陸智豪，陳立民，王穎贊，曾 平

(1.廣西中醫(yī)藥大學，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院仙葫院區(qū)骨病創(chuàng)傷骨科，廣西 南寧 530023)

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種常見的慢性退行性關(guān)節(jié)病，其病理特征為進行性關(guān)節(jié)軟骨降解、滑膜炎癥和軟骨下骨硬化[1]。據(jù)估計，全球60歲以上的人口中，10.0%的男性和13.0%的女性罹患有癥狀的OA[2]。由于人口老齡化和社會工業(yè)化的進程，OA的患病率進一步增加，給社會帶來沉重的經(jīng)濟和醫(yī)療負擔[3]。目前，臨床上對早期OA的治療多以緩解癥狀為主，主要應(yīng)用非甾體類藥物，但存在一定的不良反應(yīng)[4]。對于晚期OA患者則多采取手術(shù)治療，如關(guān)節(jié)置換術(shù)等，但手術(shù)治療要求手術(shù)醫(yī)師有較高的技術(shù)水平，患者需要承擔手術(shù)的風險和昂貴的費用，且不能對退變的關(guān)節(jié)及軟骨起修復(fù)作用。因此，尋求一種促進軟骨再生修復(fù)和可逆轉(zhuǎn)早期OA關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)病變的關(guān)節(jié)內(nèi)治療方法是近來的研究熱點。目前，較為常用的關(guān)節(jié)內(nèi)治療方法是關(guān)節(jié)內(nèi)注射骨髓間充質(zhì)干細胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)[5]。然而，BMSCs療法存在注射部位壽命較短、異體移植的免疫激活、栓塞形成及不必要的或惡性轉(zhuǎn)化的可能，這給BMSCs療法帶來困難。外泌體是一種直徑為40～100 nm的脂質(zhì)雙分子層膜衍生囊泡，幾乎所有細胞都能分泌外泌體，且在體液中廣泛分布[6]，能以自分泌和旁分泌途徑參加細胞間通訊。近來發(fā)現(xiàn)，外泌體中包含各種核酸，其中外泌體所包含的微RNA(microRNA，miRNA)通過與靶mRNA的非編碼區(qū)結(jié)合，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后的基因沉默，從而調(diào)節(jié)多個生物化學途徑[7]。由于外泌體獨特的囊泡樣結(jié)構(gòu)，外泌體中的 miRNA能夠穩(wěn)定表達[8]。越來越多的研究表明，外泌體中的miRNA能有效地調(diào)控OA，其作用主要集中于對軟骨、滑膜及軟骨下骨的影響。因外泌體具有毒性小、安全性高、免疫原性低等優(yōu)點，在OA的治療中具有更好的臨床治療前景[9]。本文主要就外泌體miRNA對OA患者軟骨、滑膜、軟骨細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)及軟骨下骨的影響進行綜述，以期為臨床和科研上應(yīng)用外泌體miRNA治療OA提供參考。

1 外泌體miRNA對軟骨的影響

與大多數(shù)組織不同，軟骨是無血管、淋巴和神經(jīng)的結(jié)締組織[10]，其再生潛力非常低，依靠軟骨自身修復(fù)不足以恢復(fù)退化組織的結(jié)構(gòu)和功能，因此，關(guān)節(jié)軟骨的再生及重塑也成為骨科醫(yī)生和研究人員亟需攻克的難題[11]。不同來源的細胞分泌的外泌體攜帶有不同特異性miRNA，對軟骨細胞的凋亡、自噬、焦亡、增殖具有調(diào)控作用。

