客户文章|JEV| 浙江大学周民/路静团队揭示给大脑“点鼻剂”：小球藻外泌体实现精准抗抑郁

发布时间：2025-12-22 16:04:39

抑郁症作为一种全球性高致残性精神疾病，当前治疗面临两大核心瓶颈：一是药物因血脑屏障阻隔难以有效入脑，导致起效延迟、效率低下；二是全身给药方式易引发不良反应，且复发率高。

细胞外囊泡（EVs）是天然的细胞间通讯载体，能传递生物活性分子。相比难以规模化生产的人源EVs，植物源EVs更具应用潜力，其中小球藻来源EVs因其抗炎、抗氧化及改善能量代谢等功能，并能缓解抑郁相关症状，成为极具前景的天然治疗载体。

近期，浙江大学周民/路静团队在在国际期刊Journal of Extracellular Vesicles上发表了其研究成果Nose-to-Brain Delivery of Chlorella Vulgaris Extracellular Vesicles for Antidepressant Effects。该研究成功开发了一种名为EVs@IN的新型鼻脑递送系统，通过将细胞外囊泡（EVs）与菊粉（IN）凝胶相结合，以解决药物鼻腔滞留时间短与入脑效率低的难题，为开发快速起效、低副作用的抗抑郁新策略提供全新解决方案。

论文第一作者为浙江大学博士生金康裕、王若溪和硕士生陈冰，浙江大学周民教授和浙江大学医学院附属第一医院路静研究员为论文的通讯作者。

EVs@IN的制备与结构表征

研究通过透射电子显微镜（TEM）直接观察到EVs从藻细胞膜出芽的生物合成过程（图1a），具有完整脂质双层的杯状/球形结构（图1b）。动态光散射（DLS）分析表明EVs粒径均一，中心粒径为93.97nm，多分散指数PDI为0.229，符合典型EVs尺寸（图1c）；且体外可被星形胶质细胞与神经元有效摄取（图1d、e），无细胞毒性。

为解决鼻腔滞留时间短的问题，研究成功开发了一种基于菊粉水凝胶的鼻腔递送系统（EVs@IN）。形态学分析显示EVs（可流动液体）、IN（非流动凝胶）与EVs@IN（半流动，倒置试管保形）的特征转变，证实EVs物理嵌入凝胶基质（图1f）；傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了封装过程中凝胶基质结构的完整性（图1g）；Zeta电位分析表明EVs@IN表面负电荷部分被掩蔽但仍保持适中电位（图1h）。EVs@IN具备了理想的鼻用制剂性能：在室温下呈半流动状态便于给药，在鼻腔环境中转为弹性凝胶实现长效滞留（图1i），且具有剪切变稀特性确保给药顺畅（图1j）；兼顾给药便利性，解决鼻用制剂长效性与实用性的核心矛盾。

图1 EVs@IN的制备与结构表征

EVs@IN的体内分布与生物降解

PKH26荧光标记EVs后，小动物成像监测其体内分布特征且证实EVs与EVs@IN在551nm激发下均产生567nm特征发射峰（图2a、b）。C57BL/6J小鼠鼻内给药后0.5-72小时动态追踪显示，EVs@IN鼻腔信号更强、滞留更长（图2c、d），脑部信号8小时达峰且48小时仍可检测，优于游离EVs（4小时达峰、24小时消失）；体外脑部成像进一步验证其缓释长效优势（图2e-h）。新型EVs@IN制剂通过其适度粘度，解决了传统鼻腔给药引发的呛咳与肺炎风险，且体内分布信号特异来源于EVs本身，安全可靠。

图2 鼻内给药后EVs@IN的体内分布与滞留情况

EVs从鼻腔到海马体的转运

嗅神经是鼻腔与中枢神经系统（CNS）的关键连接，其轴突穿透分隔鼻腔和大脑的筛板，形成嗅觉通路。海马体作为核心情绪调控中枢，与抑郁症密切相关。研究向海马体注射伪狂犬病毒（PRV），证实了“海马体-嗅球-鼻腔”多级逆向神经环路存在（图3a、b）；随后以PKH26荧光标记EVs为示踪剂，追踪其经鼻给药后的转运轨迹，发现EVs可沿该环路定向转运，广泛分布于海马体多个亚区（图3c-g）。

