馬國(guó)榕 郭洪章 李鵬飛 李海鷹

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是最常見的慢性退行性骨關(guān)節(jié)疾病，其發(fā)病機(jī)制尚不明確，病理過程多為長(zhǎng)期、慢性、漸進(jìn)的過程，病理改變涉及軟骨、骨骼、滑膜、韌帶、肌肉和關(guān)節(jié)周圍脂肪等多部位[1]。OA患者的臨床表現(xiàn)包括明顯的疼痛、功能喪失和生活質(zhì)量下降[2]，是老年人致殘的主要原因。近期研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械、炎癥和代謝因素所介導(dǎo)的骨損傷-修復(fù)平衡紊亂可能在OA病理過程中發(fā)揮重要作 用[3]。而骨損傷和修復(fù)與間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）及其細(xì)胞外囊泡密切相關(guān)。

1 MSC及其細(xì)胞外囊泡

根據(jù)人體組織來源不同，MSC可分為脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（ADMSC）、滑膜間充質(zhì)干細(xì)胞（SMSC）、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（UCMSC）、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）、胚胎間充質(zhì)干細(xì)胞等[4]。MSC主要功能包括免疫調(diào)節(jié)、自分泌、旁分泌及規(guī)避免疫排斥反應(yīng)等[5]，MSC的細(xì)胞外囊泡則在發(fā)揮這些功能時(shí)充當(dāng)重要角色。細(xì)胞外囊泡含有生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA和各種形式的RNA[6]。細(xì)胞外囊泡通過轉(zhuǎn)運(yùn)上述物質(zhì)在細(xì)胞外基質(zhì)降解、細(xì)胞間通訊、炎癥調(diào)節(jié)、血管生成和抗原遞呈等過程中發(fā)揮作用[7]。作為一種細(xì)胞間通信途徑，細(xì)胞外囊泡具有穩(wěn)定性高、生物相容性好、免疫原性低、毒性低、生物屏障性好和有內(nèi)在細(xì)胞靶向特性等優(yōu)點(diǎn)，因而備受關(guān)注[8]。細(xì)胞外囊泡通過實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的信號(hào)傳導(dǎo)，可達(dá)到促進(jìn)組織再生目的，從而成為良好的OA細(xì)胞替代療法。細(xì)胞外囊泡既能以天然形式應(yīng)用，也可以作為治療藥物的載體應(yīng)用[9]。值得注意的是，組織或器官來源不同的MSC細(xì)胞外囊泡治療效果也不同[10]。因此，有必要進(jìn)一步比較分析不同來源MSC的細(xì)胞外囊泡，以便指導(dǎo)其在OA治療中的臨床應(yīng)用。

2 不同來源的MSC細(xì)胞外囊泡與OA

2.1 ADMSC

與骨髓衍生的MSC相比，ADMSC特性相似，但更容易獲得[11]。在臨床應(yīng)用前，ADMSC的細(xì)胞外囊泡可以在培養(yǎng)物中長(zhǎng)期擴(kuò)增[12]。Li等[13]研究表明，ADMSC的細(xì)胞外囊泡生物活性高于SMSC的細(xì)胞外囊泡，且其產(chǎn)量、基質(zhì)合成能力以及體內(nèi)外促軟骨生成和成骨能力均明顯高于BMSC 和SMSC的細(xì)胞外囊泡，其可以直接以完整形式進(jìn)入軟骨細(xì)胞中，介導(dǎo)分解代謝與合成代謝之間的平衡，促進(jìn)人軟骨細(xì)胞增殖和遷移，延緩軟骨退化，使受損軟骨得到恢復(fù)。

ADMSC的細(xì)胞外囊泡可增強(qiáng)人OA軟骨細(xì)胞中Ⅱ型膠原（ColⅡ）蛋白mRNA表達(dá)，具有促進(jìn)軟骨再生作用。ADMSC的細(xì)胞外囊泡可促進(jìn)巨噬細(xì)胞促炎表型M1向巨噬細(xì)胞抗炎表型M2極化，從而抑制白細(xì)胞介素（IL）-6和前列腺素E等巨噬細(xì)胞促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生[14]，同時(shí)促進(jìn)抗炎因子IL-10產(chǎn)生[15]，延緩OA進(jìn) 程。ADMSC的 細(xì)胞外囊泡也可通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-1、MMP-3、MMP-13和含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶（ADAMTS）-5表達(dá)來延緩OA中細(xì)胞外基質(zhì)降解，從而減緩OA軟骨破壞進(jìn)展[16]。

