外泌体对骨质疏松症调控机制及中药干预作用

牛建明，冯疆鑫，杜志峰

（1.承德医学院研究生院，河北 承德 067000；2.华北理工大学研究生院，河北 唐山 063210；3.承德医学院附属医院中医骨伤科，河北 承德 067000）

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种常见的代谢性骨骼疾病，以骨量减少、骨脆性增加及骨微结构破坏为主要特征[1]。一项针对我国大陆成人的研究发现，在40 岁以上人群中，男性OP 患病率为5.0%，女性为20.6%；男性椎骨骨折患病率为10.5%，女性为9.7%[2]。随着人口老龄化问题持续发展，预计我国OP 患者将继续增加，针对OP 的诊断和治疗显得非常紧迫。近年来，外泌体（exosomes，Exos）受到广泛关注。最新研究表明[3]，Exos 在包括OP 在内的多种生物过程和疾病发展中起重要作用。Exos 是由细胞分泌的小囊泡，可以作为纳米级载体，通过转运关键的蛋白质和遗传物质（如miRNA，mRNA 和DNA 等）参与骨骼微环境的调节和OP 细胞间通讯，对OP 的诊治有重要意义[4]。与传统抗OP药物相比，中药（Chinese herbal medicines，CHM）在防治OP 方面疗效显著且安全性较高，能有效改善患者症状，预防并发症。探讨其机制可能与调控OP相关Exos 有关。本文通过阐述Exos 对OP 的调控机制以及CHM 在治疗OP 中与Exos 之间的联系，希望为OP 的治疗提供新的思路和方法。

1 Exos 构成及功能

Exos 是一种直径在30～150 nm 的小囊泡，是细胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）的亚型，区别于微囊泡（ectosomes）和凋亡小体（apoptotic body）[5]。几乎所有类型的细胞都可以产生并释放Exos。Exos 广泛存在于唾液、血浆、尿液、腹水、母乳和羊水等体液中[6]。Exos 最早被认为是细胞代谢产生的“垃圾”，但最近研究发现，其在人体生理和病理发展过程中充当细胞间通讯和物质交换的媒介，可广泛参与细胞增值与凋亡调控、血管生成、免疫应答、细胞分化、代谢调控等过程[7]。Exos 具有纳米球膜型脂质双分子层结构，内部包裹脂质、蛋白质、DNA、mRNA 和miRNA 等物质[8]。不同Exos 所包含的内容物不同，其内容物可以反映源细胞的状态，因此可以通过检测其内容物含量作为诊断疾病的生物标志物[9]。同时，研究表明[10]，Exos 还具有低免疫原性、稳定性强、安全性高、可穿越屏障等独特优势，可作为递送药物的天然载体。正因为Exos 有上述特征和优势，越来越多的研究将目光聚集在Exos 对OP 的诊治和药物递送的潜力中。

2 Exos 对OP 的调控机制

OP 的关键发病机制为骨稳态遭到破坏。骨稳态即成骨细胞（osteoblast，OB）介导的骨形成和破骨细胞（osteoclast，OC）介导的骨吸收不断作用于骨骼以维持身体骨量的平衡[11]。在此过程中，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、OB、OC 及其他细胞因子等相互影响、相互调节，共同维持骨稳态[12]。Exos 作为细胞间信息的传递者，能促进OP 发病过程中多种相关细胞内生物活性分子的转移，这在OP的诊断和治疗中起关键作用[13]。

2.1 Exos 与MSCs MSCs 具有自我更新及多向分化的潜能，可分化为OB、脂肪细胞、软骨细胞和成纤维细胞等多种细胞类型，在维持骨稳态方面有着重要作用[14]。作为细胞间通讯的信使，Exos 是参与旁分泌的重要介质，用于调节或介导细胞过程。有研究表明[15]，OB 来源Exos（osteoblasts-derived exosomes，OB-Exos）可以通过增强MSCs 中的成骨基因表达来增加成骨分化，建立骨形成的正反馈。骨髓间充质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cell，BMSCs）主要分化为OB 和软骨细胞。Li Z 等[16]研究表明，M2 巨噬细胞衍生的Exos（M2D-Exos）可以通过miR-690/IRS-1/TAZ 轴促进BMSCs 成骨分化并减少脂肪生成。同样，Xiong Y 等[17]通过研究M2D-ExosmiRNA 对BMSCs 分化的影响，发现miR-5106 在M2D-Exos 中高度富集，并且可以转移到BMSCs 中，通过靶向SIK2 和SIK3 基因以诱导体外和体内OB 分化。

