外泌體攜載微小RNA治療骨關節炎的研究

孫碩 張錫光* 岳喬寧 余小超 張少雄 滕宜榮 滕兆偉

1.昆明醫科大學第六附屬醫院骨外科，云南 玉溪 653100 2.昆明醫科大學第六附屬醫院全科醫學科，云南 玉溪 653100 3.云南省第一人民醫院骨外科，云南 昆明 650000

骨關節炎(osteoarthritis，OA)是常見的退行性骨關節疾病，以關節軟骨破壞、滑膜炎癥、軟骨下骨硬化和細胞外基質丟失等為主要特征，是全球范圍內致殘的主要原因之一[1]。在我國，骨關節炎每年的平均診療費用高昂，造成了巨大的經濟負擔。因此，闡明骨關節炎的具體機制并尋求新的診治策略，成為亟待解決的衛生健康問題。

目前治療骨關節炎的方法多樣，早期患者常采用保守治療，包括服用非甾體類抗炎藥、氨基葡萄糖等，中晚期患者則采用自體軟骨細胞移植、關節置換等有創治療方式[2-3]。既往治療具有副作用明顯、創傷大等特點，因此學者們在尋求更加高效的治療方式。外泌體具有穩定性高、靶向作用強等優勢，且外泌體能通過攜帶微小RNA(microRNA，miRNA)來介導關節軟骨細胞間通訊并調節受體細胞的生物活性，進而調控病情進展[4]。因此，探索外泌體及miRNA在骨關節炎診療中的作用機制并應用于此類疾病，具有重大的研究及臨床意義。

1 外泌體及miRNA的結構及功能

外泌體(exosome)是由細胞分泌的納米大小的小細胞外囊泡，通過攜帶核酸、蛋白質等其他生物活性物質，在人體的生理和病理過程中發揮作用[5]；其可將生化分子轉移到靶細胞內，通過調控靶基因及蛋白，進而介導生物學過程[6]。外泌體參與骨關節炎的炎癥、免疫調節、血管新生及軟骨修復等方面[7]，因此，將外泌體應用于骨關節炎，可能為骨關節炎的診療開拓新的視野。

miRNA是長度為19～25個核苷酸的單鏈非編碼RNA，可以影響各種細胞過程，并在各種疾病中發揮重要作用[8]。miRNA已被證明可以調節不同疾病中的不同細胞過程，如通過介導Wnt/β-catenin途徑，發揮調控軟骨細胞和骨細胞代謝活性的作用，為miRNA作為骨關節炎治療藥物提供了新的理論依據[9]。

研究[10]發現，外泌體可通過攜載miRNA促進軟骨細胞增殖和基質分泌，減少瘢痕組織形成并消退炎癥，進而在軟骨再生中發揮作用。因此，深入挖掘并闡述外泌體及miRNA在骨關節炎診療方面的機制，為骨關節炎提供了新的研究靶點。本文就不同來源外泌體攜載miRNA在骨關節炎病情進展中的作用進行綜述，以期對骨關節炎的診療有所幫助。

2 不同來源外泌體攜載miRNA在骨關節炎進展中的研究

2.1 骨髓間充質干細胞源外泌體

骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)具有多向分化和自我更新的潛力，可分化為成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞等；還可通過旁分泌機制發揮組織修復等功能[11-12]。因而，深入挖掘探索骨髓間充質干細胞在骨關節炎中的作用機制，為骨關節炎的診療開拓了新的視野。

骨髓間充質干細胞源外泌體可通過攜載miRNA發揮其治療作用，進而解決臨床疾病治療和組織工程研究中的重要問題。Tao Yunxia等[13]學者研究發現，骨髓間充質干細胞源外泌體，通過攜載miRNA-361-5p，下調DDX20并滅活核轉錄因子(nuclear factor-kappaB, NF-κB)信號通路，最終達到緩解骨關節炎癥狀的臨床效果。骨髓間充質干細胞衍生的外泌體源miR-206，通過減少E74樣轉錄因子3(E74-like ETS transcription factor 3, Elf3)，可促進骨關節炎中成骨細胞的增殖和分化，為骨關節炎的治療提供新的靶點[14]。骨髓間充質干細胞源外泌體過表達miR-26a-5p，可作為骨關節炎中前列腺素內過氧化物合成酶2(prostaglandin-endoperoxide synthase2, PTGS2) 損傷滑膜成纖維細胞的抑制劑，在小鼠骨關節炎模型的診療中，發揮了重要作用[15]。作為miR-9-5p的靶基因，多配體蛋白聚糖-1(syndecan-1, SDC-1)的上調導致炎癥和骨關節炎樣損傷加重，骨髓間充質干細胞來源的外泌體miR-9-5p通過抑制SDC1，發揮抗炎及保護軟骨的關鍵作用[16]。

2.2 軟骨細胞源外泌體

軟骨細胞源外泌體可選擇性富集miRNAs，在骨形成、軟骨發育相關的各種信號通路中，這些miRNA扮演著重要角色[17-18]。

Mao Guping等[19]研究報道，骨關節炎軟骨細胞源外泌體通過攜帶miR-95-5p直接靶向于組蛋白去乙酰化酶(HDAC)-2/8，進而促進軟骨形成，抑制骨關節炎病情進展。因此，攜帶miR-95-5p的軟骨細胞源外泌體可作為HDAC2/8抑制劑并表現出作為骨關節炎藥物的重要潛力。

