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2024年3月28日，知名學術(shù)期刊《Adv Healthc Mater》上，刊載了東南大學公共衛(wèi)生學院王適之副教授團隊，開發(fā)的一種“干細胞外泌體治療骨關(guān)節(jié)炎的新方法——CAP-exoASO”的相關(guān)報道。
研究顯示，CAP-exoASOs在治療骨關(guān)節(jié)炎方面，可獲得令人滿意的療效，具有巨大的開發(fā)潛力！這一研發(fā)成果的發(fā)表，瞬間引爆了關(guān)于干細胞外泌體的討論。其實，除了骨關(guān)節(jié)炎外，外泌體在治療椎間盤退變、肌腱撕裂、骨質(zhì)疏松等其他骨與關(guān)節(jié)疾病方面，也“大展拳腳”，為飽受疼痛和疾病困擾的骨病患者，帶來了新的希望與選擇！
CAP-exoASO：骨關(guān)節(jié)炎患者的“新曙光”！
東南大學團隊本次研究的新方法，通過使用轉(zhuǎn)肽酶SortaseA，將小細胞外囊泡（exos）與軟骨細胞親和肽（CAP），隨后構(gòu)建并獲得軟骨細胞靶向藥物遞送exo（CAP-exoASO）。與傳統(tǒng)不含CAP的外泌體（ExoASO）相比，CAP-exoASO在治療骨關(guān)節(jié)方面，具有如下優(yōu)勢：
1、可減輕IL-1β誘導的軟骨細胞損傷，通過降低MMP13（基質(zhì)金屬蛋白酶13）表達、上調(diào)COL2A1表達，從而導致軟骨基質(zhì)重組、減輕骨關(guān)節(jié)炎進展。
2、可通過抑制TNF、IL-17的信號通路，來減輕炎癥。
3、可延長ASO-MMP13在關(guān)節(jié)內(nèi)的保留時間，且關(guān)節(jié)內(nèi)注射CAP-exoASO后，該藥可直達病變部位，而不會分布在主要器官中。
綜上，CAP-exoASOs基于靶向遞送效應(yīng)，成功地完成了軟骨修復，在治療骨關(guān)節(jié)炎方面，具有廣闊的應(yīng)用前景，未來可期！
何謂干細胞外泌體？它的作用與“前世今生”
干細胞來源的外泌體（SC-Exo）是干細胞分泌的一種納米級（直徑小于150nm）、球形的細胞外囊泡（EV）。攜帶脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物、核酸等多種大分子，在細胞通訊中發(fā)揮著重要作用，可協(xié)調(diào)功能蛋白、代謝物和核酸向受體細胞的轉(zhuǎn)移。
外泌體最初由沃爾夫博士，在半個世紀前于血漿中觀察到，從那時起，研究表明所有檢查的生物液體中都存在囊泡，并且體外培養(yǎng)的細胞系已表現(xiàn)出不同程度的囊泡釋放。1987年，Rose Johnstone博士將其正式命名為“外泌體”。
外泌體不僅繼承了與干細胞類似的治療效果，比如免疫反應(yīng)、組織修復等。同時，還具有自身獨特的優(yōu)勢，一方面，其免疫原性較低，這使它們作為治療載體更具吸引力；另一反面，其尺寸嬌小同時具有膜成分，使它們能夠穿越主要的生物屏障（如血腦屏障等）。故而，外泌體可被設(shè)計為治療劑，用于治療骨關(guān)節(jié)疾病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、糖尿病等多種慢性疾病。
外泌體的來源和分類
外泌體存在于所有體液中，如血液、血漿、唾液、羊水、尿液等。按照分類方式不同，外泌體可分為如下類型：
-PART 1-按是否經(jīng)過人工修飾分類
根據(jù)外泌體是否經(jīng)過人工修飾，可將外泌體分為兩類，即天然外泌體、工程外泌體。
-PART 2-按親代細胞類型分類
幾乎所有類型的人類細胞都可以產(chǎn)生外泌體，這些包括但不限于巨噬細胞、樹突狀細胞（DC）、干細胞、血小板等，其分類不同，具體作用也有所差異。
1、巨噬細胞衍生的外泌體：在治療炎癥性腸病、皮膚傷口、真菌及病毒感染等方面，具有一定的效果。
2、樹突狀細胞（DC）衍生的外泌體（Dex）：可通過其表面蛋白[如主要組織相容性復合物（MHC）]，與免疫細胞（如NK細胞、B細胞、T細胞）相互作用。