由以上研究可知，Exos 可通过不同机制参与调控MSCs 的分化过程并影响其分化结果，进而影响骨稳态的变化，这可能是治疗OP 的潜在方法。

2.2 Exos 与OB 骨骼中大约4%～6%的常驻细胞是OB，这对骨骼的生长和维持至关重要。此外，OB 主要负责骨基质的合成、分泌和矿化，在骨稳态的调节中发挥重要作用[18]。Exos 可以通过调节OB 的增殖和活性来影响骨稳态。不同细胞衍生的Exos 可能对OB 产生不同的影响。Qiu M 等[19]通过研究证实BMSCs来源的Exos（BMSCs-Exos）miR-150-3p 可以通过调节成骨因子Runx2、Osterix、ALP 和骨钙素（osteocalcin）等的表达，进而刺激OB 的增殖和分化。Chen J等[20]发现，在胶原诱导的类风湿性关节炎（RA）小鼠模型中，类风湿性关节炎成纤维细胞样滑膜细胞衍生的Exos（RA-FLSs-Exos）可以被OB 吞噬，并通过上调miR-486-5p 和靶向Tob1 来激活成骨相关的信号通路以促进成骨分化。除了促进作用，Exos 对OB 活性也存在抑制作用。Li D 等[21]发现OC 来源的Exos（osteoclast-derived exosomes，OC-Exos）miR-214-3p 被转移到OB 中，以抑制OB 活性并减少骨形成，抑制OC-Exos 中miR-214-3p 的水平可能是治疗涉及骨形成减少的骨骼疾病的策略。

2.3 Exos 与OC OC 是来源于单核细胞-巨噬细胞系造血祖细胞的多核细胞，是唯一参与生物体中骨组织破坏和再吸收的细胞类型[22]。OC 可以通过吞噬作用吸收Exos，并受Exos 携带的各种内容物的影响。Guo L 等[23]证明乳腺癌细胞来源Exos miR-20a-5p通过靶向SRCIN1 促进OC 的增殖和分化。RANKL是OC 分化所必需的生长因子。最近的体内实验表明，OB 释放的含RANKL 的Exos 可以靶向OC 并刺激OC 形成[24]。Xiao F 等[25]通过研究证明，来自周期性机械拉伸（cyclic mechanical stretch，CMS）处理的BMSCs 来源外泌体（CMS-Exos）通过抑制RANKL诱导的nuclear factor kappa-B（NF-κB）信号通路来抑制OC 分化，并在体内HU 小鼠模型中改善了由去应力负荷引起的OP 症状。Song H 等[26]发现血管内皮细胞衍生Exos（EC-Exos）可以被骨髓衍生的巨噬细胞（bone marrow-derived macrophages，BMM）内化并改变BMM 的形态。外泌体miRNA 的测序结果显示miR-155 在EC-Exos 处理的BMM 中高度表达。阻断BMM miR-155 水平能够解除EC-Exos 对OC 的抑制，证实Exos miR-155 可能具有抗OP 的治疗潜力。

综上所述，不同细胞来源Exos 可以通过不同机制和信号通路调控MSCs、OB、OC 等细胞的增殖、分化和成熟，从而促进或抑制骨形成和骨吸收，在骨稳态中发挥了重要作用，通过Exos 治疗OP 拥有广阔前景。此外，Exos 内容物可以反映出源细胞及其微环境的状态[27]，因此可以将Exos 用作OP 诊断和预后的生物标志物。如Zhang Y 等[28]通过研究证明，与对照组相比，OP 组中血浆Exos tRF-25-R9ODMJ6B26（tRF-25），tRF -38 -QB1MK8YUBS68BFD2（tRF-38），tRF-18-BS68BFD2（tRF-18）的表达较高，提示血浆Exos 中tRF-25，tRF-38 和tRF-18 可能作为诊断OP 新的血清学生物标志物。还有研究发现[29]，过度表达miR-424-5p 的Exos 可以通过WIF1/Wnt/β-catenin轴减弱成骨分化，这表明miR-424-5p 可能作为治疗OP 的新生物标志物。虽然目前将Exos 用作OP生物标志物的研究技术不完善且研究数量相对缺乏，但Exos 的特征决定了它们适合作为疾病诊治的生物标志物，将Exos 作为OP 诊断及预后的生物标志物具有很高的研究价值。

3 CHM 干预Exos 治疗OP

CHM 治疗在我国防治疾病、保障人民健康中发挥着重要作用。现代研究表明[30]，多组分、多途径、多靶点的作用模式是CHM 防病治病的特色优势，尤其在治疗OP 等复杂性疾病方面有独特疗效。在CHM 治疗的发展过程中，使用单一CHM 是原始治疗形式，CHM 配方通过在单一CHM 中加入一种或多种CHM 逐渐发展完善。随着药理学的进步，针对CHM 生物活性成分的研究越来越受到重视，无论哪种CHM 治疗方式都有其独特优势。近年来，CHM 干预Exos 治疗OP 的研究不断出现，从微观的角度证明CHM 对OP 的治疗与Exos 有明确联系。此外，Exos 作为药物载体，具有低免疫原性，高稳定性、高靶向性等优势，能有效弥补CHM 溶解度低、药物活性稳定性差等缺点。通过Exos 将CHM 有效成分精确输送至靶细胞，发挥更高效的作用，对于OP 的治疗具有重大意义。