为明确EVs转运机制，免疫荧光检测发现，PKH26标记的EVs与小胶质细胞、星胶细胞及神经元三种细胞标志物均存在共定位（图3c-k），这表明神经元及多种神经胶质细胞均能摄取EVs。综上，EVs经鼻给药后可通过嗅觉神经环路穿透血脑屏障进入CNS，并与脑内多种脑细胞发生靶向相互作用。

图3 EVs经鼻给药可直接进入大脑并作用于不同神经胶质细胞或神经元

EVs@IN缓解LPS诱导的抑郁样和焦虑样行为

对小球藻EVs的蛋白组学分析显示，其批次间一致性高（图3l），具备规模化潜力。GO与KEGG分析结果显示，小球藻来源EVs所携带的蛋白主要参与代谢调控、免疫应答及抗氧化等生物学过程（图3m、n），表明其在调节能量代谢与细胞防御中具有潜在功能。基于抑郁症与海马体能量代谢紊乱、神经炎症的关联，研究以LPS连续注射7天构建抑郁样小鼠模型，抗抑郁药氟西汀（FLX）为阳性对照，同时对小鼠鼻内给予IN、EVs、EVs@IN（7天）（图4a）。通过旷场试验（OFT）、高架十字迷宫（EPM）评估焦虑样行为，强迫游泳试验（FST）、悬尾试验（TST）评估抑郁样行为。结果显示：LPS组小鼠OFT中央区域停留时间缩短，EVs@IN可显著延长（图4b、c）；EPM开放臂停留时间缩短，EVs及EVs@IN均能逆转（图4d）；FST和TST中，EVs可部分缩短不动时间，EVs@IN改善效果更显著（图4e、f）。综上，EVs@IN能有效缓解LPS诱导的抑郁样和焦虑样行为。

图4 EVs@IN缓解LPS诱导的抑郁样和焦虑样行为

EVs参与调控神经可塑性及关键补体系统功能

海马体突触损伤与神经发生障碍是抑郁症潜在机制。有趣的是，EVs@IN处理可显著改善LPS诱导的成年神经发生标志物——双皮质素阳性（DCX⁺）细胞数量减少（图4g、i）。向不同干预组小鼠海马体注射稀疏标记病毒，结果显示EVs、EVs@IN能有效逆转LPS诱导的海马体神经元树突棘损伤，其修复作用与经典药物氟西汀（FLX）效果相当（图4h）；并逆转LPS诱导的突触相关蛋白（SYP、PSD-95）表达下调（图4g、j）。TEM观察显示EVs@IN还能缓解LPS诱导的突触后致密区损伤（图4g）。EVs@IN能有效修复LPS诱导的神经损伤，表现为促进成年海马神经发生、修复树突棘损伤、恢复突触蛋白表达并改善突触超微结构。

为探究EVs@IN缓解抑郁样/焦虑样行为的机制，对海马体组织进行RNA测序显示，与LPS组相比，EVs@IN组存在41个差异基因（图5a），Reactome分析提示差异基因富集于突触功能、能量代谢及补体激活通路（含补体C3/C5，图5b）。鉴于补体C3的异常激活是神经疾病的关键因素。研究发现，EVs及EVs@IN能显著下调神经毒性星形胶质细胞标志物C3与Gbp2，而不影响诱导因子C1qa和神经保护标志物S100a10的表达，提示其具有特异性抑制神经毒性的潜力（图5c），这证实EVs@IN通过精准调控补体C3抑制神经毒性星形胶质细胞活化。综上，EVs@IN改善神经可塑性与调控补体系统的双重作用机制，缓解抑郁样和焦虑样行为。

