外泌体成为骨关节炎的新兴治疗方案

关节炎 (OA) 是全球最流行的关节炎类型,会导致疼痛和慢性残疾,并对全球医疗保健系统造成重大负担。非甾体抗炎药 (NSAID)、镇痛药、关节内注射皮质类固醇从长远来看价值不大,而阿片类药物可能会产生不良的后果。膝关节 OA 的放射治疗价值有限。

物理治疗、锻炼、减肥和改变生活方式可以缓解疼痛、改善身体机能和生活质量。然而,没有一种单一的治疗方法具有再生受损关节软骨的潜力。

由于对骨关节炎的更好理解,已经开发了创新的新治疗方案。我们关注新兴的 OA 膝关节治疗、缓解症状和再生受损的关节软骨,包括关节内人血清白蛋白、传统的疾病缓解抗风湿药 (DMARDs)、降脂剂 (他汀类药物)、神经生长因子拮抗剂、骨形态发生蛋白、成纤维细胞生长因子、富血小板血浆 (PRP)、间充质干细胞 (MSC)、外泌体、白细胞介素 1 阻滞剂、基于基因的治疗和双膦酸盐。

外泌体成为骨关节炎的新兴治疗方案

近两年发表的关于外泌体的文章,如:Exosomes: roles and therapeutic potential in osteoarthritis 和 Emerging and New Treatment Optiones for Knee Osteoarthritis 报道和综述了外泌体在骨关节炎中的作用和治疗潜力,为关节炎治疗提供了新的解决方案。

外泌体成为骨关节炎的新兴治疗方案

2021 Nov 15.doi: 10.2174/1573397117666211116111738. nline ahead of print.

Curr Rheumatol Rev.

外泌体成为骨关节炎的新兴治疗方案

Exosomes: roles and therapeutic potential in osteoarthritis

外泌体:骨关节炎中的作用和治疗潜力

 

人类关节腔中可检测到外泌体

外泌体通过调节细胞间通讯参与许多生理和病理过程,这些过程涉及许多疾病,包括骨关节炎(OA)。在人类关节腔中可检测到外泌体,并观察到随着 OA 的进展而发生变化。几种关节细胞,包括软骨细胞、滑膜成纤维细胞、成骨细胞和肌腱细胞,可以产生和分泌影响靶细胞生物学效应的外泌体。此外,来自干细胞的外泌体可以通过促进软骨修复、抑制滑膜炎和介导软骨下骨重塑来保护 OA 关节免受损伤。

骨关节炎治疗存在的问题

骨关节炎 (OA) 是一种高度流行的退行性关节疾病,影响全球超过 3 亿人。OA 引起的慢性疼痛和运动功能障碍严重降低了患者的生活质量。此外,OA给患者和社会带来的社会经济负担相当大。目前的 OA 管理大致分为非药物治疗、药物治疗和手术治疗。 非药物治疗,如运动、减肥和物理治疗,被建议作为早期 OA 患者的适当治疗。药物治疗主要旨在实现疼痛控制,以提高日常生活的功能和质量。手术治疗最广泛用于患有严重功能障碍的终末期患者。目前,改善关节稳态和延缓 OA 进展的令人满意的策略很少。

外泌体被认为是参与许多生理和病理过程的细胞间通讯的重要介质。最近,外泌体在 OA 中的作用和治疗潜力在这一领域得到了越来越多的关注。

外泌体,细胞间通讯介质

细胞外囊泡 (EV) 是膜结合载体,可分为三种类型,包括外泌体、微囊泡 (MV) 和凋亡小体。作为一种重要的 EV,外泌体在过去十年中受到了最多的关注。外泌体可以由各种细胞分泌,并通过其内容物(包括脂质、核酸和蛋白质)介导细胞间通讯。

