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本研究发现衰老小鼠脑源性外泌体（A-exo）通过高表达前列腺素D2合成酶（PTGDS），激活小胶质细胞中D-前列腺素受体1（DP1）信号通路，导致脂滴积累、衰老相关分泌表型（SASP）及神经炎症，进而引发认知功能障碍。研究证实DP1受体拮抗剂Asapiprant可逆转上述病理过程，为延缓脑衰老及相关神经退行性疾病提供了新靶点。
衰老是认知衰退和神经退行性疾病的主要风险因素，其特征是慢性神经炎症和突触功能障碍。近年研究表明，年龄相关的认知障碍涉及细胞衰老、氧化应激和免疫失调之间的复杂相互作用。值得注意的是，衰老大脑中慢性低度炎症（称为"炎症衰老"）驱动小胶质细胞激活和神经元损伤，导致阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）等病理变化。
外泌体作为纳米级细胞外囊泡，已成为神经退行性疾病中细胞间通讯的关键介质。研究表明，来自衰老大脑或血清的外泌体携带促炎蛋白、miRNA和脂质，会加剧神经炎症和突触损失。例如，AD患者血浆来源的外泌体传播tau病理并损害神经元可塑性。同样，衰老血清外泌体通过补体信号通路启动小胶质细胞吞噬作用，使卒中结局恶化。
小胶质细胞作为大脑常驻免疫细胞，在维持神经稳态中起核心作用，但随着衰老而变得失调。激活的小胶质细胞采用促炎表型，释放细胞因子并促进突触修剪，从而破坏认知功能。单细胞RNA测序研究表明，衰老小胶质细胞表现出衰老相关分泌表型（SASP），其特征是脂滴积累和吞噬功能受损。
前列腺素D2（PGD2）是一种由PTGDS合成的脂质介质，通过DP1受体信号传导调节炎症和细胞衰老。最近研究显示PGD2-DP1信号传导与神经炎症性疾病相关，其中PGD2水平升高与小胶质细胞激活和神经元损伤相关。在衰老大脑中，星形胶质细胞和少突胶质细胞中PTGDS的过表达放大了PGD2的产生，加剧了神经炎症。值得注意的是，DP1受体抑制减少了AD模型中小胶质细胞的SASP分泌并改善了认知功能。
为研究衰老小鼠脑源性外泌体对正常年轻小鼠认知功能的影响，研究人员从衰老小鼠大脑中收集外泌体，并通过透射电子显微镜（TEM）和纳米颗粒跟踪分析（NTA）测量其形态和大小。将这些外泌体注射到正常年轻小鼠的海马区后，通过Y迷宫和水迷宫测试评估其认知功能。
结果显示，与假手术组相比，Sham+A-exo组的交替表现显著降低，表明记忆受损。而Sham+Y-exo组与假手术组相比没有认知功能下降。在水迷宫训练阶段，Sham+Y-exo组小鼠的逃避潜伏期减少，而Sham+A-exo组小鼠的逃避潜伏期显著延长。在探测试验中，Sham+A-exo组在目标象限平台的穿越次数显著减少，首次到达平台的潜伏期增加，表明空间学习和记忆功能受损。
免疫荧光分析显示，与Sham+Vehicle对照组相比，Sham+A-exo组大脑海马区Iba1和GFAP表达显著上调。Western blot结果还显示，A-exo降低了大脑中突触相关蛋白PSD95的表达。总之，用A-exo处理的小鼠表现出空间学习和记忆功能受损。
为探究衰老小鼠脑源性外泌体引起正常年轻小鼠认知衰退的原因，研究人员对衰老小鼠脑源性外泌体（A-exo）和年轻小鼠脑源性外泌体（Y-exo）进行了蛋白质组测序。
蛋白质组测序结果显示，基于|log2(FC)|≥1.00和p值≤0.05的差异表达蛋白筛选标准，A-exo和Y-exo之间存在1066个差异表达蛋白。与Y-exo相比，A-exo有726个上调蛋白和340个下调蛋白。生物信息学富集分析显示，PTGDS主要参与免疫系统过程和免疫应答。GSEA富集分析发现，前五个KEGG富集通路是阿尔茨海默病、钙信号通路、帕金森病、过氧化物酶体和蛋白酶体，这些都与认知功能显著相关。