3.1 淫羊藿苷 淫羊藿苷（Icaritin，ICA）是淫羊藿的主要活性成分，具有补肾壮阳、促进骨代谢等功效。杨傲飞[31]通过研究发现，ICA 可以通过调控miR-122-5p 对BMSCs 的成骨分化、迁移发生起促进作用，同时还发现，OB-Exos 的作用靶点为miR-122-5p，OB-Exos 联合ICA 对BMSCs 的成骨分化、迁移发生具有更明显的促进作用。此外，ICA 还可以将Exos作为载体对骨稳态进行调控。Dong M 等[32]研究发现，与单独使用ICA 相比，使用胎牛血清（FBS）Exos携带ICA（FBS Exo-Ica）在促进OB 的增殖和骨再生方面具有更高效的作用，对改善OP 有指导意义。

3.2 牛膝醇提物 牛膝醇提物是牛膝有效成分的浓缩物，具有促进软骨修复的功能。Exos 可以调节BMSCs 的成骨分化能力。马笃军等[33]用牛膝醇提物含药血清培养BMSCs-Exos 对OA 模型兔进行干预，发现其对OA 模型兔关节局部骨组织超微结构的影响表现在对骨小梁的形态进行了重建，并且显著提高了骨量。此外通过干预NLRP3/Caspase-1/Toll4/NF-κB 这一炎症通路，改善了OA 模型兔的炎症状态，从而降低了软骨细胞凋亡及减缓软骨退变。

3.3 异补骨脂素 补骨脂具有抗OP 的作用，其中有效成分异补骨脂素（Isopsoralen，IP）可加快骨细胞增殖，促进骨形成。王剑等[34]通过研究中药干预后的骨代谢相关细胞外泌体变化以及对成骨分化的影响，发现IP 干预后BMSCs-Exos 调控MC3T3-E1 成骨分化现象显著，尤其可加快成骨分化相关基因ALP、OPG、BMP2 的表达，对OP 的治疗具有推动作用。

3.4 龟鹿二仙胶 龟鹿二仙胶为补肾名方，具有滋阴填精，益气壮阳之功效，可有效缓解OP 患者的症状。Exos 可以包裹并传递信号分子，是OB-OC 间交互的主要中介因素。司誉豪[35]发现，龟鹿二仙胶可通过OB-Exos 在动物体的细胞水平上发挥抗OP 作用，其机制可能与上调TGF-β/Smads 信号通路中Smad3 与TGF-β 以及抑制RANK/RANKL/OPG 中NFATc1 等转录和破骨特异因子有关，继而双向平衡OB-OC 之间的耦联，改善骨代谢、微观结构及生物力学性能。

3.5 温肾通络止痛方 温肾通络止痛方可改善骨、脂代谢，延缓OP 进程。王礼宁[36]研究发现，脂肪细胞（Adipocyte）来源Exos 可通过其携带的效应miRNA-122-5p 调控SPRY2 介导的MAPK 信号通路，进而影响骨髓内BMSCs 的成骨与成脂分化，最终调节骨脂平衡。而温肾通络止痛方可促进脂肪细胞分泌Exos，并通过上述过程发挥抗OP 效应。

4 总结与展望

Exos 作为细胞间通讯的重要信息载体，在OP发病过程中发挥着重要作用。Exos 因其内容物与源细胞息息相关，其既可以作为OP 诊断和预后的生物标志物，也可以对OP 过程进行调控。但不同Exos对骨稳态的调控具有双向作用，其具体促进还是抑制OP 发展仍需要行进一步探索。CHM 在我国已经应用数千年，在中医基础理论的指导下，CHM 可通过多途径、多靶点对骨稳态相关靶细胞进行调控，在治疗OP 方面具有独特优势。无论是CHM 干预Exos的调控作用还是将Exos 作为CHM 载体，二者联合将在OP 的治疗领域大有可为。不过目前CHM 干预Exos 防治OP 的研究仍处于初始阶段，需要更深入的了解Exos 在OP 过程中的作用机制及其对CHM有效成分的加载机制，以便发挥更大作用。不过可以预见的是，以CHM 为突破点，通过Exos 诊治OP作为新的医学方式，具有重要的应用价值，未来可能成为OP 的现实临床疗法。