田大川，李海樂(lè)，肖大偉，周山健，蘇永蔚，劉丹平，綦　惠

(1.錦州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)科，遼寧 錦州 121000; 2.河南省漯河市中心醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河南 漯河 462000；3.北京市創(chuàng)傷骨科研究所，北京 100035)

骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)終末期往往造成關(guān)節(jié)缺損且易累及軟骨下骨，主要表現(xiàn)為軟骨組織退變，其發(fā)病機(jī)制尚不明確[1]。由于關(guān)節(jié)軟骨本身缺乏血供，因此關(guān)節(jié)軟骨組織發(fā)生損傷后依靠自體修復(fù)的能力有限[2]。近年來(lái)，組織工程技術(shù)為軟骨缺損修復(fù)提供了新途徑，軟骨再生支架材料的應(yīng)用現(xiàn)已成為軟骨再生領(lǐng)域的熱點(diǎn)[3]。OA患者的軟骨組織處在低氧和炎癥的環(huán)境中，研究[4]顯示：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)來(lái)源的外泌體在炎癥抑制方面有顯著作用。外泌體是真核細(xì)胞內(nèi)多泡體與來(lái)源細(xì)胞膜融合后分泌到細(xì)胞外的膜性小囊泡，直徑為60～100 nm，表面富含膽固醇、神經(jīng)鞘磷脂和神經(jīng)酰胺等脂類(lèi)物質(zhì)，其內(nèi)載有蛋白質(zhì)、mRNA和microRNA 等生物信息，在細(xì)胞微環(huán)境中發(fā)揮重要作用。實(shí)驗(yàn)[5-6]證實(shí)：突變型低氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)可以誘導(dǎo)BMSCs向軟骨細(xì)胞方向分化，生理狀態(tài)下表達(dá)的HIF-1α在常氧狀態(tài)下容易降解，要在軟骨缺損處有穩(wěn)定表達(dá)，必須有在常氧狀態(tài)下不易被降解的活性HIF-1α存在，在此基礎(chǔ)上通過(guò)使基因三點(diǎn)突變而產(chǎn)生一種在常氧下不易降解的HIF-1α。但是并無(wú)聯(lián)合應(yīng)用軟骨再生支架與突變型HIF-1α修飾的BMSCs分泌的外泌體(BMSCs-ExoMU)能更有效促進(jìn)晚期軟骨缺損修復(fù)的相關(guān)報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)聯(lián)合應(yīng)用真皮來(lái)源的軟骨再生支架和BMSCs-ExoMU共同作用于打破兔膝關(guān)節(jié)軟骨下骨的動(dòng)物模型，探討軟骨再生支架聯(lián)合BMSCs-ExoMU對(duì)晚期軟骨缺損修復(fù)的作用機(jī)制，并將在細(xì)胞水平上探討在白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)誘導(dǎo)的炎癥環(huán)境中BMSCs-ExoMU對(duì)軟骨細(xì)胞的作用機(jī)制。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、主要試劑和儀器

4周齡清潔級(jí)新西蘭兔6只，用于制備軟骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞；2個(gè)月齡清潔級(jí)新西蘭兔12只，用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)兔均由錦州醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供，動(dòng)物合格證號(hào)：SCXK(遼)2014-0004。表達(dá)人突變型HIF-1α的重組腺病毒[ad-HIF-1α，含綠色熒光蛋白(GFP)基因](上海吉?jiǎng)P基因化學(xué)技術(shù)有限公司),胰蛋白酶、小牛血清和DMEM/F12培養(yǎng)基(美國(guó)Gibco公司)，兔抗AKT、p-AKT、p-ERK、p38、p-p38抗體和鼠抗ERK抗體及二抗(英國(guó)Abcam公司)，兔Ⅱ型膠原酶、白細(xì)胞介素1-β和細(xì)胞膜紅色熒光探針(Dil)(美國(guó)Sigma-Aldrich公司)，HE、蕃紅O、油紅O、阿爾新藍(lán)、茜素紅染色試劑盒和兔間充質(zhì)干細(xì)胞成脂肪、成骨誘導(dǎo)液(北京索萊寶生物科技有限公司)，軟骨再生支架(北京積水潭醫(yī)院組織工程研究所)。超速離心機(jī)(日本Olympus公司)，凝膠成像儀和凝膠成像分析儀ChemiDocMP(美國(guó)Bio-Rad公司)，凝膠電泳裝置JM-250(大連邁捷科貿(mào)有限公司)，正置顯微鏡和倒置熒光顯微鏡(德國(guó)Leica公司)。