DISCO数据库表明，大脑中表达PTGDS的主要细胞包括星形胶质细胞、少突胶质细胞、内皮细胞和神经元。在阿尔茨海默病患者中，PTGDS主要在少突胶质细胞中表达。AgeAnno单细胞数据库显示，在老年人中，PTGDS主要在星形胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞中表达。
为确定A-exo是否导致小鼠大脑和外周血中DP1配体PGD2的增加，研究人员在外泌体干预后对小鼠脑组织和外周血进行了PGD2的Elisa检测。结果表明，A-exo干预组显著增加了小鼠脑组织和外周血中的PGD2水平。
HU_0127_Cerebral-Cortex_GSE140231的数据表明，DP1受体主要在大脑皮层的微胶质细胞中表达。为确定衰老小鼠脑源性外泌体（A-exo）对微胶质细胞中DP1受体表达的影响，研究人员用A-exo刺激体外培养的BV2小胶质细胞。流式细胞术结果显示，与Con+Y-exo组相比，Con+A-exo组DP1受体的表达显著增加。
为研究A-exo是否直接作用于小胶质细胞中的DP1受体，研究人员同时用A-exo和DP1受体抑制剂asapiprant（简称asap）处理小胶质细胞，观察asap是否能逆转A-exo诱导的小胶质细胞激活、衰老相关分泌表型（SASP）分泌和细胞衰老。
将A-exo注射到小鼠大脑海马区后，对小鼠大脑海马区进行免疫荧光染色。免疫荧光分析显示，与Sham+Vehicle组相比，Sham+A-exo组小胶质细胞中DP1受体表达显著上调，表明A-exo强烈激活小胶质细胞上的DP1受体。
对BV2小胶质细胞进行体外干预，分组为Con+DMSO、Con+A-exo、A-exo+asap和Con+asap。流式细胞分析显示，A-exo导致小胶质细胞中衰老标志物P16和P53增加。与A-exo组相比，A-exo+asap组小胶质细胞中P16和P53的表达显著减少。此外，asap对小胶质细胞没有影响。
进一步的免疫荧光染色同样发现，A-exo降低了小胶质细胞中CD206的表达。与A-exo组相比，A-exo+asap组促进小胶质细胞表达更多的CD206，这是抗炎表型的标志。同样，流式细胞分析也显示，同时用A-exo和asap处理的小胶质细胞与仅用A-exo处理的小胶质细胞相比，抗炎细胞因子CD206的表达增加，脂滴积累减少，TNF-α和IL-6等SASP因子的分泌减少。
总之，A-exo导致小胶质细胞DP1激活和细胞衰老，而DP1受体抑制剂显著改善A-exo诱导的小胶质细胞衰老和神经炎症。
为评估A-exo对白细胞浸润大脑的影响，研究人员使用流式细胞术测量了注射A-exo的小鼠大脑中免疫细胞亚群的数量。
研究发现，与正常小鼠相比，接受A-exo的小鼠大脑中小胶质细胞（CD45intCD11b+）、中性粒细胞（CD45highCD11b+Ly6G+）和单核细胞（CD45highCD11b+Ly6Chigh）的数量显著增加。相反，其他免疫细胞亚群，如CD4+ T细胞（CD45highCD3+CD4+）、CD8+ T细胞（CD45highCD3+CD8+）、NK细胞（CD45highCD3-NK1.1+）和B细胞（CD45highCD3-CD19+）的数量在注射A-exo的小鼠大脑中没有变化。
