傅德皓 汪泱 車奔馳

一、骨質(zhì)疏松癥的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

隨著社會(huì)發(fā)展和平均預(yù)期壽命延長，骨質(zhì)疏松癥 (osteoporosis，OP)已成為當(dāng)今社會(huì)最常見的慢性疾病之一。OP 是一種全身性骨病，特征主要為骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱、骨量減少和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。由于其極高的發(fā)病率和致殘率，給社會(huì)帶來沉重的公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)。多項(xiàng)研究表明，OP 會(huì)對骨折愈合產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致骨折延遲愈合。因此，有效防治 OP 不僅可預(yù)防骨折風(fēng)險(xiǎn)，還可縮短骨折愈合的時(shí)間并提升愈合質(zhì)量。

目前，治療 OP 藥物主要分為抗吸收、促成骨和同時(shí)具備雙重藥理作用的藥物，但這些藥物仍存在不良反應(yīng)，而且治療效果欠佳。細(xì)胞外囊泡 (extracellular vesicles，EVs)是由細(xì)胞釋放的各種具有膜結(jié)構(gòu)的囊泡統(tǒng)稱，囊泡中包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等物質(zhì)。EVs 可以根據(jù)其直徑分成凋亡小體、微泡和外泌體。外泌體的直徑為 30～150 nm，微泡的直徑為100～1000 nm，凋亡小體的直徑約為 50～5000 nm。EVs 在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，包括細(xì)胞間通信、凋亡、免疫反應(yīng)和腫瘤發(fā)生發(fā)展等。干細(xì)胞 (stem cells，SCs)是一種具有自我更新、多向分化潛能的細(xì)胞，根據(jù)其分化潛能也可分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞 (pluripotent stem cell，PSC)與專能干細(xì)胞。多能干細(xì)胞擁有能分化為幾乎所有細(xì)胞類型的能力，如胚胎干細(xì)胞 (embryonic stem cell，ESC)與。而專能干細(xì)胞也稱單能、偏能干細(xì)胞，此類干細(xì)胞只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如間充質(zhì)干細(xì)胞 (mesenchymal stem cell，MSC)等，MSC 可從骨髓、脂肪、臍帶等部位獲得，其細(xì)胞發(fā)育潛能較多能干細(xì)胞較低。隨著科學(xué)的發(fā)展，目前出現(xiàn)的人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (induced pluripotent stem cells，iPSC)同樣屬于多能干細(xì)胞層次，是從人體分化成熟的功能細(xì)胞 (如皮膚細(xì)胞和血液細(xì)胞)通過基因轉(zhuǎn)染使其逆轉(zhuǎn)為原始的干細(xì)胞，分化潛能極高。SCs 也根據(jù)其多能性成為發(fā)揮治療作用的基礎(chǔ)，即在特定條件下具有向成骨細(xì)胞分化的能力，有益于誘導(dǎo)骨形成。不同 SCs 來源的 EVs (SCs-EVs)生物學(xué)特征、功能與 SCs 類似，擁有組織修復(fù)、誘導(dǎo)成骨、促進(jìn)血管新生和骨礦化聚集等作用，在 OP 的治療方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

二、SCs-EVs 治療 OP 的研究進(jìn)展

骨組織是一種代謝高度活躍的組織，處于不斷的破壞、吸收、新生的動(dòng)態(tài)平衡中。隨著年齡的增長，當(dāng)骨吸收大于骨形成時(shí)，這種動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)就會(huì)導(dǎo)致 OP。而這種骨的重塑過程主要由破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞參與，骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、造血干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞及其它細(xì)胞參與調(diào)控過程。上述各類細(xì)胞間相互影響、相互調(diào)節(jié)，進(jìn)而維持骨穩(wěn)態(tài)。EVs 攜帶蛋白質(zhì)、聚糖、脂質(zhì)、DNA、RNA 等生物分子，其被其它細(xì)胞吸收時(shí)，這些生物分子被轉(zhuǎn)移并影響受體細(xì)胞的表型，從而發(fā)揮效應(yīng)。近年來多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)多種SCs-EVs 在維持骨穩(wěn)態(tài)、防治 OP 方面發(fā)揮了重要作用。