1.2細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞轉(zhuǎn)染和鑒定

軟骨細(xì)胞提?。簩?周齡新西蘭兔處死，取雙側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨組織，消毒后轉(zhuǎn)移入超凈臺(tái)內(nèi)，剪碎軟骨組織成1 mm×1 mm×1 mm小塊置于離心管中室溫400 g離心5 min，去上清，加入胰酶置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中，30 min后400 g離心，棄上清，冷PBS清洗后加入0.2%Ⅱ型膠原酶，置于細(xì)胞培養(yǎng)箱，30 min后取出，室溫400 g離心5 min，去上清，加入膠原酶并置于培養(yǎng)箱，分別在4、8和12 h收集上清100 g離心5 min，并用8 mL含15%小牛血清的DMEM/F12完全培養(yǎng)基沖懸，接種于培養(yǎng)皿中置于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)，每2 d換液1次，待細(xì)胞穩(wěn)定增殖后進(jìn)行阿爾新藍(lán)染色，倒置顯微鏡下觀(guān)察被染軟骨細(xì)胞。BMSCs提?。悍蛛x兔后肢股骨和脛骨于潔凈培養(yǎng)皿中，消毒后移入超凈臺(tái)并加入冷PBS浸泡，切斷股骨和脛骨兩端，用10 mL完全培養(yǎng)基沖洗骨髓腔直至骨頭變白。得到混合液接種于培養(yǎng)皿中，置于37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)，每2 d換液1次。待細(xì)胞長(zhǎng)滿(mǎn)皿底80%時(shí)，胰酶消化離心，1∶2傳代，取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再對(duì)第3代BMSCs經(jīng)成脂肪和成骨方向誘導(dǎo)并進(jìn)行油紅O與茜素紅染色，倒置顯微鏡下觀(guān)察被染細(xì)胞。BMSCs鑒定完成后，取第3代BMSCs為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，長(zhǎng)至培養(yǎng)皿底面積的80%時(shí)計(jì)數(shù)，接種于6孔板內(nèi)(3×106個(gè)/孔)，待細(xì)胞穩(wěn)定增殖后，將感染復(fù)數(shù)(multiply of infection，MOI)值為150的ad-HIF-1α加入到6孔板中，24 h后倒置熒光顯微鏡下觀(guān)察BMSCs內(nèi)GFP的表達(dá)。

1.3提取外泌體

上述傳代生長(zhǎng)的BMSCs與突變型HIF-1α修飾的BMSCs長(zhǎng)至培養(yǎng)皿底面積約90%，棄培養(yǎng)液，PBS沖洗3次，加入含1%青鏈霉素DMEM/F12無(wú)血清培養(yǎng)基，培養(yǎng)24 h后收集條件培養(yǎng)液于4℃保存。收集細(xì)胞條件培養(yǎng)液至300 mL后超速離心機(jī)梯度離心。首先300 g、4℃離心15 min去除殘余細(xì)胞；然后2 000 g、4℃離心15 min再次去除細(xì)胞；10 000 g離心30 min去除細(xì)胞碎片；上清液用0.22 μm過(guò)濾器濾過(guò)并100 000 g離心1 h，去上清后用PBS清洗1次后再次100 000 g離心1 h，去上清并用100 μL PBS沖懸，參照相關(guān)文獻(xiàn)[4]，BCA法測(cè)定外泌體水平。4℃保存1周或-20℃低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4外泌體形態(tài)觀(guān)察及鑒定

1.4.1透射電鏡觀(guān)察滴10 μL外泌體懸液于載樣銅網(wǎng)上，室溫靜置使樣本干透，透射電鏡下觀(guān)察外泌體形態(tài)特征。

1.4.2 Western blotting 法檢測(cè)外泌體表面特異性蛋白的表達(dá)收集野生型HIF-1α和突變型HIF-1α修飾的BMSCs來(lái)源的條件培養(yǎng)基各300 mL，梯度超速離心得到的外泌體用100 μL PBS沖懸，采用Western blotting法檢測(cè)外泌體特異性表面蛋白CD63和CD81表達(dá)。