值得注意的是，A-exo增加了表达CD86、脂滴（BODIPY）、IL-1β和TNF-α的小胶质细胞数量，并降低了小胶质细胞CD206的表达。脑组织炎症细胞因子的酶联免疫吸附测定（ELISA）结果与流式细胞术结果一致，表明A-exo增加了大脑中TNF-α、IL-6和IL-1β的表达，从而加剧了神经炎症。这些结果表明，A-exo促进了正常年轻小鼠大脑中的白细胞浸润和小胶质细胞炎症活性。
为研究A-exo是否通过作用于DP1受体激活小胶质细胞，研究人员同时用DP1受体抑制剂（asap）和A-exo对小鼠进行干预。结果显示，与A-exo+Vehicle组相比，A-exo+asap组显著减少了大脑中CD45highCD11b+Ly6G+和CD45highCD11b+Ly6C+等免疫细胞的数量。值得注意的是，DP1受体抑制剂（asap）减少了表达CD86、脂滴（BODIPY）、IL-1β和TNF-α的小胶质细胞数量，并增加了小胶质细胞CD206的表达。
这些发现表明，A-exo通过激活小胶质细胞DP1受体诱导CD45highCD11b+Ly6G+和CD45highCD11b+Ly6C+等免疫细胞浸润大脑。A-exo还通过激活小胶质细胞DP1受体刺激小胶质细胞表达更高水平的CD86、IL-1β和TNF-α。DP1受体阻断可逆转A-exo介导的小胶质细胞过度激活和白细胞浸润。
为进一步研究A-exo是否通过作用于小胶质细胞损害小鼠认知功能并诱导细胞衰老，研究人员首先使用小分子CSF1R抑制剂PLX3397清除大脑中的小胶质细胞。
给小鼠喂食含有PLX3397的常规饮食或标准饮食28天，并持续到实验结束，以防止随后大脑中的小胶质细胞增殖。通过脑组织流式细胞术证实了PLX3397清除小胶质细胞的功效。与喂食标准饮食的小鼠相比，喂食含PLX3397饮食的小鼠大脑中CD45intCD11b+小胶质细胞的数量显著减少。免疫荧光分析进一步证实，经过28天PLX3397干预后，小胶质细胞被有效清除，这通过Iba1+细胞的定量评估得到证明。
在将A-exo注射到海马区36天后，进行Y迷宫测试以检测小鼠的认知功能。与A-exo+PLX3397组相比，A-exo+Vehicle组的交替表现显著降低，表明记忆受损。与A-exo+Vehicle组相比，A-exo+PLX3397组表现出更高的交替表现。以上结果表明，小胶质细胞清除减轻了A-exo引起的认知衰退。
在将A-exo注射到海马区37-42天后，进行水迷宫测试。与A-exo+PLX3397组相比，A-exo+Vehicle组小鼠表现出空间学习和记忆受损。PLX3397治疗显著减轻了A-exo引起的认知衰退，这通过它们的游泳路径和学习曲线得到证明。在训练阶段，A-exo+Vehicle组小鼠的逃避潜伏期显著长于A-exo+PLX3397小鼠。在探测试验中，A-exo+Vehicle组在目标象限平台的穿越次数显著减少，而首次到达平台的潜伏期增加，表明空间学习和记忆功能受损。相反，与A-exo组相比，A-exo+PLX3397组在目标象限停留的时间显著更长，首次到达平台的潜伏期减少，表明空间学习和记忆功能恢复。
随后，研究人员检测了A-exo治疗对喂食PLX3397饮食或标准饮食的小鼠细胞衰老的影响。与单独A-exo治疗相比，A-exo+PLX3397组的DNA损伤标志物H2A.X表达较少。这表明A-exo+PLX3397治疗显著改善了神经元衰老。流式细胞术结果还表明，与A-exo+Vehicle组相比，A-exo+PLX3397组的细胞脂滴减少，同时P16和P53的表达显著降低。
接下来研究人员评估了小胶质细胞清除对A-exo诱导的大脑白细胞浸润的影响。使用流式细胞术对海马区注射A-exo的小鼠大脑中的免疫细胞亚群进行定量。