MSC 由于種類繁多、來源廣泛，再加之其不錯(cuò)的分化潛能，在 SCs-EVs 治療 OP 的研究中一直占據(jù)重要地位，而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)作為最直接與成骨分化相關(guān)的SCs，其來源的 EVs 研究熱度一直居高不下。Zuo 等[1]研究發(fā)現(xiàn) BMSCs-EVs 可以減輕輻射誘導(dǎo)的大鼠骨丟失，機(jī)制可能與減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)、加速 DNA 損傷修復(fù)、減少與抑制增殖和細(xì)胞衰老相關(guān)的蛋白以及通過激活 Wnt / βcatenin 通路相關(guān)。Yang 等[2]研究表明，BMSCs-EVs 通過 MALAT1 介導(dǎo) miR-34c / SATB2 軸增強(qiáng)了骨質(zhì)疏松小鼠的成骨細(xì)胞活性，可減輕骨丟失。Aya S. Sedik 等[3]構(gòu)建了一種糖皮質(zhì)激素致骨質(zhì)疏松(glucocorticoid-induced osteoporosis，GIOP)的小鼠模型，觀察到 BMSCs-EVs 使 GIOP 大鼠牙槽骨恢復(fù)了規(guī)則的輪廓，證明 EVs 對 GIOP 具有一定治療效果。

有關(guān)其它 MSCs-EVs 的研究，近些年來也多有發(fā)表。Lee 等[4]分離來自脂肪干細(xì)胞的 EVs (extracellular vesicles from adipose stem cells，ASC-EVs )，這種 EV 富含與骨代謝和 MSCs 遷移相關(guān)的生長因子和細(xì)胞因子，促進(jìn)骨髓源性 MSCs 的遷移，可減輕 OP 模型小鼠的骨丟失。此外，miR-21-5p 通過下調(diào) Acvr2a 抑制破骨細(xì)胞分化，顯著降低了破骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)，提示 ASC-EVs 作為干細(xì)胞的無細(xì)胞療法治療骨質(zhì)疏松策略非常有前景。人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞 (umbilical cord mesenchymal stromal cell，HUCMSC)來源的 EVs (UCMSC-EVs )在組織修復(fù)和再生方面也表現(xiàn)出了相當(dāng)大的治療作用，Yin 等[5]測定了 UCMSC-EVs 對 BMSCs 成骨和成脂分化的影響，結(jié)果表明其通過轉(zhuǎn)移 CLEC11A 增強(qiáng)了 BMSC 從成脂到成骨分化的轉(zhuǎn)變，這可能代表了一種治療骨質(zhì)疏松癥的潛在療法。由于從骨髓中獲取 MSC 是一個(gè)痛苦和侵入性的過程，很多研究者試圖尋找一種簡單、安全、方便的新的干細(xì)胞來源方式。多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)，人類尿液中含有豐富的干細(xì)胞，具有類似 MSC 的生物學(xué)特性。Chen 等[6]在 OP 小鼠模型中研究了尿液干細(xì)胞 (urine-derived stem cells，USCs)來源的 EVs 對骨形成和強(qiáng)度的影響，并評估了 USC-EVs 對成骨活性和破骨細(xì)胞形成的影響，證明其增強(qiáng)成骨活性并抑制破骨細(xì)胞形成，最終恢復(fù) OP 模型小鼠的骨量和骨骼強(qiáng)度。