1.5熒光顯微鏡下觀(guān)察軟骨細(xì)胞在體外攝取外泌體

將Dil工作液分別加入至含有10 μL(1 μg· μL-1)BMSCs-ExoWT和BMSCs-ExoMUEP管(1.5 mL)中并置于37℃、5%CO2孵箱30 min，再100 000 g離心1 h，棄上清并用PBS沖洗1次，再100 000 g離心1 h，棄上清并用20 μL PBS沖懸。將懸液加入至軟骨細(xì)胞不含血清的培養(yǎng)基中并放入37℃、5%CO2孵箱2、4和8 h，采用熒光顯微鏡下觀(guān)察軟骨細(xì)胞攝取外泌體。

1.6Western blotting法檢測(cè)在IL-1β介導(dǎo)的炎癥環(huán)境中軟骨細(xì)胞中p38、p-p38、AKT、p-AKT、ERK和p-ERK蛋白表達(dá)

常規(guī)胰酶消化第3代軟骨細(xì)胞，吹打均勻接種至6孔板中，待細(xì)胞在孔中穩(wěn)定增殖后，棄上清，用PBS沖洗3次，去除PBS后每孔分別加入1 mL(不含IL-1β和外泌體、含有10 μg·L-1IL-1β、含有10 μg·L-1IL-1β+80 mg·L-1BMSCs-ExoWT、含有10 μg·L-1IL-1β+80 mg·L-1BMSCs-ExoMU)DMEM/F12無(wú)血清培養(yǎng)基，分別作為空白組、炎癥組、BMSCs-ExoWT組和BMSCs-ExoMU組。置于細(xì)胞培養(yǎng)箱，24 h后收集細(xì)胞，加入裂解液后提取總蛋白，BCA法檢測(cè)蛋白水平。SDS-PAGE凝膠分離細(xì)胞蛋白，并轉(zhuǎn)至PVDF膜，室溫下5%的BSA封閉90 min后，按預(yù)染Marker剪裁轉(zhuǎn)印膜，分別加入單克隆抗體4℃搖床過(guò)夜。次日TBST洗脫3次，加入二抗室溫孵育1 h，再次洗脫3次后ECL法顯影。所得結(jié)果采用Image-J進(jìn)行分析，計(jì)算軟骨細(xì)胞中p38、p-p38、AKT、p-AKT、ERK和p-ERK表達(dá)水平。

1.7Hoechst33342染色法在熒光顯微鏡下檢測(cè)軟骨細(xì)胞凋亡小體

胰酶消化對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)的第3代軟骨細(xì)胞，吹打均勻并接種至6孔板，待細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)穩(wěn)定后，棄上清，用PBS沖洗3次，去除PBS后每孔分別加入1 mL(不含IL-1β和外泌體、含有10 μg·L-1IL-1β、含有10 μg·L-1IL-1β+80 mg·L-1BMSCs-ExoWT、含有10 μg·L-1IL-1β+80 mg·L-1BMSCs-ExoMU)DMEM/F12無(wú)血清培養(yǎng)基，分別為空白組、炎癥組、BMSCs-ExoWT組和BMSCs-ExoMU組。置于37℃、5%CO2孵箱，培養(yǎng)24 h后進(jìn)行Hoechst33342染色，熒光顯微鏡下觀(guān)察各組細(xì)胞內(nèi)凋亡小體數(shù)目。

1.8動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

1.8.1細(xì)胞/軟骨再生支架體外培養(yǎng)上述傳代生長(zhǎng)的BMSCs與BMSCsMU，長(zhǎng)至約為培養(yǎng)皿底面積65%時(shí)，棄培養(yǎng)液，PBS沖洗1次，常規(guī)胰酶消化制備細(xì)胞懸液2 mL，密度為5×107mL-1，將軟骨支架放置于6 cm培養(yǎng)皿中并加入細(xì)胞懸液，移至37℃、5%CO2孵箱培養(yǎng)5 h后，加入7 mL DMEM/F12完全培養(yǎng)基，48 h后掃描電鏡下觀(guān)察軟骨再生支架上BMSCs黏附情況。

1.8.2 造模實(shí)驗(yàn)兔耳緣靜脈注射10%水合氯醛進(jìn)行麻醉，把手術(shù)區(qū)域周?chē)陜?，碘伏消毒，常?guī)鋪巾。將兔右后肢膝關(guān)節(jié)縱行切開(kāi)皮膚及關(guān)節(jié)腔，用手搖鉆在股骨髁間受力處鉆一直徑為6 mm深達(dá)軟骨下骨的圓形孔洞，造成晚期膝關(guān)節(jié)軟骨缺損的動(dòng)物模型。造模后將12只實(shí)驗(yàn)兔隨機(jī)分為4組：空白組(注射500 μL生理鹽水于關(guān)節(jié)腔內(nèi))、支架組(注射500 μL生理鹽水并在缺損處填充軟骨支架)、支架+BMSCs-ExoWT組(注射500 μL濃度為20 mg·L-1的BMSCs-ExoWT并填充軟骨支架)和支架+BMSCs-ExoMU組(注射500 μL濃度為20 mg·L-1的BMSCs-ExoMU并填充軟骨支架)。術(shù)后6周處死實(shí)驗(yàn)兔并取材，觀(guān)察軟骨缺損愈合程度。

