表明，EEVs在减少梗死体积、改善神经功能评分及促进运动、感觉和认知行为恢复方面显著优于天然EVs。其核心机制包括：通过负载药物或miRNA或神经营养因子抑制神经元凋亡、减少促炎因子释放，并促进血管新生与神经重塑。

虽然工程化细胞外囊泡（EEVs）在缺血性卒中治疗中展现出巨大的临床应用潜力，但其全面转化仍面临多重挑战。首先，当前EVs的异质性不仅源于供体细胞类型（如间充质干细胞、神经干细胞），更受限于工程化技术路径的分化（母细胞修饰vs直接EV改造）。这种技术多样性导致关键质量属性（CQA）难以统一，严重阻碍GMP级生产工艺的建立。其次，虽然通过表面修饰（如RVG肽、磁性纳米颗粒）可提升脑靶向性，但如何突破血脑屏障的动态调控、实现损伤区域时空特异性富集，仍是纳米药物设计的核心难题。此外，现有临床前模型难以模拟人类卒中复杂的免疫微环境变化，且EEVs的长期安全性（如基因组整合风险、免疫原性级联反应）尚未建立跨物种评价体系。

未来研究应聚焦以下方向以推动EEVs临床转化：首先，构建智能化工程平台，融合微流控芯片、CRISPR筛选和AI闭环设计，精准组装EEVs功能模块，如miRNA/药物共载及刺激响应性释放。其次，采用阶梯式临床转化路径，包括剂量爬坡试验、生物标志物分层模型优化个体化给药、以及EEVs与神经介入手术的协同治疗。第三，深入探索EEVs的治疗机制，通过单细胞空间转录组解析EEVs在神经修复、血管新生和免疫调节中的作用，并建立多种卒中模型，包括脑类器官，以更全面地评估EEVs的疗效和安全性。EEVs的临床应用需跨学科协同，突破传统界限，包括发展冷冻电镜解析技术、开发符合ISO标准的生物反应器、以及建立适应性监管路径。EEVs作为下一代生物纳米药物，有望引领心脑血管疾病、神经退行性疾病和脑肿瘤等重大脑疾病的治疗变革。

声明：研究内容基于公开发表的研究成果，不涉及任何潜在利益冲突。

作者简介

魏俊吉教授

中国医学科学院北京协和医院

● 北京协和医院神经外科副主任，主任医师，教授，博士生导师，美国哈佛大学医学院附属BWH及克利夫兰医学中心访问学者

● 重点亚专业为神经外科急重症：包括重型颅脑创伤、急性脑血管病、脑积水、中枢神经系统感染及其他神经外科相关手术后的重症管理。2010年以来，积极推动中国神经外科重症患者的规范化管理工作，牵头成立中国神经外科重症管理协作组，带领全国相关协作单位共撰写相关中国共识及指南十余部，主编、主译及参编相关书籍及教材20余本

● 社会兼职：全国卫生产业企业协会神经系统疾病防治分会常务副会长；第三届中国神经外科重症管理协作组组长；中华医学会神经外科分会神经创伤学组委员兼秘书；中华医学会创伤学分会神经创伤专业组委员；中国医师学会神经外科学分会神经重症专家委员会委员；国家卫健委脑出血外科诊疗能力提升项目副理事长；中国卒中学会重症脑血管疾病分会副主任委员；中国神经科学学会神经外科基础与临床分会学术委员；中华医学会肠外肠内营养学分会神经营养支持学组委员；《中华医学杂志》、《临床神经外科》、《中国现代神经疾病杂志》、《中华神经创伤杂志》编委；国家自然科学基金评审专家；国家卫健委卫生应急处置指导专家；国家级临床医学继续教育项目负责人

● 科研方向为神经损伤的机制、干细胞及其他相关修复机制研究，正常压力脑积水发病机制研究，中枢神经系统感染及神经重症患者的颅内压研究。主持国家自然科学基金委面上项目、国家教育部、北京市科委及中国医学科学院等多项课题的研究。参与国家科技部重大技术研发计划，以及3项国家“863计划”研究及多项国家自然科学基金、首都发展基金的研究，曾获2014年教育部高等学校科学研究成果二等奖（自然科学奖）。2000年以来，第一作者或者通讯作者发表SCI英文文章50余篇，发表中文文章50余篇

韩钦研究员

中国医学科学院基础医学研究所

● 中国医学科学院基础医学研究所研究员，博士研究生导师，长江学者创新团队骨干，“重大新药创制”国家科技重大专项项目首席科学家

● 长期以来一直致力于干细胞及肿瘤微环境研究，主攻间充质干细胞的免疫调节机制及其在肿瘤微环境中与免疫细胞相作机制研究

● 在Hematol Oncol.、Cell Death Differ、Ce sci等著名杂志上发表第一和通讯作者论文20余篇。作为主要完成人之-完成的项目成果“Fk1 间充质干细胞和肿瘤干细胞的分化机制及临床应用关键技术的研究”获2006年北京市科学技术二等奖：作为主要完成人之一完成的项目成果“成体干细胞生物学特性与规模化制备技术及其临床应用研究”获2007年度国家教育部技术发明奖一等奖。中国实验血液学会委员，中国解剖学会于细胞转化医学分会常委，《基础医学与临床》杂志编委

李鹏涛博士

中国医学科学院北京协和医院

● 北京协和医院神经外科住院医师

● 师从魏俊吉教授

● 主要从事干细胞与创伤性脑损伤的精准治疗；干细胞外泌体的工程化修饰；生物纳米材料的应用

● 研究目前以第一/共一发表SCI 11篇，总影响因子41分，其中10分以上2篇

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