MYD88-silencing hUCMSC-derived extracellular vesicles alleviate sepsis- associated encephalopathy by modulating neurovascular and microglial inflammation

当身体对抗严重感染时，免疫系统会发起大规模防御以清除威胁。然而，有时这种防御在感染消失后并不会停止。相反，它会持续存在，转而攻击大脑，导致一种被称为脓毒症相关性脑病（sepsis-associated encephalopathy）的病症。这并非大脑的直接感染，而是一种弥漫性的功能障碍，即大脑发生炎症，导致意识模糊、记忆力减退和长期的认知功能下降。问题在于，目前的医疗手段侧重于控制最初的感染并支持患者的器官，但对于患者在幸存后如何阻止大脑持续受损，却无法提供任何方法。对于许多幸存者来说，这种“脑雾”和思维敏锐度的丧失可能会持续数年，且目前尚无既定的修复策略。

现在，一组研究人员已经确定了一个让这种大脑炎症在感染清除后仍持续运行的特定分子开关，并且他们已经开发出了一种关闭该开关的方法。这项研究聚焦于一种名为 MYD88 的蛋白质，它充当免疫系统的核心信使。在健康的大脑中，这种蛋白质有助于协调快速的危险响应。但在那些在严重感染中幸存的小鼠体内，研究人员发现 MYD88 在大脑的免疫细胞和血管内皮细胞中一直处于“开启”状态。这种持续的信号驱动了一个炎症和氧化应激的循环，破坏了神经元之间脆弱的连接，并瓦解了保护大脑免受血液循环影响的屏障。为了解决这个问题，科学家们工程化处理了被称为“细胞外囊泡”的微小天然气泡，这些气泡是从人类脐带干细胞中提取的。他们将这些气泡装载了一个旨在沉默 MYD88 基因的分子工具。当注入感染小鼠的血液中时，这些工程化气泡能够到达大脑，进入免疫细胞，并成功关闭了过度活跃的 MYD88 信号。结果显示，血脑屏障得到了修复，大脑炎症减少，记忆力和行为能力显著恢复，这为治疗脓毒症的长期后遗症提供了一条新路径。

通往这一发现的旅程始于对严重感染后大脑恢复过程的时间线测绘。研究人员使用了一种标准的小鼠脓毒症模型，其中肠道的一个微小穿孔会引发全身性感染。他们等待小鼠度过急性期，然后在随后的一个月、三个月和六个月分别检查它们的大脑。他们发现，虽然大多数感染迹象都已消退，但 MYD88 蛋白质水平在大脑的免疫细胞和血管细胞中仍保持在危险的高水平，持续至少一个月。这种升高并非短暂的峰值，而是一种持续的状态，且与小鼠开始出现认知问题的时间点相吻合。通过仔细观察脑组织，团队发现这种过度活跃的蛋白质存在于构成大脑血管的细胞以及小胶质细胞（大脑驻留的免疫细胞）中。这表明问题不仅存在于大脑的某个局部，而是存在于维持大脑安全与功能的基础设施之中。

为了应对这种持续存在的信号，研究人员转向了一种人体本身就在使用的细胞间通信递送系统。他们收集了细胞外囊泡，这是一种由人类脐带干细胞自然释放的微小膜结合包裹物。这些囊泡足够微小，可以穿过血液循环，并将蛋白质和遗传物质等“货物”从一个细胞传递到另一个细胞。团队对这些囊泡进行了工程化处理，使其携带一套旨在沉默 MYD88 基因的特定指令。他们使用了称为“电穿孔”的过程，即利用短暂的电脉冲将遗传指令推入囊泡而不损坏它们。在进行活体动物实验之前，他们确认了这些囊泡能够保护其携带的货物不被血液中的酶破坏，并且能够成功进入脑细胞以降低 MYD88 信号。他们还验证了这些工程化囊泡可以穿过血脑屏障（这是一个通常阻挡大分子进入大脑的严密控制墙），并在进入大脑后被小胶质细胞吸收。

准备好递送系统后，研究人员进入了治疗阶段。他们等到小鼠在感染存活三天后才开始干预，此时急性危机已经过去，但大脑损伤已经在进行中。随后，他们每天向小鼠的尾静脉注射一次工程化囊泡，连续注射六天。这个时机至关重要，因为它测试了该疗法是否能够逆转已经开始的损伤，而不仅仅是预防损伤。结果令人震惊。接受了 MYD88 沉默囊泡的小鼠，其血脑屏障的渗漏显著减少，这标志着保护性屏障得到了修复。相比之下，接受未改良囊泡或未接受治疗的小鼠则继续表现出屏障渗漏的迹象。该治疗还降低了大脑血管和免疫细胞中的 MYD88 水平，有效地调低了驱动损伤的炎症信号。

这种治疗带来的益处深入到了大脑的结构层面。当研究人员在强力显微镜下观察负责记忆的海马体时，他们看到未经治疗的小鼠，其线粒体（细胞的能量工厂）出现了肿胀和损伤。神经元之间的连接（称为突触）也变得稀疏且紊乱。而在接受了工程化囊泡治疗的小鼠中，这些结构看起来要健康得多。线粒体恢复了正常形状，突触连接也变得更厚实、更强健，类似于健康的未感染小鼠。这种结构上的恢复伴随着大脑化学环境的变化。治疗减少了有害炎症分子的产生，并恢复了保护细胞免受压力影响的天然抗氧化剂水平。它还促使大脑的免疫细胞从持续攻击的状态转变为修复状态，其标志是名为 TREM2 的蛋白质水平增加，该蛋白质有助于细胞清理碎片并修复组织。

最后，研究人员询问这些生物学变化是否转化为了小鼠在思维和行为方面的实际改善。他们让小鼠进行了一系列旨在测量焦虑、空间记忆和识别新物体能力的测试。尽管幸存下来，但未经治疗的小鼠表现得十分焦虑，它们会避开开放空间的中心，并且难以记住自己去过的地方或识别新物品。然而，接受了工程化囊泡治疗的小鼠表现得非常像健康小鼠。它们能充满自信地探索环境，能在迷宫中记住隐藏逃生箱的位置，并对新物体表现出明显的偏好。治疗不仅减轻了炎症，还恢复了小鼠的学习和记忆能力，扭转了通常随严重感染而来的认知缺陷。

这项研究表明，治疗脓毒症引起的长期大脑损伤的关键，可能在于沉默那个让免疫系统陷入过度亢奋状态的特定分子信号。通过使用工程化囊泡来递送靶向遗传工具，研究人员能够停止炎症，修复血脑屏障，并恢复大脑的结构与功能。虽然这项工作是在小鼠身上完成的，但它为人类医学提供了一种潜在的新策略：一种可以在初始感染得到控制后进行的“无细胞疗法”，以防止大脑遭受长期的后果。这种方法提供了一种针对传统药物难以触及的特定胞内蛋白质的手段，为能够帮助脓毒症幸存者恢复精神敏锐度和生活质量的治疗方案打开了大门。