1.8.3軟骨缺損修復(fù)的組織學(xué)觀(guān)察對(duì)各組膝關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行大體形態(tài)觀(guān)察，軟骨標(biāo)本經(jīng)10%多聚甲醛固定、10%乙二胺四乙酸脫鈣4周、石蠟包埋、切片(2～5 μm)后進(jìn)行HE和蕃紅O染色，鏡下觀(guān)察軟骨修復(fù)程度。

1.9統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2　結(jié)　果

2.1細(xì)胞轉(zhuǎn)染與鑒定

BMSCs經(jīng)成骨誘導(dǎo)后茜素紅染色鏡下觀(guān)察：部分細(xì)胞內(nèi)鈣結(jié)節(jié)被染成紅色；BMSCs經(jīng)成脂肪誘導(dǎo)后油紅O染色鏡下觀(guān)察：部分細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)被染橘紅色脂肪滴。軟骨細(xì)胞阿爾新蘭染色鏡下觀(guān)察：細(xì)胞呈淡藍(lán)色。BMSCs轉(zhuǎn)染4 h后熒光顯微鏡下觀(guān)察：細(xì)胞內(nèi)有GFP表達(dá)。見(jiàn)圖1(插頁(yè)一)。

2.2外泌體鑒定

透射電鏡下觀(guān)察收集的外泌體，其形態(tài)多為近圓形，有完整膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)有低電子密度小顆粒(圖2A)。Western blotting 法結(jié)果顯示: BMSCs-ExoWT和BMSCs-ExoMU均表達(dá)了外泌體表面特異性分子標(biāo)志物CD63和CD81(圖2B)。

2.3軟骨細(xì)胞對(duì)外泌體的攝取

采用細(xì)胞膜紅色熒光探針(Dil)標(biāo)記的外泌體與軟骨細(xì)胞共孵育2、4和8 h后，熒光顯微鏡下可以觀(guān)察到軟骨細(xì)胞膜表面存在紅色熒光點(diǎn)，且隨著時(shí)間延長(zhǎng)細(xì)胞表面熒光強(qiáng)度增加，可以進(jìn)一步證明外泌體被軟骨細(xì)胞所攝取。見(jiàn)圖3(插頁(yè)一)。

2.4各組軟骨細(xì)胞p38、p-p38、AKT、p-AKT、ERK1/2和p-ERK1/2表達(dá)水平

與空白組比較，炎癥組p-AKT水平降低(P<0.05)，p-p38和p-ERK水平升高(P<0.05)。與炎癥組比較，BMSCs-ExoWT組p-AKT水平升高(P<0.05)，p-p38和p-ERK水平降低(P<0.05)；BMSCs-ExoMU組p-AKT水平明顯升高(P<0.05)，p-p38和p-ERK水平明顯降低(P<0.05)。與BMSCs-ExoWT組比較，BMSCs-ExoMU組p-AKT水平升高(P<0.05)，p-p38和p-ERK水平降低(P<0.05)。見(jiàn)圖4和表1。

A: Morphology of exosome under transmission electron microscope(×40 000); B: Detection of CD63 and CD81 by Western blotting method;Lane 1: BMSCs-ExoMU; Lane 2: BMSCs-ExoWT.

圖2外泌體的鑒定

Fig.2Identification of exosomes

Lane 1: Blank group; Lane 2: Inflammation group;Lane 3: BMSCs-ExoMUgroup; Lane 4:BMSCs-ExoWTgroup.