与喂食标准饮食的对照组相比，小胶质细胞清除显著减少了注射A-exo的小鼠大脑中的小胶质细胞（CD11b+CD45int）、中性粒细胞（CD45highCD11b+Ly6G+）和单核细胞（CD45highCD11b+Ly6Chigh）数量。相反，其他免疫细胞亚群——包括CD4+ T细胞（CD45highCD3+CD4+）、CD8+ T细胞（CD45highCD3+CD8+）、NK细胞（CD45highCD3-NK1.1+）和B细胞（CD45highCD3-CD19+）——在小胶质细胞清除后没有变化。
研究人员进一步研究了小胶质细胞清除对海马区注射A-exo的小鼠脾脏免疫亚群的影响。流式细胞分析显示，脾脏免疫细胞的数量，包括中性粒细胞（CD11b+Ly6G+）、单核细胞（CD11b+Ly6Chigh）、NK细胞（CD3-NK1.1+）、CD4+ T细胞（CD3+CD4+）、CD8+ T细胞（CD3+CD8+）和B细胞（CD3-CD19+），在小胶质细胞清除组和对照组之间保持可比性。这些结果表明，小胶质细胞清除不会显著改变注射A-exo的小鼠脾脏免疫细胞组成。
为确定A-exo和Y-exo的细胞来源是否相同，研究人员使用流式细胞术分析了外泌体。发现与Y-exo相比，A-exo的GFAP和CD31表达更高，而A-exo和Y-exo之间L1CAM和CD11b的表达没有显著差异。这些结果表明，A-exo可能主要来源于衰老大脑中的星形胶质细胞和内皮细胞。
与Y-exo相比，A-exo的PTGDS表达显著更高，而PTGDS主要在星形胶质细胞中表达。基于这一观察，研究人员进一步研究了衰老小鼠脑源性星形胶质细胞外泌体对小胶质细胞的影响。从衰老小鼠脑源性外泌体中分离出具有高GFAP表达的星形胶质细胞外泌体（A-exo-GFAP），并用其干预体外培养的BV2小胶质细胞。
TEM显示A-exo-GFAP显示出完整的外泌体形态。Western blot（WB）分析显示，与A-exo相比，A-exo-GFAP的GFAP表达显著更高。流式细胞术进一步证明，A-exo-GFAP增加了小胶质细胞中P16、P53、TNF-α、IL-6和BODIPY的表达。总之，这些发现表明，来自衰老小鼠大脑的星形胶质细胞外泌体（A-exo-GFAP）加剧了神经炎症并诱导小胶质细胞衰老。
为研究A-exo是否诱导衰老小鼠的小胶质细胞衰老，研究人员将A-exo注射到衰老小鼠（18个月大）的海马区，并检测了衰老小鼠的小胶质细胞衰老。
结果显示，与年轻小鼠相比，衰老小鼠大脑中的小胶质细胞表现出衰老表型，其特征是P16、P53和脂滴表达增加。A-exo进一步增强了衰老小鼠大脑中的小胶质细胞衰老。
为研究DP1受体抑制剂（asap）对衰老小鼠认知功能的影响，研究人员通过灌胃给18个月大的小鼠施用DP1受体抑制剂（asap）。在36天时评估小鼠的Y迷宫表现，并通过计算交替表现来评估asap对衰老小鼠识别记忆的影响。
与Young组相比，Aged+Vehicle组的交替表现显著降低，表明记忆受损。与Aged+Vehicle组相比，Aged+asap组表现出更高的交替表现。这表明asap治疗改善了衰老小鼠的认知衰退。
在口服DP1受体抑制剂Asapiprant 37-42天后，进行水迷宫测试。与Young组相比，Aged+Vehicle组小鼠表现出空间学习和记忆受损。asap治疗显著改善了衰老小鼠的空间学习能力，这通过它们的游泳路径和学习曲线得到证明。在训练阶段，Aged+Vehicle组小鼠的逃避潜伏期减少，而Aged+Vehicle组小鼠的逃避潜伏期显著长于Young小鼠。相反，用asap治疗的小鼠与Vehicle治疗的对照组相比，逃避潜伏期更短。
