我国处于全球领先位置的干细胞外泌体治疗膝骨关节炎

摘要：干细胞（MSC）外泌体最先在医美领域火起来，精彩纷呈。但是，只有进入医学领域，解决某个具体的问题，才能正其名，证明其自身的价值。

干细胞（MSC）外泌体最先在医美领域火起来，精彩纷呈。但是，只有进入医学领域，解决某个具体的问题，才能正其名，证明其自身的价值。

干细胞外泌体一直被研究用于多种疾病的治疗，进展最快和最容易市场化的领域就是用于膝骨关节炎的局部注射治疗。

1，膝骨关节炎的发病原理和传统治疗现状

骨关节炎（OA）是一种影响整个关节的疾病，构成关节的所有组织都会发生病理变化。骨关节炎的主要症状是受影响关节的疼痛、僵硬和肿胀，导致成年人关节残疾的主要原因。

2020年，全球估计有5.95亿人患有骨关节炎，占全球人口的7.6%[1]。从1990年到2020年，骨关节炎病例总数增加了132.2%，预计到2050年，膝骨关节炎将增加74.9%，手骨关节炎将增加48.6%，髋骨关节炎将增加78.6%，其他关节类型的骨关节炎将增加95.1%[1]。尤其是老年人，几乎都面临着膝骨关节的退行性变病，导致生活质量严重下降。

骨关节炎的发病与多种系统性因素有关，包括饮食、遗传、骨密度和生化影响，如肥胖和肌肉无力[2]。人体正常的细胞外基质由聚集蛋白聚糖、透明质酸、糖胺聚糖和多种胶原蛋白组成。人体关节部位的慢性炎症导致的关节软骨成分的变化主要是破坏胶原结构、改变蛋白多糖含量、增加分解代谢酶活性，最终损害软骨细胞功能和促进软骨降解[3]。

在骨关节炎进展过程中，常常伴随着滑膜炎。滑膜炎可由多种因素引发，如线粒体功能障碍、细胞因子和损伤相关分子模式（DAMP），如HMGB1（高迁移率族B1）、晚期糖基化终末产物（AGEs）、受损软骨释放的S100A8、S100A9蛋白、失调的代谢产物和滑膜中存在的晶体（尿酸钠、羟基磷灰石和焦磷酸钙二水合物）[4]

因此，骨关节炎的病理变化的核心就是关节部位的持续性慢性炎症引起的整个关节部位的组织破坏。

2，膝骨关节炎的传统治疗

因为骨关节炎的病理基础是慢性炎症，已经炎症引起的关节疼痛，因此传统治疗注意涉及针对炎症和疼痛的治疗。传统药物选择有非甾体抗炎药（NSAIDs类药物）、阿片类药物、软骨保护类药物、糖皮质激素等，甚至可以采用富血小板血浆（PRP）或抗抑郁药物治疗。

但是，非甾体抗炎药显示出心血管、胃肠道、肾脏、肝脏和血液系统的不良反应，而且患者可能会上瘾并依赖这些药物，尤其是含有阿片类药物的非甾体抗炎药[5]。长期使用非甾体抗炎药治疗骨性关节炎可能无法提供持续的疼痛缓解和功能改善，而且随着时间的推移，其益处可能会减少[5]。对于保守治疗失败的晚期骨性关节炎，需要进行关节置换手术，如全膝关节置换术或髋关节置换术，以缓解疼痛并恢复功能。

目前的传统药物治疗常常很难确定满意的长期疗效，而且长期使用药物也会出现难控制的不良反应，影响了患者的药物依从性。因此，开发新的、能带来长期疗效的、从源头上减少炎症出现的治疗方式，已经是临床亟待解决的问题。