1.1 外泌體miRNA對軟骨細胞凋亡的調(diào)控作用研究報道，外泌體miRNA可通過特異性調(diào)節(jié)軟骨細胞凋亡信號通路關(guān)鍵分子的表達來促進或抑制軟骨細胞凋亡[12]。正常的軟骨細胞凋亡是機體維持健康狀態(tài)的一種自然的程序性細胞死亡，因此，軟骨細胞過度凋亡可加劇關(guān)節(jié)軟骨的降解，促進OA的發(fā)展[13]。LIN等[14]研究證實，miR-140-5p富集于人牙髓干細胞(dental pulp stem cells，DPSC)來源的外泌體，可在白細胞介素(interleukin，IL)-1β處理的人軟骨細胞中促進軟骨細胞凝聚糖、Ⅱ型膠原的α1鏈(type Ⅱ collagen α1，Col2α1)和SRY相關(guān)蛋白9(SRY-related high mobility group-box gene 9，Sox9)等相關(guān)mRNA的表達，顯著減少OA大鼠軟骨細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素處理間充質(zhì)干細胞后衍生的外泌體能夠維持OA模型小鼠軟骨細胞的活力，同時抑制軟骨細胞的凋亡，其機制是姜黃素通過抑制間充質(zhì)干細胞衍生的外泌體miR-143和miR-124中的啟動子區(qū)域的甲基化，抑制其靶基因ROCK1和核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的表達，進而抑制炎癥因子激活，從而間接抑制軟骨細胞凋亡[15-17]。研究報道，BMSCs衍生的外泌體能保護OA模型大鼠軟骨損傷[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs衍生的外泌體中最顯著富集的miRNA為miR-127-3p，其可抑制軟骨細胞中的CDH11，阻斷Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的激活，繼而減輕軟骨細胞損傷，減緩軟骨的降解[19]。

1.2 外泌體miRNA對軟骨細胞焦亡的調(diào)控作用除了經(jīng)典的細胞凋亡方式外，細胞自噬、焦亡分別通過不同的形式調(diào)節(jié)細胞死亡，在OA的發(fā)展和治療中發(fā)揮作用。細胞焦亡是一種由炎癥小體觸發(fā)的促炎癥性程序性細胞死亡，與其他形式的程序性細胞死亡不同，焦亡與炎癥密切相關(guān)。研究表明，抑制軟骨細胞焦亡可改善軟骨變性和關(guān)節(jié)炎[20]。組蛋白去乙?；?histone deacetylase,HDAC)3可調(diào)節(jié)NF-κB基因活性[21]，而NF-κB基因的轉(zhuǎn)錄因子活性是激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體和焦變的關(guān)鍵因素。XU等[22]研究發(fā)現(xiàn)，miR-326過表達可顯著抑制軟骨細胞中HDAC3和NF-κB p65的表達，促進信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子 1(signal transducer and activator of transcription 1，STAT1)、乙?；疭TAT1和乙酰化NF-κB p65在軟骨細胞中的表達；雙熒光素酶報告基因檢測發(fā)現(xiàn)miR-326與HDAC3存在靶向關(guān)系；同時，發(fā)現(xiàn)BMSCs來源的外泌體可將miR-326輸送到軟骨細胞和軟骨，并通過靶向HDAC3和STAT1/NF-κB p65抑制軟骨細胞焦亡，從而改善OA。

1.3 外泌體miRNA對軟骨細胞自噬的調(diào)控細胞自噬是在不致細胞死亡的情況下，通過分解功能紊亂的細胞器和大分子物質(zhì)而使細胞得到翻新的一種穩(wěn)態(tài)機制[23]。有研究表明，自噬在關(guān)節(jié)軟骨組織中發(fā)揮著雙重作用，細胞代謝加強和缺乏營養(yǎng)都會增加自噬，從而提高細胞的應(yīng)激能力[24]，而自噬的過度激活可導(dǎo)致體外OA軟骨細胞的死亡[25]。WU等[26]通過體內(nèi)及體外研究證實，髕下脂肪墊來源于間充質(zhì)干細胞的外泌體可將miR-100-5p傳遞至軟骨細胞，而miR-100-5p特異性靶向哺乳動物雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)的非翻譯區(qū)域，并顯著增強軟骨細胞中的自噬水平，增強合成代謝，抑制IL-1處理的OA軟骨細胞的分解代謝。