2.2 SMSC

SMSC具有增殖能力強(qiáng)、老化緩慢等優(yōu)點(diǎn)，可以在10多代后仍保持其獨(dú)特的細(xì)胞形態(tài)和分化潛力，且其分化能力與供體年齡無關(guān)[17-19]。由于滑膜和軟骨均起源于滑膜關(guān)節(jié)發(fā)育期間的同一個(gè)細(xì)胞池，因此SMSC在發(fā)育上與軟骨細(xì)胞的關(guān)系較其他MSC更密切，且比BMSC 更容易促進(jìn)軟骨形成，特別適合軟骨修復(fù)[20-22]。韓俊柱等[23]研究發(fā)現(xiàn)，SMSC不僅增殖速度高于ADMSC和BMSC，而且在成軟骨誘導(dǎo)下其Col Ⅱ的表達(dá)水平也高于ADMSC和BMSC，說明SMSC在這3種MSC中成軟骨潛能最強(qiáng)。Kubosch等[24]研究發(fā)現(xiàn)，SMSC的軟骨形成標(biāo)志物Col Ⅱ和聚集蛋白聚糖（ACAN）表達(dá)水平也高于BMSC。

SMSC的細(xì)胞外囊泡可以有效促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、遷移并抑制OA軟骨細(xì)胞凋亡，其功能可在脂多糖預(yù)處理?xiàng)l件下得到優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脂多糖預(yù)處理的SMSC細(xì)胞外囊泡在促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖和遷移以及抑制細(xì)胞凋亡方面優(yōu)于未經(jīng)處理的SMSC細(xì)胞外囊泡[25]。經(jīng)脂多糖預(yù)處理的SMSC細(xì)胞外囊泡還可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化，從而抑制炎癥反應(yīng)[26]。

2.3 UCMSC

UCMSC是最年輕、最原始的MSC[27]，具有免疫抑制能力和較低的免疫原性。與ADMSC和BMSC相比，其增殖率更高[28]，自我更新更快，并可通過非侵入性分離獲得[29]。由于UCMSC來源充足、純度高并具有多系分化潛力和抗炎能力，其更適用于在缺血和營(yíng)養(yǎng)貧乏的環(huán)境中產(chǎn)生類似于軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)[27,30]。

人UCMSC的細(xì)胞外囊泡在組織修復(fù)和再生方面具有重要作用，它不但能夠刺激軟骨細(xì)胞增殖、遷移，而且可以通過增強(qiáng)骨形成、減少骨髓脂肪堆積和減少骨吸收來防止骨質(zhì)流失[31]。人UCMSC的細(xì)胞外囊泡可上調(diào)ColⅡ、Sox9、ACAN等軟骨特異性標(biāo)記物，有效維持軟骨細(xì)胞的基質(zhì)合成能力和表型穩(wěn)定[32]，并通過靶向調(diào)節(jié)蛋白激酶B（Akt）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)骨細(xì)胞增殖和抑制骨細(xì)胞凋亡[33]。同時(shí)，人UCMSC的細(xì)胞外囊泡既可以促進(jìn)抗炎相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)，使CD206和IL-10等巨噬細(xì)胞抗炎表型M2標(biāo)志物表達(dá)量增加[34]，又可以抑制炎癥因子表達(dá)，降低ADAMTS-5和MMP-13表達(dá)，從而調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞功能[32]。

2.4 BMSC

BMSC是一種非造血間充質(zhì)干細(xì)胞，能夠分化為間充質(zhì)組織。BMSC的數(shù)量、增殖速度和分化能力均與供體年齡呈負(fù)相關(guān)[35]。BMSC可改善和維持關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境，以促進(jìn)軟骨修復(fù)和再生。與UCMSC、胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞（PMSC）相比，BMSC軟骨分化潛能更大；與PMSC相比，BMSC自我更新能力更強(qiáng)[36]。研究證實(shí)，BMSC體內(nèi)外分化為成骨細(xì)胞的潛力和ColⅡ蛋白表達(dá)水平均較ADMSC更高[37-38]。