圖4各組軟骨細(xì)胞中AKT、p-AKT、p38、p-p38、ERK1/2和p-ERK1/2蛋白表達(dá)電泳圖

Fig.4Electrophoregram of expressions of AKT,p-AKT,p38,p-p38,ERK1/2 and p-ERK1/2 proteins in chondrocytes in various groups

2.5各組軟骨細(xì)胞中凋亡小體的分布

與空白組(2.300±0.949)比較，炎癥組(31.800±4.984)軟骨細(xì)胞核內(nèi)凋亡小體明顯增多

表1各組軟骨細(xì)胞中蛋白的相對(duì)表達(dá)水平

Groupp?AKT/β?actinp?ERK1/2/β?actinp?p38/β?actinBlank0．627±0．0620．580±0．0120．489±0．019Inflammation0．601±0．058?1．579±0．024?0．628±0．016?BMSCs?ExoWT0．754±0．531△1．023±0．049△0．547±0．014△BMSCs?ExoMU1．244±0．060△#0．478±0．020△#0．224±0．038△#

*P<0.05 compared with blank group;△P<0.05 compared with inflammation group;#P<0.05 compared with BMSCs-ExoWTgroup.

(P<0.01)；與炎癥組比較，BMSCs-ExoWT組(11.700±2.584)和BMSCs-ExoMU組(3.900±1.524)凋亡小體明顯減少(P<0.01)，且BMSCs-ExoMU組凋亡小體最少。見(jiàn)圖5(插頁(yè)一)。

2.6BMSCs與軟骨再生支架的共培養(yǎng)

BMSCs與軟骨再生支架共培養(yǎng)后，BMSCs已滲入軟骨再生支架;BMSCs與軟骨再生支架共培養(yǎng)48 h后，BMSCs穩(wěn)定黏附在軟骨支架孔隙中。見(jiàn)圖6。

2.7各組實(shí)驗(yàn)兔關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)情況

2.7.1 大體形態(tài)空白組缺損面積較大，未能與正常軟骨組織緊密結(jié)合，缺損處與周?chē)浌墙M織界限明顯，缺損周?chē)植冢恢Ъ芙M軟骨缺損面積較大，缺損處與正常軟骨組織未能緊密結(jié)合，缺損處與周?chē)浌墙M織界限明顯，缺損深度稍變淺；支架+BMSCs-ExoWT組缺損處有少量修復(fù)組織填充，軟骨缺損面積較前減小，部分軟骨缺損邊際與正常軟骨緊密結(jié)合，深度變淺，表面較前明顯光滑；支架+BMSCs-ExoMU組缺損處被修復(fù)組織填充明顯，富有彈性，缺損面積明顯變小，深度明顯變淺，表面光滑。見(jiàn)圖7(插頁(yè)一)。

圖6BMSCs與軟骨再生支架共培養(yǎng)的肉眼(A)和掃描電鏡(B)觀(guān)察(Bar=50 μm)

Fig.6Observation of co-culture of cartilage regenerated scaffold with BMSCs by naked eye (A) and SEM (B) (Bar=50 μm)

2.7.2HE染色觀(guān)察軟骨組織學(xué)形態(tài)空白組軟骨表面褶皺粗糙，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，潮線(xiàn)破壞，邊緣骨贅形成，軟骨損傷修復(fù)效果較差；支架組軟骨表面不平，潮線(xiàn)尚完整，局部可見(jiàn)軟骨細(xì)胞增生；支架+BMSCs-ExoWT組軟骨表面部分區(qū)域平滑，軟骨細(xì)胞增生明顯，缺損修復(fù)較好；支架+BMSCs-ExoMU組缺損處表面光滑，與周?chē)浌墙Y(jié)合較好，細(xì)胞排列整齊，缺損處修復(fù)效果明顯。見(jiàn)圖8(插頁(yè)一)。

2.7.3蕃紅O-固綠染色觀(guān)察軟骨組織學(xué)空白組軟骨缺損處有薄層纖維組織填充，軟骨細(xì)胞極少，有較多成纖維細(xì)胞，缺損修復(fù)較差；支架組未見(jiàn)潮線(xiàn)形成，有少量軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)，可見(jiàn)少量軟骨基質(zhì)，缺損修復(fù)較差；支架+BMSCs-ExoWT組軟骨基質(zhì)較多，軟骨細(xì)胞數(shù)量較多，部分細(xì)胞體積較小，缺損修復(fù)較好；支架+BMSCs-ExoMU組軟骨細(xì)胞基質(zhì)豐富，材料與周?chē)M織結(jié)合較好，細(xì)胞分化良好，形態(tài)類(lèi)似正常軟骨細(xì)胞，缺損修復(fù)明顯。見(jiàn)圖9(插頁(yè)一)。

3　討　論

關(guān)節(jié)軟骨損傷和損傷后導(dǎo)致的蛻變是骨科常見(jiàn)的疾病。由于軟骨本身再生能力有限，面積較大的軟骨損傷或缺損很難自行修復(fù)。因此，研究促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨缺損再生的方法很有現(xiàn)實(shí)意義。