3，膝骨关节炎的干细胞外泌体治疗机理

虽然MSC治疗骨关节炎已经进入我国最新的诊疗指南，

但是MSC治疗骨关节炎存在多方面有待解决的临床应用难题，包括监管要求、细胞剂量、治疗方式、治疗效果等[6-9]。

2019年的一个meta分析提示MSC治疗骨关节炎在缓解疼痛和改善关节功能方面有不错的效果，但是促进软骨修复缺损方面没有差异[10]。

越来越多的证据表明，一个非常重要的MSC作用机制就是MSC通过分泌外泌体来发挥治疗作用[11]。因此，可以预见的是，MSC外泌体将成为非常重要的预防和治疗骨关节炎的重要手段。

MSC和MSC外泌体具有很强的抗炎特性，可以减少炎症，刺激软骨细胞增殖和分化，抑制细胞外基质成分的降解等作用，但是MSC外泌体不是细胞形态，具有多种优势，因此在缓解骨关节炎症状方面具有独特的有效性[12-14]。

因此，在2020年以后，干细胞外泌体治疗膝骨关节炎的研究进入了快速发展时期。

MSC外泌体的表面蛋白可以通过受体-配体相互作用与靶细胞结合，导致调节受体细胞中蛋白质产生和基因表达的mRNA或miRNA的转移[15]。骨形态发生蛋白（BMP-7）是BMP亚家族的一部分，促进基质分子的产生、再生和保存，并在骨关节炎动物模型中被发现具有软骨保护特性。据报道，BMP-7过表达的MSC释放外泌体可以促进M2极化，从而减少炎症[16]在小鼠模型中，MSC外泌体治疗已被证明可以缓解骨性关节炎的疼痛[17, 18]。MSC外泌体增加了从骨关节炎模型小鼠提取的软骨细胞中软骨生成基因Col2a1（II型胶原α1）和聚集蛋白聚糖的表达[19, 20]。MSC外泌体中的MATN3通过抑制PI3K/AKT/mTOR途径减少软骨损伤并抑制ECM的分解[21]

MSC外泌体还可以通过抑制WNT-β-catenin信号通路，主要通过作用于miR-376c-3p，减少骨关节炎导致的软骨细胞损失和滑膜纤维化[22]。ADAMTS9已被报道为骨关节炎的生物标志物[23]。MSC外泌体具有较高水平的miR-100-5p，直接靶向NADPH氧化酶4（NOX4），以减少ROS的产生和细胞凋亡[24]MSC外泌体治疗骨关节炎的主要作用机制有（a）增强软骨细胞（软骨细胞）增殖、迁移、增大和抑制软骨细胞凋亡来促进软骨生成（软骨形成）；（b）减少ADAMTS5和MMP-13等分解代谢标志物，抑制ECM异常增生和软骨退化；（c）抑制炎症和保护细胞免受氧化应激损伤[25]。

与自体干细胞外泌体相比，使用来自同种异体现成干细胞来源的外泌体可以提供一种更容易获得和可扩展的选择。随着该领域的成熟，有越来越多的机会进行精心设计的临床试验，以评估干细胞外泌体疗法对不同膝骨关节炎的安全性和有效性。

干细胞外泌体研究的持续进展为开发新的有效疗法解决各种骨关节炎疾病提供了巨大的潜力。而且，MSC外泌体相对稳定，可以比较方便地储存、运输和给药。因此，不仅是MSC本身可以治疗膝骨关节炎，MSC来源的干细胞外泌体已成为膝骨关节炎有前景的治疗途径[26, 27]。

4，干细胞外泌体治疗膝骨关节炎的临床研究

智利一名56岁的膝骨关节炎患者接受MSC外泌体关节腔注射治疗，单次注射、外泌体剂量为200亿个外泌体，治疗半年后患者的VAS评分从60降到0，WOMAC指数从79.6降到23，其中疼痛从13降到3、僵硬度从5降到2、膝关节功能从61.6降到18我国一项临床研究MSC外泌体治疗膝关节炎的临床研究，纳入41名患者的45个膝关节分为三个治疗组接受MSC外泌体治疗，3x1011个MSC外泌体治疗就能减轻关节疼痛，4x1011个MSC外泌体治疗可以降低日常生活困难评分（the difficulty in daily living score），5x1011个MSC外泌体治疗全面改善膝关节的功能[29]。