1.4 外泌體miRNA對軟骨細胞增殖的調(diào)控作用軟骨細胞是一種多功能細胞，能夠合成并分泌細胞外基質(zhì)，起到修復(fù)損傷軟骨的作用。SUN等[27]研究發(fā)現(xiàn)，miR-320c在已分化為軟骨的人BMSCs來源外泌體中表達上調(diào)；來源于過表達miR-320c的人BMSCs來源外泌體可通過上調(diào)OA軟骨細胞中的SOX9，促進軟骨細胞的增殖分化。在軟骨形成的早期階段，Wnt信號能激活軟骨細胞的增殖并抑制其分化[28]；Wnt家族成員5A(Wnt family member 5A，WNT5A)可激活基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，在OA的發(fā)病中對軟骨的破壞和降解起著關(guān)鍵作用[29]。MAO等[30]研究報道，間充質(zhì)干細胞來源外泌體miR-92a-3p直接靶向WNT5A，促進軟骨細胞的增殖和遷移以及間充質(zhì)干細胞向軟骨細胞的分化，防止早期軟骨損傷。有研究表明，滑膜來源間充質(zhì)干細胞的外泌體miR-140-5p通過激活Yes相關(guān)蛋白可促進軟骨細胞的增殖和遷移，且在前交叉韌帶橫斷OA大鼠模型中起到抑制關(guān)節(jié)軟骨嚴重損傷和OA進展的作用[31]。近年來，軟骨生成祖細胞(chondrogenic progenitor cells，CPCs)已被證實在OA患者治療中具有促進軟骨修復(fù)、再生作用[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，MRL/MpJ超治愈小鼠CPCs來源外泌體中miR-221-3p在MRL/MpJ小鼠來源CPCs外泌體中高度富集，而MRL/MpJ小鼠來源CPCs外泌體中的miR-221-3p能夠通過與其相關(guān)通路誘導(dǎo)軟骨細胞的增殖分化[33]。

2 外泌體miRNA對OA滑膜炎癥的治療作用

在OA患者中，滑膜的炎癥性改變統(tǒng)稱為滑膜炎，包括滑膜內(nèi)膜增生、炎癥細胞浸潤、新血管生成和纖維化。約70%的OA患者出現(xiàn)滑膜炎，其程度與疼痛和軟骨損傷相關(guān)[34]。急性滑膜炎被認為是最早發(fā)生的關(guān)節(jié)改變之一，而外泌體對滑膜炎癥有一定的治療作用[35]。JIN等[36]研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs衍生的外泌體向滑膜成纖維細胞提供miR-26a-5p，并通過控制環(huán)加氧酶2的表達減輕OA滑膜成纖維細胞的損傷；此外，關(guān)節(jié)內(nèi)注射過表達miR-26a-5p的BMSCs來源外泌體可通過減輕OA模型大鼠滑膜組織的炎癥和減少細胞凋亡來防止OA損傷。JIN等[37]研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)內(nèi)注射BMSCs來源外泌體miR-9-5p的OA大鼠的關(guān)節(jié)軟骨組織呈連續(xù)、清晰的結(jié)構(gòu)，且炎癥細胞浸潤較少，OA癥狀減輕，其作用機制是來自BMSCs的外泌體miR-9-5p通過靶向逆轉(zhuǎn)原本在OA病變早期過表達的SDC1來抑制炎癥并減輕軟骨損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-100-5p在來源于人類脫乳牙髓干細胞外泌體(stem cells from human exfoliated deciduous teeth，SHED-Exos)中富集，SHED-Exos中miR-100-5p通過直接靶向下游mTOR的3′未翻譯區(qū)域，抑制軟骨細胞中促炎癥細胞因子IL-6、IL-8及MMP1、MMP3、MMP9、MMP13、人金屬肽酶含血小板反應(yīng)蛋白基元5等金屬蛋白酶的表達，從而抑制顳下頜關(guān)節(jié)軟骨細胞的炎癥反應(yīng)[38]。

來自O(shè)A軟骨細胞的外泌體不僅可抑制滑膜炎癥，還可起到促炎作用。這些外泌體通過miR-449a-5p抑制自噬相關(guān)基因4B的表達，從而抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細胞的自噬，促進線粒體活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mitoROS)的產(chǎn)生，從而進一步增強了炎癥小體的激活，最終加重滑膜炎癥，促進OA的進展，這為了解OA患者滑膜巨噬細胞和滑膜炎的激活提供了一個新的視角[39]。