BMSC的細(xì)胞外囊泡可誘導(dǎo)ACAN和ColⅡ產(chǎn)生并促進(jìn)其增加，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，恢復(fù)人軟骨修復(fù)能力。BMSC的細(xì)胞外囊泡也可在體外調(diào)節(jié)成骨分化，并在體內(nèi)促進(jìn)骨再生[39]。BMSC的細(xì)胞外囊泡還可以抑制炎癥介質(zhì)對(duì)軟骨穩(wěn)態(tài)破壞，消除腫瘤壞死因子（TNF）-α介導(dǎo)的環(huán)氧化酶（COX）2 上調(diào)，降低促炎IL表達(dá)。同時(shí)，BMSC的細(xì)胞外囊泡通過抑制OA軟骨細(xì)胞中TNF-α誘導(dǎo)的促炎性核因子（NF）-κB信號(hào)傳導(dǎo)，介導(dǎo)肥大相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，這表明BMSC的細(xì)胞外囊泡不僅能促進(jìn)軟骨形成，還能抑制軟骨細(xì)胞的肥大分化[40]。

3 結(jié)語

MSC的細(xì)胞外囊泡具有促進(jìn)軟骨再生和延緩軟骨老化的能力，可在OA治療中發(fā)揮作用，因而廣受關(guān)注。使用MSC的細(xì)胞外囊泡能夠跨越生物屏障[9]，直接進(jìn)入靶細(xì)胞?，F(xiàn)有研究結(jié)果可歸納如下：①UCMSC是最年輕、最原始的MSC[27]；②SMSC和UCMSC增殖率均較ADMSC和BMSC更高[23,28]，而ADMSC增殖率又高于BMSC[23]；③在體外二維培養(yǎng)條件下，ADMSC增殖率高于SMSC[41]；④BMSC分化能力與供體年齡呈負(fù)相關(guān)[35]，而SMSC分化能力與供體年齡無關(guān)[19]；⑤在軟骨生成過程中ColⅡ的表達(dá)水平方面，SMSC優(yōu)于BMSC，而BMSC又優(yōu)于ADMSC，說明3種MSC中SMSC成軟骨潛能最強(qiáng)[23]；⑥ADMSC的細(xì)胞外囊泡產(chǎn)量較BMSC、SMSC的細(xì)胞外囊泡明顯更高，其基質(zhì)合成能力、促進(jìn)軟骨生成和成骨分化能力更具明顯優(yōu)勢(shì)[13]。由此可以看出，MSC增殖速度受不同培養(yǎng)條件影響，細(xì)胞外囊泡的促軟骨生成和成骨分化能力受組織來源影響。

先前的研究表明，組織來源以及培養(yǎng)條件不同的細(xì)胞外囊泡具有不同的生物學(xué)效應(yīng)，各具優(yōu)勢(shì)。盡管目前已明確不同來源MSC的細(xì)胞外囊泡對(duì)OA均具有治療潛力，但仍有如下問題值得探究。①選擇何種組織來源的細(xì)胞外囊泡治療OA。②制定標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞外囊泡制備方法、培養(yǎng)條件?，F(xiàn)有的細(xì)胞外囊泡制備方法限制了其大規(guī)模生產(chǎn)，從而阻礙其臨床應(yīng)用[42]。長(zhǎng)期傳代的方法雖然有助于獲得相當(dāng)數(shù)量的細(xì)胞外囊泡，但可能導(dǎo)致MSC分化[43]。 ③明確細(xì)胞外囊泡的給藥方式、藥物劑量和給藥頻率。上述問題均有待進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究及臨床研究予以解決。通過實(shí)驗(yàn)選取最佳的細(xì)胞外囊泡用于治療OA將成為新的研究方向，進(jìn)一步研究不同來源MSC的細(xì)胞外囊泡對(duì)OA的治療作用意義重大。