3、干細胞衍生的外泌體：其在美容抗衰、慢病防治（比如肌肉骨骼疾病、退行性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、免疫疾?。?、改善亞健康等方面，具有廣闊的應(yīng)用潛力，也是目前臨床應(yīng)用較多的一款。
干細胞外泌體劍指多款骨關(guān)節(jié)疾病
-PART 1-治療骨關(guān)節(jié)炎
骨關(guān)節(jié)炎是一種由年齡、炎癥、外傷、勞損等多種因素引起的退行性關(guān)節(jié)疾病，病變不僅影響整個關(guān)節(jié)，還會累及骨、肌肉、滑膜、韌帶和關(guān)節(jié)周圍脂肪等，其典型表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨損傷、關(guān)節(jié)邊緣骨質(zhì)增生、骨贅形成，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。本病多見于中老年及肥胖人群，而且隨著人口老齡化、生活方式的改變以及中年人口的逐漸增加，骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率正在急劇上升。
目前，臨床主要通過局部外用藥物、關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射藥物（如糖皮質(zhì)激素、玻璃酸鈉等），來短期鎮(zhèn)痛和抗炎。然而，關(guān)節(jié)軟骨的退化是無法避免的，若逐漸惡化，可能需要進行關(guān)節(jié)融合或人工關(guān)節(jié)置換等外科手術(shù)。然而，這些手術(shù)可能存在創(chuàng)傷較大、術(shù)后活動受限、金屬假體相關(guān)感染等副作用。
因而，迫切需要探索一種治療骨關(guān)節(jié)炎的新方法，以預(yù)防其發(fā)作并減緩疾病進展，近年來，干細胞外泌體作為骨關(guān)節(jié)炎的潛在治療方法，引起了廣泛關(guān)注。臨床主要應(yīng)用間充質(zhì)干細胞（MSC）衍生的外泌體，這些間充質(zhì)干細胞可能來源于牙齦、牙髓、骨髓、滑膜、髕下脂肪墊等多種組織。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體主要通過以下機制治療骨關(guān)節(jié)炎：
1、間充質(zhì)干細胞（MSC）衍生的外泌體，可通過OA中的lncRNA-KLF3-AS1/miR-206/GIT1軸，促進軟骨細胞增殖、抑制軟骨細胞凋亡。
2、MSC來源的外泌體，在體外抑制炎癥因子、谷氨酰胺代謝活性相關(guān)蛋白、谷氨酰胺及GSH/GSSG比值，同時改善軟骨細胞的功能、組織炎癥以及運動能力，從而有助于緩解骨關(guān)節(jié)炎的進展。
3、來自軟骨形成MSC的外泌體miR-92a-3p，可通過靶向Wnt5a，增強軟骨形成、抑制軟骨降解。
4、滑膜MSC衍生的外泌體miR-320c，可通過靶向ADAM19，來增強軟骨形成。
5、牙齦MSC衍生的外泌體，被證明具有免疫抑制作用，可預(yù)防膠原誘導的關(guān)節(jié)炎。
圖1 外泌體促進軟骨修復的分子機制
-PART 2-肌肉和肌腱撕裂
肌肉和肌腱撕裂可能是由急性創(chuàng)傷（如骨折）或慢性過度使用（如運動損傷）等引起。肌肉拉傷和肌腱撕裂的愈合，包括炎癥、增殖、重塑階段等過程。研究顯示，間充質(zhì)干細胞（MSC）衍生的外泌體，有利于促進肌肉和肌腱撕裂的愈合，主要原因如下：
1、外泌體可改善C2C12成肌細胞的體外肌生成、HUVEC（人臍靜脈內(nèi)皮細胞）的血管生成，同時在心臟毒素誘導的肌肉損傷模型中，加速體內(nèi)骨骼肌再生。
2、外泌體可預(yù)防肌肉萎縮、炎癥和血管化，防止脂肪浸潤，并改善生物力學特性；此外，外泌體（尤其是骨髓間充質(zhì)干細胞衍生的外泌體）可增加重建后肩袖的斷裂載荷和剛度，誘導肩袖端點周圍的血管生成，并促進肌腱-骨界面的生長，從而改善慢性肩袖撕裂。