在探测试验中，Aged+Vehicle组在目标象限平台的穿越次数显著减少，而首次到达平台的潜伏期增加，表明空间学习和记忆功能受损。相反，与Vehicle治疗的对照组相比，Aged+asap组在目标象限停留的时间显著更长，首次到达平台的潜伏期减少，表明空间学习和记忆功能恢复。总之，衰老小鼠与Young小鼠相比表现出空间学习和记忆功能受损，而asap治疗显著减轻了衰老小鼠的认知衰退。
令人惊讶的是，研究人员还发现DP1受体抑制剂显著改善了衰老小鼠的脱毛情况。流式细胞术结果进一步表明，DP1受体抑制剂显著降低了衰老小鼠大脑中小胶质细胞内P16和P53的表达。进行了免疫荧光染色，结果显示与衰老小鼠相比，asap治疗显著降低了神经元DNA损伤标志物（H2A.X）的表达，改善了衰老小鼠的细胞衰老。此外，流式细胞术结果表明，DP1受体抑制剂显著减少了小胶质细胞中的脂滴积累（BODIPY），并降低了衰老小鼠大脑中小胶质细胞内衰老相关分泌表型（SASP）细胞因子（包括IL-1β、TNF-α和IL-6）的表达，从而改善了神经炎症。这些发现表明，DP1受体阻断改善了衰老小鼠的细胞衰老和认知衰退。
衰老大脑中的外泌体有助于大脑衰老和认知衰退，但全面抑制其分泌是不切实际的。这是因为衰老大脑的外泌体分泌是废物清除和细胞间通讯的重要机制。本研究的目的是阐明衰老脑源性外泌体认知损害作用的具体机制，旨在通过针对其有害方面来减轻细胞衰老和认知衰退。
本研究证明，衰老小鼠脑源性外泌体（A-exo）通过激活小胶质细胞中的PTGDS/PGD2/DP1信号轴驱动认知衰退。主要发现包括：（1）A-exo给药诱导小胶质细胞过度激活、脂滴积累和衰老相关分泌表型（SASP）分泌，导致年轻小鼠空间记忆缺陷；（2）蛋白质组分析确定PTGDS是A-exo中高度富集的蛋白质，它提高了中枢和外周PGD2水平，从而激活小胶质细胞上的DP1受体；（3）DP1受体激活引发髓系细胞浸润、神经炎症和细胞衰老，这些可通过小胶质细胞清除或药理学DP1抑制（asapiprant）逆转；（4）关键的是，DP1阻断改善了衰老小鼠的认知衰退，减少了神经元DNA损伤，并减轻了SASP分泌，突出了其治疗潜力。
这项研究提供了几个新的见解。首先，它首次确定衰老脑源性外泌体通过PTGDS/PGD2/DP1通路作为神经炎症和认知衰退的系统性介质——这一机制不同于典型的细胞因子驱动的炎症。其次，将DP1确定为小胶质细胞衰老和SASP分泌的关键调节因子，弥合了衰老相关外泌体 cargo 与神经退行性结果之间的差距。第三，asapiprant在逆转年龄相关认知缺陷方面的治疗功效为神经保护提供了一个重新利用的药物候选物，这一策略在衰老研究中尚未充分探索。
尽管衰老的潜在机制难以捉摸，但研究表明将年轻小鼠的血液输注到老年小鼠中可以逆转年龄相关的认知衰退。将老年大鼠的血清外泌体注射到老年缺血大鼠中会导致小胶质细胞功能障碍，加剧突触功能障碍和感觉运动缺陷。Ruckh等人发现年轻的系统环境可以增强老年动物的髓鞘再生，年轻动物大脑微环境中产生的外泌体模拟了这种促髓鞘作用。尽管这些研究展示了细胞衰老和年龄相关疾病的治疗潜力，但具体作用机制仍不清楚。外泌体作为细胞间通讯的重要介质，可能在这些过程中起关键作用。
衰老大脑环境中的外泌体含有更高水平的与DNA和线粒体损伤、免疫炎症和ROS积累相关的内容物。衰老脑源性外泌体释放大脑衰老过程中产生的大量炎症因子，这些因子可以改变细胞内环境并放大衰老微环境，将衰老信号或模式传递到周围细胞或组织。有趣的是，最近一项研究显示，来自重度抑郁症患者血液的细胞外囊泡（EVs）诱导野生型小鼠的抑郁样行为，而来自健康个体血液的EVs注射减轻了抑郁症小鼠模型的抑郁样行为。这项研究强调了外泌体作为认知和行为变化介质的未探索作用。
