GLIA | 郑州大学周南团队揭示核桃源细胞外囊泡通过代谢重编程促进周围神经再生的机制

撰文︱课题组

责编︱王思珍

周围神经损伤（Peripheral nerve injury，PNI）是一项重大的临床挑战，其往往会导致患者出现不完全的功能恢复与长期残疾。尽管周围神经系统具备内在的再生能力，但损伤后微环境常伴随氧化应激、能量枯竭和炎症反应，极大限制了神经修复的进程。施万细胞（Schwann cells，SCs）作为周围神经系统的主要胶质细胞，在这一生理过程中扮演着核心的调节作用。损伤后，施万细胞会发生显著的表型转变，去分化为具有修复能力的Büngner细胞，以清除碎片并引导轴突再生。 

这一转变是一个高耗能的过程。近年来的研究表明，神经再生不仅依赖于结构的重塑，还深刻依赖于代谢重编程（metabolic reprogramming）。特异性地从氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）向有氧糖酵解 (aerobic glycolysis）转变，可减少活性氧的产生并增加乳酸的分泌，从而通过“胶质细胞-神经元乳酸穿梭（glia-to-neuron lactate shuttle）”支持脆弱的再生轴突。 

在寻找生物活性调节剂的过程中，植物源细胞外囊泡（plant-derived extracellular vesicles，PDEVs）因其可持续性和生物相容性成为了极具潜力的纳米治疗候选物。核桃（Juglans regia）在传统医学中长期被认为具有神经保护作用。然而，核桃中的生物活性成分是否封装在细胞外囊泡（WEVs）中，以及这些囊泡是否能够直接调节施万细胞的代谢可塑性以促进神经再生，仍是一个有待阐明的科学问题。 

近日，郑州大学第一附属医院骨科周南团队在GLIA上发表了题为“Walnut-Derived Extracellular Vesicles Orchestrate a Pre-Regenerative Niche via c-Myc–Mediated Metabolic Reprogramming”的研究论文。该论文的第一完成单位为郑州大学（第一附属医院），第一作者为高郡阳，通讯作者为周南。该研究提取并表征了高纯度的核桃源细胞外囊泡（WEVs），发现WEVs能够被施万细胞高效内吞，并通过激活c-Myc介导的转录程序，将施万细胞代谢向有氧糖酵解重编程，同时增加乳酸输出以支持神经元存活。研究结果证明了WEVs能在周围神经损伤处构建一个支持性“再生前微环境（pre-regenerative niche）”，从而显著促进周围神经的结构修复与运动感觉功能的恢复。

研究人员首先通过差异离心及超速离心技术，从新鲜核桃仁中分离出WEVs。透射电子显微镜和纳米粒径跟踪分析证实，WEVs呈现典型的脂质双分子层结构，平均直径约为126.72 nm。脂质组学分析显示WEVs富含脂质，特别是α-亚麻酸（ALA）等能够提供代谢底物的重要成分。体外实验证实，WEVs能够通过网格蛋白介导的内吞作用以能量依赖的方式被RSC96施万细胞安全摄取，且表现出良好的生物相容性。 

为了探究WEVs是否能促进“再生前微环境”的建立，研究人员在模拟损伤的应激条件下评估了施万细胞的稳态。结果显示，在炎症和低糖代谢应激下，WEVs干预显著降低了细胞内活性氧（ROS）的累积、减少了DNA双链断裂，并抑制了应激诱导的细胞过早衰老，同时促进了细胞向修复相关表型的形态重塑。进一步研究表明，WEVs通过限制过度的线粒体自噬（mitophagy），有效保留了线粒体网络的结构完整性与膜电位。这些结果强有力地提示，WEVs能够保护施万细胞免受损伤微环境造成的能量与炎症应激，稳定细胞的“生物能量枢纽”（图1）

图1 WEVs对ROS、DNA损伤及细胞形态等稳态指标的调节作用

随后，研究人员通过Seahorse XF分析对施万细胞的生物能量谱进行了表征。结果发现，WEVs处理降低了细胞的氧化磷酸化水平（OCR），同时显著提高了细胞外酸化率（ECAR）及糖酵解能力。这种Warburg样代谢转换伴随着乳酸向细胞外分泌的大幅增加，而并未异常提高葡萄糖的摄取，提示WEVs主要是通过改变细胞内代谢通量来实现重编程的。释放的乳酸不仅能够通过旁分泌机制促使巨噬细胞向修复表型极化，还能够显著降低PC12细胞和原代背根神经节（DRG）神经元的凋亡率。 

通过RNA测序及基因集富集分析，研究人员锁定c-Myc为上述代谢重编程的关键上游转录调控因子。敲低c-Myc或使用乳酸脱氢酶抑制剂，均显著削弱了WEVs带来的神经保护效应，证明了c-Myc依赖性的糖酵解途径与乳酸穿梭在WEVs发挥疗效中的不可或缺性（图2）。

图2 RNA-seq结果及c-Myc通路的验证

为验证其临床转化潜力，研究人员构建了SD大鼠坐骨神经压迫损伤模型。在损伤后早期（第7天），透射电镜观察到WEVs治疗组大鼠施万细胞的线粒体超微结构得到了显著保护。在第14天时，与未处理模型组相比，WEVs治疗组的神经髓鞘厚度明显增加，g-ratio显著降低，髓鞘化水平显著改善。在功能评估方面，WEVs治疗大幅改善了坐骨神经功能指数（SFI）及机械痛觉退缩阈值，有效挽救了因失神经支配导致的腓肠肌萎缩。安全性评估也表明WEVs未引起系统性毒性（图3）。

图3 体内神经结构及线粒体超微结构的电镜恢复结果

图4 文章总结图

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/glia.70168

第一作者：高郡阳，郑州大学（第一附属医院骨科）。通讯作者：周南，郑州大学（第一附属医院骨科）。基金支持：本研究得到了国家自然科学基金（82471412 ）、河南省高校科技创新人才项目（25HASTIT059）、中原科技创新青年拔尖人才计划（2024）及河南省医学科学院临床科学家项目（S20240069) ）等多项基金的资助。 

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编辑︱王思珍

本文完