作者：唐浩 北京积水潭医院

在过去的十年中，间充质干细胞（MSCs）已被广泛用于治疗骨关节炎（OA），外泌体可能发挥重要作用。在这里，我们从一位多指畸形患者手部手术切除组织的骨髓中获得了一种特殊的骨髓间充质干细胞。实验集中于多指骨髓来源的MSCs（pBMSCs）在骨关节炎中的作用。结果表明，pBMSCs比BMSCs具有更大的分化为软骨细胞的能力。从机制上讲，BMP4在PBMSC中的表达明显高于在BMSCs中的表达。此外，我们还发现，软骨细胞的迁移和增殖是由pBMSC分泌的外泌体（pBMSC EXOs）刺激的。值得注意的是，siRNA下调pBMSCs中的BMP4抑制了MSCs的软骨分化潜能和软骨细胞的功能。此外，在OA小鼠模型中，注射pBMSC外显子和BMSC外显子可减轻OA，但pBMSC内显子的治疗效果优于BMSC内显子。综上所述，数据表明PBMSC具有更大的分化为软骨细胞的能力，并通过BMP4信号调节软骨细胞的形成。因此，pBMSC外显子可能是OA的一种新治疗方法。
骨关节炎（OA）是一种以关节软骨变性、破坏和成骨为特征的慢性关节疾病。这是一种“全关节疾病”；也就是说，关节中的所有组织都参与OA的发病机制。OA的发生率与年龄的增长密切相关，女性OA的患病率明显高于男性。OA发病机制复杂，具有遗传倾向。一般认为，由于机械和生物因素的相互作用，关节软骨细胞、细胞外基质（ECM）和软骨下骨合成和降解程度的失衡是OA发展的主要原因。目前，临床上的非药物治疗、药物治疗和手术治疗并不能从根本上延缓OA期间关节软骨的进行性变性。鉴于此，一种新的基于细胞的OA治疗方法引起了越来越多的关注。
间充质干细胞（MSCs）具有自我更新和定向分化的潜能，可以修复软骨组织并抑制软骨细胞分泌炎性因子。此外，MSCs可以在体内定向分化为软骨细胞，这为MSCs治疗OA提供了理论基础。此外，一系列研究证实，骨髓间充质干细胞可以从不同方面有效治疗OA 。临床应用初步证明，骨髓间质干细胞可能是治疗创伤性骨和软骨缺损的最佳方法。然而，骨髓间细胞的治疗效果并不理想。此外，肿瘤形成的风险、伦理问题、，此外，对于干细胞的分离方法和维持细胞活力所需的最佳储存条件缺乏统一标准，这严重限制了干细胞治疗的进一步临床应用。因此，仍然需要新的战略来克服这些缺点。
近年来，关于干细胞在组织修复过程中的旁分泌效应的研究引起了广泛关注。外泌体是多泡体与质膜细胞质侧融合后释放到ECM中的微小小泡。外泌体呈圆盘状，直径为30-150 nm。此外，外泌体含有多种具有重要功能的蛋白质、脂质和核酸，并可将这些特定成分作为信号分子传递到附近和远处的细胞，影响受体细胞的功能。近年来，干细胞的外泌体已被证明参与心肌组织、肺组织、视网膜、中枢神经系统、肾脏组织和胰腺组织的再生。我们先前对羊水干细胞（AFS）移植用于皮肤损伤修复的研究表明，移植的人AFS不会通过分化为受损组织中的相同类型的细胞而促进组织修复，这是显示干细胞衍生的外泌体可能是细胞治疗的替代品的额外证据。
在本研究中，除了免疫表型相似外，从手术切除的多指儿童标本中分离的PBMSC显示出比BMSC更大的增殖和分化为软骨细胞的能力。此外，pBMSC衍生的外泌体不仅在体外促进软骨细胞的增殖和迁移，而且降低了OA模型小鼠的关节损伤程度。
作为多能干细胞，骨髓间充质干细胞在各种组织损伤模型中在修复和减轻组织损伤方面发挥了重要作用。然而，当关节软骨受到损伤时，自发修复非常困难，因为没有复盖关节软骨表面的软骨膜，骨祖细胞丢失，损伤部位附近软骨细胞的合成能力受到限制。目前，骨髓基质干细胞、脂肪组织衍生的间充质干细胞、滑膜间充质细胞和胚胎间质干细胞可用作组织工程软骨修复的种子细胞。在这里，我们证明了pBMSCs具有很强的分化为软骨细胞的能力。干细胞向软骨细胞的分化是一个由多种基因调控的复杂过程。Sox9是软骨发生和软骨细胞分化的重要早期转录因子，是关节软骨组织工程中的敏感因子，在软骨发生中发挥重要作用。II型胶原（COL2A1）作为下游靶蛋白Sox9，是软骨基质的重要组成部分，被认为是抵抗外部压力的结构强度的基础。同样，聚集蛋白聚糖（Acan）是关节软骨ECM的主要组成部分之一，是维持软骨组织正常形状所必需的。在我们的研究中，我们发现，与BMSCs中的水平相比，软骨分化14天后，pBMSCs中COL2A1和Acan的表达水平较高，这一发现证实了pBMSCs的软骨分化能力的优势。
近年来，越来越多的证据表明，干细胞和前体细胞可能通过旁分泌机制激活周围细胞，从而在促进组织再生中发挥重要作。大多数细胞产生外泌体，并在细胞间通信中发挥关键作用。此外，已证明外泌体具有与来源细胞相似的生物学功能，直接使用这些纳米颗粒没有明显的副作用，如免疫排斥反应或致瘤性。此外，外泌体还可以促进vitro软骨细胞的增殖。在本研究中，我们使用多指组织衍生的BMSC作为“工厂”来产生外体，并发现pBMSC外体在体外促进软骨细胞的增殖和迁移。然而，尽管FLS是通过分泌金属蛋白酶介导关节损伤的主要细胞，但pBMSC外显子并不影响OA患者FLS的增殖或迁移。先前的研究表明，FLSs可以诱导破骨细胞生成，以促进骨吸收或释放趋化因子，将白细胞招募到关节，刺激血管生成，这在滑膜炎的初始阶段起着重要作用。这些结果表明，pBMSC EXOs可以在体外促进软骨细胞的增殖和迁移，而不会引起由滑膜成纤维细胞异常增殖引起的不良影响。此外，我们还证实，pBMSCs外显子在OA模型中产生了积极的缓解作用，这与其他类型的干细胞衍生外显子对OA模型的保护作用一致。
多种关键信号，如来自WNT、BMP、FGF、HH等的信号，参与软骨细胞诱导和分化过程。例如，WNT5A和WNT11在MSCs的软骨细胞分化中起着重要的调节作用。此外，BMP2或BMP4可以促进人胚胎干细胞向软骨细胞的分化，导致软骨生成基因Sox5、ACAN和COL2A1的表达增加。同样，在本研究中，我们发现BMP4在PBMSC中高度表达。此外，转染BMP4 siRNA的PBMSC在体外很少能够分化为软骨细胞或促进软骨细胞的增殖。因此，BMP4信号在体外pBMSCs向软骨细胞的分化和增殖中起重要作用。
总之，pBMSC外显子不仅在体外促进软骨细胞的增殖和迁移，而且在体内促进软骨修复和延缓OA的进展。因此，pBMSC-EXOs不仅有望解决软骨细胞再生能力低和修复能力差的瓶颈，而且有望在软骨细胞的转化和应用中显示出巨大的潜力和良好的前景.