综述：由间充质干细胞衍生的外泌体调控的焦亡（pyroptosis）的研究进展

《Frontiers in Immunology》：Research progress on pyroptosis regulated by mesenchymal stem cell-derived exosomes

　　MSC-Exos通过miRNA和非编码RNA调控炎症性程序性细胞死亡吡罗帕廷，抑制NLRP3炎症小体激活及caspase家族活性，改善多种疾病（如骨关节炎、心肌缺血）的炎症损伤和组织修复，但其异质性、体内验证不足及标准化应用仍是临床转化瓶颈。

　　
Pyroptosis作为一种炎症性程序性细胞死亡方式，近年来在疾病发生发展中的作用日益受到关注。该机制通过激活气体蛋白（GSDM）家族介导的膜孔形成，触发炎症因子释放，在宿主防御和病理进程中扮演双重角色。当其失去调控时，可能引发过度炎症反应，导致组织损伤和疾病恶化。因此，精准调控Pyroptosis成为治疗炎症相关疾病的重要方向。

### Pyroptosis的核心机制
Pyroptosis主要通过两条主要通路实现调控：**经典通路**与**非经典通路**。在经典通路中，模式识别受体（PRRs）识别病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs），激活NLRP3炎症小体复合物。该复合物通过募集凋亡相关 speck样蛋白（ASC）和pro-caspase-1，最终形成有活性的caspase-1，切割GSDMD蛋白形成N-末端结构域（GSDM-NT），在细胞膜上形成孔道，释放IL-1β和IL-18等炎症因子，引发级联炎症反应。而非经典通路直接由脂多糖（LPS）激活caspase-4/5/11，通过切割GSDM触发类似效应，但此通路不产生促炎因子。

值得注意的是，Pyroptosis并非完全不可逆。研究发现，ESCRT复合体可通过修复膜孔终止异常死亡进程，而GSDM孔道在未造成细胞死亡的条件下也能调控离子和因子释放。这种双重特性为靶向治疗提供了可能窗口。

### MSC-Exos的调控作用
间充质干细胞衍生的外泌体（MSC-Exos）凭借其载体特性和生物相容性，成为调控Pyroptosis的创新治疗工具。其作用机制主要体现在以下层面：

**1. 微小RNA的精准调控**
MSC-Exos携带的miRNAs通过靶向炎症小体关键分子发挥调控作用。例如：
- **miR-223**：在哮喘模型中抑制NLRP3表达，阻断ASC/caspase-1/GSDMD信号轴，减轻气道炎症和重塑
- **miR-302c/410**：在椎间盘退行性疾病模型中抑制caspase-1和GSDMD表达，保护 nucleus pulposus细胞
- **miR-146a**：通过靶向TRAF6抑制小胶质细胞炎症反应，改善神经退行性疾病

研究显示，不同疾病模型中MSC-Exos携带的miRNA谱存在显著差异。例如心肌缺血再灌注损伤中，miR-320b通过调控STAT1/NF-κB通路抑制心肌细胞凋亡，而miR-100-5p则通过 FOXO3/NLRP3轴发挥作用。

**2. 非编码RNA的协同效应**
除miRNA外，MSC-Exos中的circRNA和lncRNA也参与Pyroptosis调控：
- **circ-003564**：通过抑制NLRP3/caspase-1轴减轻脊髓损伤炎症
- **lncRNA XIST**：与miR-214形成负反馈调节环路，缓解心肌纤维化损伤
- **KLF3-AS1**：调控miR-138/Sirt1通路，改善心肌梗死后的氧化应激损伤

**3. 蛋白质与脂质成分的协同作用**
MSC-Exos表面表达的CD63、TSG101等蛋白可增强受体介导的摄取效率，而脂质成分如鞘磷脂通过调节膜电位影响GSDM活性。研究显示，含有特定磷脂组合的Exos在抗炎效果上提升30%-50%。

### 临床转化面临的挑战
1. **检测技术瓶颈**：Pyroptosis的检测依赖多指标联合分析（形态学+GSDM cleavage+IL-1β/IL-18检测），现有方法存在时效性差（需实时监测）、交叉反应（与凋亡标志物重叠）等问题。最新开发的光学生物传感器可特异性检测GSDM-NT在膜孔处的存在。

2. **外泌体异质性**：
- **来源差异**：脂肪组织来源Exos抗炎活性强于骨髓来源（可能因miR-155高表达）
- **制备工艺**：超声处理（频率>50kHz）可增加Exos膜通透性，但可能破坏其免疫原性
- **功能分化**：同一来源Exos在神经修复（携带神经导向蛋白）和免疫调控（表达MHC-II）中呈现功能分化

3. **体内递送效率**：
- 静脉给药时，Exos平均半衰期仅15分钟，需开发靶向修饰（如添加肝素基团）延长循环时间
- 局部递送（如关节腔注射）可提升至72小时，但存在空间受限问题

4. **标准化生产难题**：
- 现有Exos制备方法（差速离心法效率>90%，但可能混入微囊泡；密度梯度法纯度达95%以上，但成本高昂）
- 剂量单位不统一（ng/mL vs. ×10^8 particles/mg），影响疗效评估

### 未来发展方向
1. **精准调控策略**：
- 开发GSDM-NT靶向siRNA纳米颗粒，实现亚细胞级调控
- 构建Exos-生物活性分子复合物（如Exos包裹的GSDM抑制剂）

2. **工程化改造技术**：
- 通过CRISPR敲除内源性促炎因子（如IL-1β基因编辑Exos）
- 表面修饰Exos携带的整合素受体配体（如VEGF165），增强组织靶向性

3. **联合治疗模式**：
- Exos联合低剂量免疫检查点抑制剂（PD-1抗体），在肿瘤微环境中协同抑制Pyroptosis
- 与外泌体载体结合的基因编辑技术（ExoCRISPR），实现细胞因子通路定点修复

4. **生物标志物体系构建**：
- 建立Pyroptosis动态监测平台（如Exos表面GSDM-NT结合蛋白、内吞体标记物）
- 开发基于微流控芯片的快速检测卡（检测限达0.1ng/mL）

### 结论
MSC-Exos通过多维度调控Pyroptosis通路展现出广泛的应用潜力。其核心优势在于：
- **时空精准性**：靶向递送（如通过Exos表面CD63与巨噬细胞CD36结合）
- **免疫调节优势**：外泌体本身可诱导M2型巨噬细胞极化
- **递送稳定性**：脂质双分子层保护生物活性成分（如miR-223在冻存条件下活性保留率达85%）

尽管存在检测技术和标准化生产等挑战，随着单细胞测序技术和Exos表观修饰策略的突破，未来有望实现Pyroptosis的个体化精准调控。特别是通过解析不同疾病模型中Exos调控网络的异质性（如阿尔茨海默病以miR-144介导的NF-κB抑制为主，而心肌缺血更依赖miR-29家族），可制定分型治疗策略。