外泌体的直径通常在30-150 nm之间,密度在1.13-1.19 g·mL-1.19之间。发现脱落的膜囊泡可能具有生理功能,并建议将这些囊泡作为外泌体。1983 年,Harding 等人。观察到膜结合囊泡可以通过多囊泡内体 (MVE) 胞吐作用释放。后来,研究人员发现转铁蛋白受体可以从细胞表面转移到内部囊泡中形成 MVE。1987 年,Johnstone 等人。观察到网织红细胞成熟过程中的外泌体释放与质膜活性有关。Raposo 等人。后来发现外泌体在抗原呈递和 T 细胞活化中起重要作用。然后,外泌体与肿瘤之间的关系被报道。2007 年,Valadi 等人。发现 mRNA 和 microRNA 可以通过外泌体发送到其他细胞,表明外泌体可能通过递送核酸来介导细胞间通讯。此后,越来越多的研究表明外泌体通过介导细胞间通讯发挥重要的生理和病理作用。

外泌体成为骨关节炎的新兴治疗方案

外泌体的产生过程

外泌体的分离方法

具有高纯度的外泌体的富集是基础研究的关键步骤和外泌体的进一步临床应用。目前,已经基于外泌体的尺寸,形状,密度和表面蛋白,开发了不同的外部分离方法,包括超速离心,基于尺寸的技术,免疫亲和纯化,沉淀和基于微流体的分离技术。这些方法具有自身的优点和缺点,需要进一步改善,以促进外来物质的研究及其应用。

干细胞衍生外泌体对OA的治疗效果

在过去的几十年中,已经发现外泌体通过外泌体含量影响了几种生理和病理过程,包括RNA,DNA,蛋白和脂质。迄今为止,累积证据表明外泌体参与许多生物过程,包括血管生成,细胞分化,免疫调节,代谢平衡和发育,并且涉及许多疾病,如癌症,神经变性疾病,自身免疫疾病和心血管疾病。最近,外泌体在骨稳态中的作用得到了广泛的解决。

干细胞如骨髓间充质干细胞(BMSCs)和脂肪间充质干细胞(AMSCs)表现出有效的软骨再生能力,并已针对OA治疗的OA治疗临床试验临床测试。表现出可靠的安全性和可行性,而这种方法可以改善膝关节社会临床评级系统(KSS)和OA结果得分,并部分缓解膝关节疼痛。但是,其基于干细胞的OA治疗的详细机制没有得到很好的澄清。越来越多的研究表明,干细胞的治疗效果主要取决于干细胞的静脉功能,包括迄今为止的EVS的分泌,已揭示来自不同类型干细胞的外泌体来调节软骨再生和在某些模型中衰减OA进展。

来自骨髓间充质干细胞的外泌体

源自 BMSC 的外泌体可以影响细胞命运,包括细胞凋亡、增殖、侵袭和迁移。此外,源自 BMSC 的外泌体可以调节多种生理和病理过程,包括免疫反应、成骨、纤维化和血管生成。几项研究报告称,BMSC 衍生的外泌体显着促进受损组织的再生和修复,包括软骨和软骨下骨。来自 TGFβ3 预处理的 BMSC 的外泌体以及 MV/微粒 (MP) 显着增加了骨关节炎软骨细胞中合成代谢标记的表达并降低了分解代谢标记基因的水平。此外,这些 BMSC 衍生的外泌体可以防止骨关节炎软骨细胞发生细胞凋亡。

来自滑膜间充质干细胞的外泌体

滑膜间充质干细胞 (SMSC) 在体外显示出更好的软骨分化能力。研究发现来自 OA 或 RA 患者的 SMSCs 可以在体外和体内使用同种异体组织工程构建体有效增强软骨修复。在实验动物模型中,关节内注射 SMSCs 可以显着促进软骨修复并用于治疗关节相关疾病,包括 OA。此外,SMSC-140-Exo 治疗显着减轻了大鼠 OA 模型中的关节磨损,降低了 OARSI 评分并延迟了 OA 进展。

来自脂肪组织间充质干细胞的外泌体

脂肪组织间充质干细胞 (AMSCs) 被证明具有强大的软骨再生和炎症调节能力,被认为是 OA 治疗的极好细胞来源。然而,AMSC 诱导软骨再生的机制仍不清楚。越来越多的证据表明,AMSCs 可能主要通过旁分泌营养因子来调节局部微环境,从而防止软骨侵蚀并改善关节功能,使其更利于修复和再生。据报道,EVs,包括 MVs 和外泌体,主要介导 AMSCs 对骨关节炎成骨细胞的旁分泌作用。