图5 EVs@IN参与调控星形胶质细胞亚型及关键补体系统功能

EVs@IN对星形胶质细胞亚型的调控作用

探究EVs@IN对星形胶质细胞亚型的调控效应，免疫荧光分析证实，EVs@IN不仅显著抑制LPS诱导的神经毒性星形胶质细胞（C3⁺GFAP⁺）增殖（图5d,e），同时有效恢复神经保护性星形胶质细胞（S100A10⁺GFAP⁺）数量（图5f）。在分子层面，EVs@IN显著抑制LPS诱导的A1型神经毒性标志物（H2-D1、H2-T23、Gbp2）表达上调，同时部分上调了神经保护性标志物的表达（图5g）。原代细胞实验进一步证实EVs能直接抑制C3⁺星形胶质细胞的生成（图5j,k）。值得注意的是，已知的小胶质细胞分泌的诱导因子（IL-1α、TNF-α、C1Qa）在各组中均无显著变化（图5g）。这表明EVs@IN是直接作用于星形胶质细胞，而非通过调控小胶质细胞发挥功能。

EVs@IN参与氧化应激过程并调控星形胶质细胞表型转化

神经毒性星形胶质细胞亚型的转化可能通过两条途径导致神经功能障碍：破坏神经支持作用和激活神经毒性信号。长期LPS暴露可诱导小鼠海马体神经毒性星形胶质细胞增殖，通过补体通路激活和促炎因子释放损伤突触和神经元。星形胶质细胞产生乳酸可为神经元供能，乳酸水平与抑郁症相关，但本研究中LPS组与其他组海马体乳酸水平无显著差异（图6e）。LPS组小鼠超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）水平显著降低，EVs，尤其EVs@IN可缓解此现象（图5i）。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α（PGC-1α）是线粒体生物发生和氧化代谢的关键调控因子，可激活核因子erythroid2相关因子2（Nrf2）以减少活性氧生成，保护神经免受损伤。为探究氧化应激缓解机制，qPCR分析显示，LPS处理显著抑制Ppargc1a和Nfe2l2基因表达，而EVs@IN能有效逆转这一趋势。体外实验证实，EVs能显著增强星形胶质细胞的ATP生成偶联呼吸（图5l-p）并提升HT22神经元细胞的备用呼吸能力（图6a-f）。这表明EVs@IN通过激活PGC-1α-Nrf2通路缓解氧化应激，并调控星形胶质细胞表型转化。为进一步验证EVs@IN的抗抑郁效应，构建慢性不可预测温和应激CUMS模型。与此前结果一致，鼻内给予EVs@IN1周后，可显著逆转CUMS诱导的焦虑样和抑郁样行为（图6g-l）。

图6 EVs可作为鼻脑递送的药物载体

EVs作为脑内药物递送载体的潜力及生物安全性评估

除治疗潜力外，小球藻来源EVs还可作为高效药物载体。对鼻内给药的PKH26标记EVs@FD4进行荧光成像，在体内和体外脑组织中均检测到荧光信号，证实其具有靶向脑内递送的潜力（图6m-p）。为期一个月的小鼠体内评估表明，EVs@IN未引起血液指标或主要器官的异常，证明了其优异的长期生物相容性，无血液毒性和器官毒性。综上，小球藻来源EVs成功构建为高效脑靶向递送系统，经鼻给药后证实其显著脑内递送能力及长期生物安全性。

总结

本研究针对现有抗抑郁药物难以突破血脑屏障、起效延迟及副作用多等技术瓶颈，成功开发了一种新型鼻脑递送系统EVs@IN。该系统通过将小球藻来源的细胞外囊泡EV封装于菊粉基温敏水凝胶中，展现出优异的脑靶向递送效率，并通过多通路协同发挥抗抑郁作用：一方面激活PGC-1α/Nrf2通路缓解氧化应激，另一方面特异性调控补体C3介导的神经毒性星形胶质细胞活化，同时显著促进海马体神经发生和突触可塑性修复。该系统不仅证实了小球藻EVs作为高效药物载体的潜力，还展现出优异的长期生物安全性，为抑郁症治疗提供了可规模化、低副作用的创新解决方案。