先前的研究已经暗示外泌体在传播神经炎症中的作用，但它们与年龄相关的角色仍然不明确。例如，阿尔茨海默病患者的血浆外泌体携带促炎miRNA，但我们的工作独特地将衰老特异性外泌体PTGDS与DP1介导的小胶质细胞功能障碍联系起来。类似地，虽然小胶质细胞衰老被认为是神经退行性的驱动因素，但这项研究揭示了一种新的外泌体-小胶质细胞交叉对话机制。DP1在神经炎症中的作用在多发性硬化模型中被提出，但其在衰老和认知衰退中的参与是前所未有的。值得注意的是，我们的发现与前列腺素信号传导加剧神经炎症的报道一致，但与强调PGD2在急性损伤中神经保护作用的研究形成对比，强调了背景依赖性效应。最后，CSF1R抑制在减弱小胶质细胞激活方面的功效与Spangenberg等人的工作相呼应，但我们的数据通过将小胶质细胞清除与通过DP1调节减少外周免疫浸润联系起来扩展了这一点。
前列腺素D2受体1（DP1）是免疫衰老、炎症调节、神经保护和神经退行性疾病中的关键介质。前列腺素D2受体1（DP1）是前列腺素D2（PGD2）的主要受体，广泛分布于中枢神经系统（CNS），在调节多种生理和病理过程中起关键作用。
DP1信号通路随着衰老而变得过度活跃，导致树突状细胞抗原呈递效率受损和中性粒细胞过度浸润到感染组织，从而加剧破坏性炎症反应。使用PTGDR拮抗剂BGE-175（asapiprant）的药理学干预有效阻断PGD2-DP1信号传导，从而使老年个体的免疫功能恢复活力。实验研究表明，BGE-175治疗将老年COVID-19感染小鼠的存活率从0%提高到90%，同时减少肺部炎症。值得注意的是，BGE-175针对宿主免疫而不是病毒复制，表明其对多种感染的广泛治疗潜力。目前一项II期临床试验正在评估其在老年COVID-19患者中的疗效。
慢性睡眠剥夺诱导大脑PGD2积累，通过ABCC4转运蛋白外周转运，导致DP1受体激活、中性粒细胞增多和细胞因子风暴样综合征。小鼠中PGD2合酶（PTGDS）或DP1受体的基因敲除显著减弱了炎症反应并提高了睡眠剥夺后的存活率，突出了PGD2/DP1轴在睡眠-免疫交叉对话中的核心作用。这些发现表明，DP1拮抗剂可能代表一种管理与睡眠障碍相关的免疫过度激活的新策略。
新兴证据表明，视网膜细胞中前列腺素介导的信号传导是与早期糖尿病视网膜病变相关的炎症反应的驱动因素。具体来说，PGD2-DP1相互作用促进微血管功能障碍和白细胞粘附，加剧视网膜病理。在AD模型中，DP1拮抗作用减少脑β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积并改善认知缺陷，可能是通过调节小胶质细胞功能以增强Aβ清除和抑制神经炎症。进一步的机制研究揭示，小胶质细胞和星形胶质细胞之间PGD2介导的交叉对话放大了星形胶质细胞增生和脱髓鞘，如在白质营养不良的twitcher小鼠模型中观察到的那样。
在大脑中，DP1受体主要在小胶质细胞和兴奋性毒性神经元中表达。在兴奋性毒性海马损伤期间，大量产生的PGD2和PGD2诱导的小胶质细胞激活引发神经炎症和进一步的神经退行性变化。PGD2的增加和小胶质细胞激活与神经功能缺损中的神经炎症和神经退行性变密切相关。这与我们的发现一致，即衰老小鼠脑源性外泌体（A-exo）导致正常年轻小鼠认知衰退，诱导小胶质细胞过度激活、脂滴积累和衰老相关分泌表型（SASP）分泌。这种异常的小胶质细胞活性是由于小鼠衰老后A-exo中PTGDS的高表达，导致中枢和外周DP1配体PGD2水平增加和随后的持续DP1信号激活。因此，这通过产生衰老的促炎
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