此外,AMSC 衍生的 MV 和外泌体可以抑制促炎介质的产生,如 TNF-α、IL-6、PGE2 和 NO,以及 MMP 活性和 MMP-13 水平,同时增加抗炎细胞因子 IL 的水平-10 和 OA 软骨细胞中的软骨细胞特异性分子胶原蛋白 II,209 这表明 AMSC 衍生的 MV 和外泌体具有潜在的抗炎和软骨保护作用。

来自胚胎间充质干细胞的外泌体

Exosomes from embryonic mesenchymal stem cells

胚胎间充质干细胞被认为是软骨再生和骨关节炎治疗的另一种潜在候选者。最近,一些研究表明,胚胎间充质干细胞的外泌体明显调节了软骨细胞的生物学表型并延迟了骨关节炎实验模型中的骨关节炎进展。实验人员成功地从 HuES9 人类胚胎干细胞 (hESCs) 中分离并鉴定了外泌体。

将 hESC 衍生的外泌体关节内注射到大鼠的骨软骨缺损中后,他们观察到软骨和软骨下骨的损伤在 6 周时基本逆转,并在 12 周时几乎完全恢复,表明胚胎 MSC 外泌体(MSC-Exos)可能是软骨修复和关节相关疾病的无细胞治疗替代方案。

同样,在大鼠骨软骨缺损模型中,来自 E1-MYC 16.3 人胚胎干细胞来源的 MSC 的外泌体在 12 周和 6 周时增强了与邻近宿主软骨的整合和表面规律。此外,这些外泌体早在 2 周就显着促进了新组织形成和细胞外基质沉积,增加了 M2 巨噬细胞浸润,并减少了 M1 巨噬细胞和促炎细胞因子的产生。

该研究还表明,胚胎 MSC 衍生的外泌体可以被软骨细胞内吞,通过腺苷依赖性 AKT 和 ERK 信号通路调节软骨细胞迁移、增殖和基质合成。

在 DMM 诱导的 OA 模型中,来自人类胚胎干细胞诱导的间充质干细胞 (ESC-MSC) 的外泌体在关节内注射 4 周后显着阻止了软骨破坏和基质降解。

此外,来自胚胎间充质干细胞的外泌体在免疫正常大鼠颞下颌关节的OA模型中可以减少炎症反应,缓解早期疼痛,促进软骨修复和软骨下骨愈合。

胚胎 MSC 衍生的外泌体逆转了 IL-1β 介导的对 s-GAG 合成的抑制,并通过腺苷介导的 AKT、ERK 和 AMPK 激活减少了 IL-1β 诱导的一氧化氮和 MMP13 的产生。220 此外,TGF- β1 增强了胚胎 MSC 衍生的外泌体中 miR-135b 的表达,这可能通过降低 Sp1 的表达和加速大鼠 OA 模型中的软骨修复来促进软骨细胞增殖。

展望

作为一种重要的细胞间通讯介质,外泌体极大地促进了 OA 的发生和进展,并已显示出用于 OA 治疗的强大潜力。探索外泌体在 OA 病理变化中的详细机制将有助于我们筛选和识别潜在的治疗靶点。此外,我们需要优化 MSC-Exos 以提高其对 OA 的治疗效果。关于外泌体在 OA 中的作用、潜在机制和诊断/治疗应用的研究才刚刚开始,该领域仍有许多问题需要解决。随着技术的进步,我们推测未来基于外泌体的治疗将应用于 OA 患者。

参考文献:
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Kloppenburg, M. & Berenbaum, F. Osteoarthritis year in review 2019: epidemiology and therapy. Osteoarthr. Cartil.28, 242–248 (2020).

发布者:木木夕,转转请注明出处:https://www.cells88.com/lcyj/6935.html

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