-PART 3-骨折
骨折愈合涉及合成代謝組織膨脹階段、分解代謝組織重塑階段，該階段受干細胞、先天性和適應(yīng)性免疫功能、穩(wěn)定性等多種因素控制。研究顯示，外泌體也有助于促進骨折的愈合，原因如下：
1、骨修復的進展需要多種細胞，如炎癥階段的炎癥細胞、纖維血管階段的內(nèi)皮及間充質(zhì)祖細胞、骨形成階段的成骨細胞和軟骨細胞、骨痂重塑階段的破骨細胞。這些細胞大多可攝取外泌體，特別是成骨細胞和血管內(nèi)皮細胞，從而有助于骨折的愈合。
2、外泌體吸收后，受體細胞的基因表達發(fā)生改變，從而激活各種信號通路，引起各種細胞和組織反應(yīng)，最終利于骨折愈合。
-PART 4-椎間盤（IVD）退變
椎間盤（IVD）退變是導致腰痛的主要原因，其分子過程包括細胞外基質(zhì)（ECM）變性、炎癥、氧化應(yīng)激、細胞凋亡、衰老、自噬減少等。研究顯示，外泌體也有助于改善椎間盤退變、緩解由此而產(chǎn)生的腰痛，原因如下：
1、椎間盤內(nèi)注射干細胞外泌體，有助于通過外泌體miR-21，抑制髓核細胞（NPC）凋亡，并減輕IVD變性。
2、外泌體可通過傳遞miR-302c，抑制NLRP3炎性體，從而減輕髓核細胞的焦亡。
3、MSC衍生的外泌體，還可抑制NPC中的氧化應(yīng)激，最終有助于改善椎間盤退變。
-PART 5-骨質(zhì)疏松癥
骨質(zhì)疏松癥是一種代謝性骨病，其特征是骨密度低和骨結(jié)構(gòu)弱化，從而增加骨折的風險，主要因破骨細胞的骨吸收，被成骨細胞的骨形成補償不足所致。研究顯示，外泌體也有助于改善骨質(zhì)疏松癥的原因如下：
1、外泌體可以拮抗缺氧/血清剝奪誘導的骨細胞凋亡，骨細胞介導的破骨細胞生成。
2、通過miR-1263/Mob1/Hippo途徑，抑制骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡，從而預(yù)防廢用性骨質(zhì)疏松癥。
3、通過miR-2110、miR-，改善骨密度，并逆轉(zhuǎn)雌激素缺乏所致的骨質(zhì)疏松癥。
-PART 6-股骨頭壞死
“股骨頭壞死（ONFH）”又被稱為“股骨頭缺血性壞死”，可由創(chuàng)傷（如股骨頭頸骨折）、非創(chuàng)傷因素（如長期使用腎上腺糖皮質(zhì)激素）等因素所致，其中糖皮質(zhì)激素（GC）是導致股骨頭壞死的常見原因之一，其發(fā)病可能與股骨頭血液供應(yīng)受損、成骨活性減弱等有關(guān)。股骨頭壞死臨床以全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)等手術(shù)治療為主，癥狀較輕者也可給予低分子肝素等藥物，改善癥狀。
近年研究發(fā)現(xiàn)，干細胞外泌體可通過PI3K/Akt途徑，促進血管生成和骨生成，從而預(yù)防由糖皮質(zhì)激素誘導的股骨頭壞死。
國內(nèi)外干細胞外泌體療法的臨床應(yīng)用及研究
1、外泌體療法治療骨關(guān)節(jié)疾病的臨床試驗（截至2024年4月）
▲數(shù)據(jù)源自“ClinicalTrials.gov”，國際干細胞研究醫(yī)學部整理
2、日本獲批的干細胞外泌體項目
▲數(shù)據(jù)源自“e-再生醫(yī)療”，國際干細胞研究醫(yī)學部整理
小編寄語
隨著再生醫(yī)學的不斷發(fā)展，除了干細胞本身外，干細胞的衍生品（比如干細胞外泌體、上清液等），也引起了廣泛關(guān)注與討論。研究顯示，干細胞來源的外泌體在治療骨科等多種疾病方面（如骨關(guān)節(jié)炎等），均表現(xiàn)出了巨大的潛力，更被視為是外科領(lǐng)域干細胞療法的有效且多功能的替代品。
外泌體具有明顯的優(yōu)勢，比如使用及儲存更方便、價格更低廉等，但其治療效力遜色于干細胞。未來如何擴大外泌體生產(chǎn)規(guī)模，并結(jié)合外泌體遞送的多模式，以擴大干細胞衍生的外泌體，在疾病譜中的臨床應(yīng)用，將是各國研究的重點?？傊颊呖筛鶕?jù)自身病情、個體情況、經(jīng)濟狀況等，咨詢專業(yè)人員后，進行合理選擇。