间充质干细胞源性微囊泡在关节软骨损伤修复中的应用

杨坤，向川

(山西医科大学第二医院骨科，山西 太原 030001)

间充质干细胞源性微囊泡在关节软骨损伤修复中的应用

杨坤，向川*

(山西医科大学第二医院骨科，山西 太原 030001)

微囊泡(microvesicles，MVs)是机体细胞在生理和病理状态下释放的直径在30～1 000nm之间的微小囊泡[1]。1967年，Wolf在血液系统中发现并首次报道了MVs，当时仅被看作细胞活化或损伤的标志物。近年来，随着研究的深入，MVs的损伤修复功能逐渐引起了人们的重视。

1 微囊泡的生物学特性

近年来，研究证实多种细胞均可以产生MVs，并且无论其细胞起源或分类(例如，外切体、细胞微粒等)，这些MVs均包含母体细胞大量的生物活性分子(蛋白质、脂质、mRNA、microRNA及siRNA等)，继而运输到相应的靶细胞调节其生理功能(包括促进细胞增殖及存活等)[2]。研究表明MVs可能主要通过直接膜性融合、粘附分子(如L1、CD44)或信号分子(如整合素)等方式与其他细胞相互作用。目前，MVs已被普遍认为是细胞间传递生物学信息的新途径[3]，并参与机体多种病理生理反应。

2 间充质干细胞源性微囊泡(marrow stem cell-derived microvesicles，MSCs-MVs)在组织修复中的研究进展

目前，研究者已从MSCs中分离出MVs(MSCs-MVs)，动物实验证实MSCs-MVs在不同受损组织中的修复能力。在肾脏损伤修复领域，研究者将MSCs-MVs与肾小管上皮细胞共培养，观察到MSCs-MVs融入肾小管上皮细胞并发挥促进细胞增殖、提高细胞活性的作用，进而研究人员对甘油诱导的急性肾小管损伤[4]、缺血再灌注诱导的急慢性肾损伤[5]、顺铂诱导的致死性急性肾损伤[6]、残肾动物模型[7]经静脉注射MSCs-MVs，证实MSCs-MVs可显著恢复受损肾组织的组织学特征，明显改善肾脏功能，提高模型动物的存活率，并且这种作用在MSCs-MVs以较大剂量(或重复)应用时更明显。在肝脏损伤修复中，MSCs-MVs发挥的作用亦被证实。Herrera等[8]将肝脏干细胞来源的MVs(liver stem cells-derived microvesicles，LSCs-MVs)与肝细胞共培养，发现LSCs-MVs可促进肝细胞增殖，而较大剂量的LSCs-MVs可显著抑制氨基半乳糖诱导的肝细胞凋亡；将LSCs-MVs经静脉注射入70%肝切除的大鼠模型体内，结果同样显示LSCs-MVs可显著减少肝细胞凋亡，促进肝脏再生。MSCs-MVs在呼吸、循环、生殖等系统所发挥的组织修复作用亦有文献报道。Zhu等[9]研究发现，人源性MSCs-MVs对大肠杆菌内毒素诱导的急性肺损伤小鼠具有一定治疗作用，可减轻肺水肿及肺泡蛋白的渗出。Zhang等[10]发现人源性脐带MSCs-MVs可促进人类UC内皮细胞增殖，刺激血管生成，且效应呈剂量依赖性。Mokarizadeh等[11]利用Wistar大鼠研究了MSCs-MVs在生殖领域的功能，发现MSCs-MVs可提高冻存精子的质量参数和黏合性能，部分修复了冻存对精子活力带来的负面影响。王喜梅[12]则对MVs的相关研究做了相对系统的介绍，认为MSCs-MVs的组织修复作用，可能是其主导的mRNA或蛋白质转移诱导了成熟细胞的再分化，触发了增殖程序，从而加快了损伤组织的修复进程。

此外，Kim等[13]对MSCs-MVs进行蛋白组学分析，发现多组与MSCs自我更新及细胞分化相关蛋白，其中包括表面受体(PDGFRB、EGFR及PLAUR)、信号分子(RRAS/NRAS、MAPK1、GNA13/GNG12、CDC42及VAV2)、细胞粘附素(FN1、EZR、IQGAPI、CD47、整合素)及MSCs相关抗原(CD9、CD63、CD81、CD109、CD151、CD248、CD276)等，此研究为更好地理解MSCs-MVs的组织损伤修复及再生潜能提供了较为全面的分子学基础。

3 MSCs-MVs在组织修复中的优势

近年来，MSCs的修复再生作用已被普遍认可。然而，亦有研究表明MSCs具有免疫调节的双重性质，一方面具有免疫抑制功能[14]，另一方面又可能充当抗原提呈细胞，诱发免疫反应[15]。此外，MSCs已被发现广泛存在于一些肿瘤组织中(如胃腺癌、脂肪瘤、骨肉瘤)[16]，还有学者推测MSCs是成纤维细胞相关肿瘤的潜在来源[17]，从而高度怀疑MSCs与这些肿瘤的相关性。这些信息都暗示MSCs可能在肿瘤的发展过程中发挥着某种尚不清楚的作用，应用MSCs进行组织修复必须慎重。