骨關節炎軟骨下骨的成骨細胞釋放的外泌體源miR-210-5p在軟骨變性的進展中起著關鍵作用，可能是骨關節炎治療干預的潛在靶點。Wu Xiaoxin等[20]學者研究發現，在骨關節炎硬化性軟骨下骨的成骨細胞外泌體中，miR-210-5p高度富集且能抑制軟骨細胞的耗氧速率，改變骨關節炎中軟骨細胞常見的生物能量狀態。因此，關注并研究骨關節炎軟骨下骨源外泌體攜載的miR-210-5p，對于臨床上骨關節炎的診療具有重要意義。

2.3 滑膜源外泌體

探索滑膜源外泌體miRNAs在絕經后女性骨關節炎中的作用機制，可為骨關節炎的診治提供新的作用手段。在女性骨關節炎患者中，滑膜源的特異性外泌體miRNAs可與雌激素相結合并可靶向Toll樣受體(toll-like receptors, TLR)信號通路[21]，這可能是絕經后女性骨關節炎發病率增加的重要原因。

滑膜間充質干細胞源外泌體能夠通過攜載過表達miR-140-5p增強關節軟骨細胞的增殖和遷移能力，而不會損害細胞外基質的分泌，發揮增強軟骨組織再生并預防膝關節骨關節炎的作用[22]。

滑膜間充質干細胞源外泌體還可通過攜載miR-155-5p促進骨關節炎軟骨細胞的增殖和遷移，抑制細胞凋亡，增強軟骨外基質(extracellular matrix, ECM)的分泌量并有效地阻止小鼠模型中的骨關節炎癥狀[23]。

2.4 尿液干細胞源外泌體

尿液干細胞因來源廣又可調控骨關節炎的病程，因而也受到了研究人員的關注。Liu Yuan等[24]發現，通過在IL-1β處理的骨關節炎大鼠模型關節內注射人尿液干細胞衍生的外泌體后，軟骨細胞的增殖和遷移能力增強，細胞凋亡受到抑制，但細胞外基質分泌量有減少；當使用攜載miR-140-5p的慢病毒顆粒轉染上述人尿液干細胞，收集其分泌的外泌體注射至同樣處理的骨關節炎大鼠模型內，發現攜載miR-140-5p的外泌體不僅能增強軟骨再生和軟骨下骨重塑，還通過靶向血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor A, VEGFA)增加了細胞外基質的分泌。

2.5 胚胎間充質干細胞源外泌體

胚胎間充質干細胞類似于成人間充質干細胞，也具有免疫調節特性和再生潛力，可作為治療各種疾病的細胞來源。

人胚胎間充質干細胞衍生的外泌體源miR-100-5p直接靶向作用于NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4, NOX4)，抑制了環狀菌株誘導的關節軟骨細胞活性氧(reactive oxygen species, ROS)產生和細胞凋亡。表明miR-100-5p/NOX4軸在原發性關節軟骨細胞損傷中的重要性，為關節軟骨細胞損傷和骨關節炎的治療策略提供了新的見解[25]。

2.6 髕下脂肪墊間質干細胞源外泌體

在臨床膝關節手術中，髕下脂肪墊簡單易獲取，因此，髕下脂肪墊的應用逐漸得到了臨床醫生的認可。髕下脂肪墊間質干細胞源外泌體攜帶大量miRNA-100-5p，可激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)自噬信號通路，抑制細胞凋亡，增強基質合成，降低體外分解代謝因子的表達，改善骨關節炎嚴重程度，從而保護關節軟骨并改善步態異常癥狀[26-27]。

3 工程化外泌體

天然外泌體具有靶向性差、有效作用數量少等特點，而通過電穿孔、孵育等方法制備得到含有選定miRNA、藥物和酶等物質的工程化外泌體，有效解決了天然外泌體存在的問題[28]。

Liang Yujie等[29]學者研究發現，將軟骨細胞親和肽(chondrocyte-affinity peptide, CAP)與溶酶體相關膜糖蛋白融合獲得CAP外泌體，該外泌體可以有效地封裝miR-140，特異性進入軟骨細胞，抑制軟骨降解蛋白酶并緩解大鼠模型中骨關節炎的進展，為骨關節炎的治療提供了潛在的策略。因此，闡明工程化外泌體的作用機制并將其應用于骨關節炎等疾病具有重大意義。

4 總結及展望

骨關節炎因危害性大已成為重大的社會健康問題。外泌體具有來源廣、穩定性好、治療方式多樣等優勢且通過攜帶miRNA等在骨關節炎病情進展的診療上發揮關鍵作用，被認為是骨關節炎等疾病的重要治療方式之一。近期研究發現，工程化外泌體通過攜載miRNA也可發揮治療骨關節炎的作用。

不同來源外泌體通過攜載miRNA對骨關節炎的作用機制和應用效果各異，但隨著生物技術的不斷進步以及廣大學者的不斷探索，外泌體及miRNA終將在骨關節炎等疾病的診療方面大放異彩。