3 外泌體miRNA對軟骨ECM的調(diào)控作用

關(guān)節(jié)軟骨ECM主要由蛋白多糖和Ⅱ型膠原組成，包括少量的軟骨細胞。ECM含有大量信號分子，其在調(diào)控細胞的生長、分化、形態(tài)、遷移和代謝過程發(fā)揮積極作用，因此，當ECM分解與合成失衡將導(dǎo)致OA的發(fā)生[40]。研究表明，外泌體能抑制MMP13的表達，可有效促進OA大鼠軟骨細胞ECM修復(fù)，緩解關(guān)節(jié)疼痛[18]。

HDAC作為軟骨細胞成熟和骨骼生成的中心調(diào)節(jié)器，可抑制IL-1誘導(dǎo)的MMPs表達，調(diào)控軟骨ECM的降解[41]。MAO等[42]研究發(fā)現(xiàn)，OA患者軟骨分泌的外泌體中miR-95-5p表達顯著低于正常軟骨，而過表達的原代軟骨細胞外泌體miR-95-5p通過直接靶向HDAC，抑制OA模型MMPs的表達，從而抑制軟骨基質(zhì)的降解。SUN等[27]研究證明，BMSCs來源外泌體和BMSCs來源外泌體中過表達的miR-320c都能上調(diào)SOX9和下調(diào)OA軟骨細胞中MMP13的表達，抑制軟骨細胞ECM降解，但過表達BMSCs來源外泌體中的miR-320c有更加顯著的抑制作用。

4 外泌體miRNA促進OA軟骨下骨重塑

軟骨下骨皮質(zhì)骨改建增加是骨關(guān)節(jié)炎早期主要病理改變之一。軟骨下骨為淺層關(guān)節(jié)軟骨提供結(jié)構(gòu)支持和減震器，并在機械應(yīng)力的作用下，經(jīng)歷著改造和重塑的動態(tài)平衡[43]。眾多學者研究探討了外泌體miRNA應(yīng)用于OA的治療前景，其中包括外泌體miRNA對OA軟骨下骨重塑的調(diào)節(jié)作用[44]。ZHOU等[45]使用miRNA芯片對OA患者和健康人的滑膜外泌體中miRNA進行分析，發(fā)現(xiàn)來源于滑膜外泌體的miR-126-3p在OA患者的滑液樣本中的表達較健康對照者顯著下調(diào)；體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，過表達滑膜來源外泌體miR-126-3p能維持OA大鼠模型的軟骨下骨結(jié)構(gòu)，甚至逆轉(zhuǎn)OA動物模型中鈣離子改變、關(guān)節(jié)空間形態(tài)和骨贅形成的改變，表明來源于滑膜外泌體的miR-126-3p對OA軟骨下骨重塑有促進作用，能逆轉(zhuǎn)OA病理改變。

許多退行性骨關(guān)節(jié)疾病早期癥狀不明顯，出現(xiàn)癥狀時往往已經(jīng)到中晚期，這無疑加大了疾病的診治難度。研究證實，外泌體可作為多種疾病早期的生物標志物，有助于疾病的早期診斷[46]。miR-210-5p在OA硬化性軟骨下骨成骨細胞(subchondral bone osteoblasts，SBOs)外泌體中富集,由于OA進展過程中軟骨下骨的變化早于軟骨，SBOs來源的外泌體miR-210-5p的異常上調(diào)可作為OA的標志物或預(yù)測因子。因此，抑制SBOs中miR-210-5p的表達可能是OA治療的一個新方向[47]。

5 總結(jié)與展望

隨著社會及人口老齡化趨勢的發(fā)展，OA以其高發(fā)病率、高致殘率引起醫(yī)學界的重視；但其具體的機制尚未明確，這對OA早期的診療帶來了難度。近年來，外泌體在臨床治療中的應(yīng)用日益發(fā)展，并在OA治療中顯示出巨大的潛力，尤其是不同來源的外泌體miRNAs通過緩解甚至逆轉(zhuǎn)OA的病理改變，如抑制軟骨的降解和滑膜炎癥及促進軟骨下骨重塑，對OA起到顯著的治療作用。外泌體中所包含的不同的RNA和蛋白質(zhì)成分，可作為OA早期癥狀不明顯時的診斷生物標志物，亦可作為治療OA的藥物載體。然而，不同來源的外泌體miRNA在OA的生理病理中的關(guān)聯(lián)仍需更多研究，以便開辟一個與OA治療策略相關(guān)的創(chuàng)新研究領(lǐng)域。