相较于MSCs在组织修复领域所表现出的不确定性，MSCs-MVs则被证实可以诱导抗炎因子产生、抑制同体或异体淋巴细胞增殖、诱导活化T细胞凋亡及增加调节性T细胞的比例，从而可能避免和抑制自身免疫性反应[18]。Bruno等[19]发现人源性MSCs-MVs可以抑制HepG2肝细胞瘤、卡波西氏肉瘤及Skov-3卵巢肿瘤细胞系的分裂周期进程，诱导上述肿瘤细胞凋亡。Wu等[20]也发现人源性脐带MSCs-MVs能够抑制膀胱肿瘤T24细胞的增殖活性，诱导细胞凋亡，抑制肿瘤生长。其他研究也表明，MSCs-MVs较MSCs具有以下优点：a)性质更稳定，便于贮存[21]；b)诱导信号更强烈，信息传递能力更强[22]；c)功能不随时间延长而衰减[23]；d)无异源性风险，无同种异源应用之后的免疫反应[4]。因此，相比MSCs而言，应用MSCs-MVs进行组织损伤修复应该具有更广阔的前景。

4 MSCs-MVs修复软骨损伤的设想

4.1 软骨损伤及其治疗现状 软骨损伤是一种由创伤或活动过度导致的常见关节疾病。由于关节软骨的特殊结构，其自身修复能力有限，损伤后如不经治疗，常可引发各种关节疾病，并最终导致骨关节炎(osteoarthritis，OA)的发生，严重影响患者生活质量。正常软骨组织在急性或重复性创伤(包括过度的冲击负荷)作用下即可导致关节软骨基质发生变化，即蛋白多糖(proteoglycans，PG)含量减少和胶原纤维网络(其中Ⅱ型胶原约占80%～90%)发生破坏，软骨细胞表型去分化。因此，软骨损伤修复的关键在于促进受损区域软骨细胞表型恢复、增加软骨细胞增殖及基质合成。

目前软骨损伤修复的方法很多，包括药物治疗、关节灌洗清理、软骨下骨微骨折、软骨下骨钻孔、骨软骨移植、软骨细胞移植、MSCs移植等技术和方法。前几种方法仅能减轻疼痛、缓解症状，难以恢复正常软骨组织形态，经多年临床应用，疗效欠佳。此外，虽有研究显示MSCs移植在骨修复再生[24]及软骨损伤修复[25]中具有积极作用，但其作用效果的不确定性亦为人担忧。基于此，探求一种新的安全有效的软骨修复方法就具有重要的现实意义。

4.2 MSCs-MVs可能是修复软骨损伤的新途径 MSCs长期被认为是通过其多向分化潜能来修复组织损伤，但近来更倾向于认为MSCs的修复机制可能是一种间接的、依赖于旁分泌途径的方式，而MSCs-MVs很可能就是其中关键的作用组件。Strassburg等[26]研究了MSCs和退化髓核细胞间的相互作用，发现两者之间存在膜成分的双向交换，MVs在其中扮演重要角色。Diao等[27]将人源MSCs与OA软骨细胞共培养，发现可部分恢复OA软骨细胞的表型，这提示MSCs是通过旁分泌途径发挥损伤修复功能。然而这种发挥软骨损伤修复作用的旁分泌物质是否为MVs，未见文献报道。

目前已知，关节软骨受损时，基质退变、软骨细胞凋亡与NF-κB及MAPKs信号转导通路有密切关系，主要涉及靶基因 (抗凋亡基因bcl-2或促凋亡基因P53等)及凋亡执行蛋白(Casp3等)的激活。而Bruno等[6]研究发现，致死性急性肾损伤模型小鼠在注射MSCs-MVs后生存率明显提高，经检测发现肾小管上皮细胞抗凋亡基因(bcl-2、Bcl-χL)表达上调，同时执行凋亡程序的基因(Casp3、8)表达下调。因此，作者认为MSCs-MVs或许可以通过相似的作用途径提高受损软骨细胞活性，修复关节软骨损伤。 由上述可知，MSCs-MVs既保留了MSCs的结构和功能潜能，又具有MSCs所不具备的优势，有理由推测，MSCs-MVs将成为软骨损伤修复领域新的切入点。因此，笔者认为此方向的探索研究具有一定实践意义。利用MSCs-MVs对受损软骨细胞、软骨组织进行干预，如能够证实MSCs-MVs对软骨细胞增殖、表型恢复、软骨基质合成等具有促进作用，那么将来关节腔注射MSCs-MVs有望成为有效修复关节软骨损伤的新手段。目前，这仅仅是一种设想，究竟MSCs-MVs能否发挥关节软骨损伤修复的作用？与其他修复手段相比，MSCs-MVs修复效果如何？这些问题尚需经过系统研究后才能作出回答。

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国家自然科学基金项目(81472091)；*本文通讯作者：向川

1008-5572(2015)01-0059-03

R873

A

2014-09-16

杨坤(1987- )，男，研究生在读，山西医科大学第二医院骨科，030001。