研究[7-8]顯示：外泌體在炎癥抑制過(guò)程中有顯著作用，并且可以促進(jìn)OA患者關(guān)節(jié)軟骨缺損的修復(fù)。研究[9-10]顯示：HIF-1α在軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)和分化過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,當(dāng)軟骨缺乏HIF-1α蛋白時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量軟骨細(xì)胞死亡現(xiàn)象。但生理狀態(tài)下表達(dá)的HIF-1α在常氧狀態(tài)下容易降解，在此基礎(chǔ)上本實(shí)驗(yàn)通過(guò)使基因三點(diǎn)突變而產(chǎn)生一種在常氧下不易降解的HIF-1α。研究[11]顯示：生理?xiàng)l件下，膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的增殖與凋亡處于動(dòng)態(tài)平衡，但在OA等病理?xiàng)l件下，軟骨細(xì)胞凋亡異常。軟骨細(xì)胞凋亡受不同信號(hào)通路調(diào)控，PI3K/AKT和p38 MAPK信號(hào)通路在OA軟骨細(xì)胞凋亡的過(guò)程中起著重要作用。PI3K是一種細(xì)胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，其代謝產(chǎn)物1，4，5-三磷酸肌醇(PIP3)與4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)可激活A(yù)KT蛋白上的絲氨酸或蘇氨酸磷酸化位點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及遷移等[12]；p38 MAPK信號(hào)通路存在于哺乳動(dòng)物的細(xì)胞內(nèi)，是MAPKs的亞類(lèi)之一，炎癥因子IL-1β能有效激活p38信號(hào)通路，且激活后的p38又可激活相關(guān)蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)控軟骨細(xì)胞凋亡[13-14]；MAPK/ERK信號(hào)通路是一類(lèi)細(xì)胞內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，能將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，引起相關(guān)細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)(如細(xì)胞增殖、分化和凋亡等)[15-16]。先期研究[17-20]顯示：炎癥因子IL-1β在體外誘導(dǎo)兔軟骨細(xì)胞凋亡同時(shí)伴隨著AKT磷酸化水平升高與ERK1/2、p38磷酸化水平降低。本研究結(jié)果顯示：在IL-1β介導(dǎo)的炎癥環(huán)境中，經(jīng)BMSCs-ExoWT和BMSCs-ExoMU處理后，細(xì)胞內(nèi)凋亡小體明顯減少，ERK1/2和p38磷酸化水平明顯降低，AKT磷酸化水平明顯升高，且經(jīng)BMSCs-ExoMU處理后的效果更為明顯。

近年來(lái)再生醫(yī)學(xué)技術(shù)在治療關(guān)節(jié)軟骨損傷過(guò)程中已經(jīng)初步顯示出良好效果[3]，但是，材料與外泌體的聯(lián)合應(yīng)用在軟骨缺損修復(fù)方面的研究還鮮有報(bào)道。在此基礎(chǔ)上，本課題組合作團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)了一種免疫原性低、力學(xué)強(qiáng)度高、具有良好的微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)和適宜的孔隙率及孔徑大小、有利于細(xì)胞的遷入與營(yíng)養(yǎng)成分的滲入、適宜種子細(xì)胞向軟骨方向分化的無(wú)細(xì)胞的軟骨再生支架，可以促進(jìn)軟骨缺損修復(fù)。在本研究中，當(dāng)聯(lián)合應(yīng)用BMSCs-ExoWT、BMSCs-ExoMU與軟骨再生支架作用于軟骨缺損處時(shí)，缺損處修復(fù)較為明顯，且BMSCs-ExoMU與軟骨再生支架共同作用于軟骨缺損處時(shí)，其修復(fù)效果更加顯著。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在炎癥環(huán)境中BMSCs-ExoMU可抑制軟骨細(xì)胞凋亡，其通過(guò)調(diào)控PI3K/AKT、p38 MAPK和MAPK/ERK信號(hào)通路明顯下調(diào)ERK1/2和p38磷酸化水平，上調(diào)AKT磷酸化水平，這可能是其控制炎癥反應(yīng)的可能機(jī)制之一；本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了當(dāng)BMSCs-ExoMU與軟骨再生支架共同作用于軟骨缺損處時(shí)，能更有效促進(jìn)軟骨缺損修復(fù)。本研究結(jié)果為臨床關(guān)節(jié)軟骨缺損的治療提供了新的思路。

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