MSCs 對骨缺損的愈合具有較大的益處，但自體原代 MSC 可能伴有并發(fā)癥，且自體 MSC 的體外分化和增殖潛力會(huì)隨年齡增長而降低，臨床應(yīng)用受到限制。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (induced pluripotent stem cells，iPSC)衍生的 MSC (iMSC)結(jié)合了 MSC 和 iPSCs 的優(yōu)越性，具有強(qiáng)大的自我更新能力，iPSCs 可以產(chǎn)生無數(shù)個(gè) iMSC，并且避免了常規(guī) MSC 所需的侵入性獲取過程和干性隨著衰老或細(xì)胞傳代而下降的問題。此外，自體 iPSC 來源的細(xì)胞或其 EVs 用于治療不會(huì)引起免疫排斥反應(yīng)，可能更有利于臨床轉(zhuǎn)化。Fu 等[7]研究獲取了 iMSCs 的EVs，其攜帶抗骨質(zhì)疏松功能的 miRNA 譜，還可增強(qiáng)成骨分化，抑制破骨細(xì)胞形成，從而提示 iMSCs 的 EVs可能是一種可行且高效的的干細(xì)胞的無細(xì)胞治療骨質(zhì)疏松癥療法。Wang 等[8]通過研究 iPSC-MSC-EVs 對卵巢切除大鼠 BMSCs 的影響，發(fā)現(xiàn)可有效刺激 BMSCs 的增殖和成骨分化，并且這種作用隨著 EVs 濃度的增加而增加。Fu 等[9]對人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的內(nèi)皮細(xì)胞 (iPSCs-ECs)進(jìn)行連續(xù)擠出而獲得 EVs，由于骨髓血管內(nèi)皮細(xì)胞 (bone marrow vascular endothelial cells，BMECs)對骨髓微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)揮著非常重要的功能，故BMECs 攝取了這些 EVs 后，能夠產(chǎn)生更多的細(xì)胞因子，促進(jìn)了 BMSC 的成骨分化，抑制其成脂分化，還糾正了骨質(zhì)疏松微環(huán)境中的骨 - 脂分化失衡和 M1-M2 極化失衡。作為多能干細(xì)胞家族的一員的胚胎干細(xì)胞由于其優(yōu)秀的分化潛能也受到了相當(dāng)多的關(guān)注，Wang 等[10]使用人胚胎干細(xì)胞來源的 EVs [ human embryonic stem cell-derived small extracellular vesicles (hESC-sEVs)] 來恢復(fù)衰老 BMSCs 的功能，結(jié)果提示 hESC-sEVs 在逆轉(zhuǎn)BMSCs 衰老以及衰老導(dǎo)致的成骨功能障礙中的作用極為顯著，證明其可能是治療衰老性疾病的候選療法。

三、SCs-EVs 治療 OP 的展望

近年來的研究表明，SCs-EVs 在 OP 的防治中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，來源于各類 MSCs 如 BMSC、ASC、UCMSC 及 USC 等的 EVs 均體現(xiàn)出其不俗的治療效果。但不可忽略的是，上述 SCs 來源的 EVs 仍存在許多問題及缺陷，臨床轉(zhuǎn)化及成藥性十分困難。如 BMSCs-EVs，雖然與成骨分化直接相關(guān)，但其有創(chuàng)性的侵入性獲取方法不但應(yīng)用不便，而且?guī)Ыo患者極大的痛苦。ASC-EVs 雖然來源廣，但也存在來源不穩(wěn)定等問題，來源不同的 ASC 可能導(dǎo)致治療效果不穩(wěn)定。而 USC-EVs 雖然聽起來只需患者收集一定量的自身尿液來制備，但這種針對每個(gè)個(gè)體的治療策略在臨床轉(zhuǎn)化時(shí)很難實(shí)現(xiàn)，成藥性更是比較渺茫。相對來說，UCMSC-EVs在各類 MSC 中優(yōu)勢比較明顯，其取材方便、增值力也較強(qiáng)、且無排斥等問題，但也存在來源相對有限和穩(wěn)定性問題。相比之下，iPSCs 的來源相對更廣，并且避免了常規(guī) MSC 的侵入性獲取過程和干性隨著衰老或細(xì)胞傳代而下降的問題，還具有相對 MSC 更高的分化潛能及穩(wěn)定性，可能更有利于臨床轉(zhuǎn)化?？傮w來講，iPSCs-EVs 在 OP 的治療中擁有更加光明的前景，也給人們帶來了更大的期待。