細胞實驗證實間充質干細胞來源的細胞外囊泡促進人類軟骨再生
細胞實驗證實間充質干細胞來源的細胞外囊泡促進人類軟骨再生
Mesenchymal Stromal/stem Cell-derived Extracellular Vesicles Promote Human Cartilage Regeneration In Vitro.
間充質干細胞具有強大的增殖能力和多向分化潛能，在適宜的體內或體外環(huán)境下不僅可以分化為造血細胞，還可以分化為成骨細胞、軟骨細胞、基質細胞等。此外，間充質干細胞獲取方便，易于分離、培養(yǎng)、擴增和純化，多次傳代擴增后仍具有干細胞特性，不存在免疫排斥特性。以上特點使得間充質干細胞被廣泛應用于人類組織器官衰老和損傷的修復。骨關節(jié)炎（OA）是一種風濕性疾病，能夠導致慢性疼痛和殘疾，目前沒有十分有效的治療方法。近年來，間充質干細胞來源的細胞外囊泡在各種生理和病理情況下的功能作用逐漸受到關注。近期發(fā)表在Theranostics（IF=8.77）上的文章《Mesenchymal Stromal/stem Cell-derived Extracellular Vesicles Promote Human Cartilage Regeneration In Vitro》通過體外實驗證實了間充質干細胞來源的細胞外囊泡對人軟骨再生的促進作用，并一定程度上揭示了其作用機制。作者研究了人類骨髓來源的MSC（BMMSC）分泌的細胞外囊泡（EV）在人OA軟骨修復中的作用。為了檢測BMMSC-EVs對OA軟骨炎癥的作用，作者使用BMMSC-EV處理TNF-α刺激的OA軟骨細胞單層培養(yǎng)物，48小時后通過qRT-PCR測量促炎基因表達。為了評估BMMSC-EV對軟骨再生的影響，將BMMSC-EV添加到人OA軟骨細胞的再生培養(yǎng)物中，4周后對糖胺聚糖含量進行分析。此外，對再生組織的石蠟切片進行蛋白聚糖和II型膠原染色。研究結果表明，BMMSC來源EV能夠抑制炎癥介質對軟骨穩(wěn)態(tài)的不利影響。當與OA軟骨細胞共培養(yǎng)時，BMMSC-EV消除了TNF-α介導的COX2和促炎白細胞介素的上調并抑制TNF-α誘導的膠原酶活性。BMMSC-EVs還促進體外軟骨再生。將BMMSC-EV添加到從OA患者分離的軟骨細胞的培養(yǎng)物中刺激這些細胞產(chǎn)生蛋白聚糖和II型膠原。以上結果表明BMMSC-EV可以是軟骨修復的重要介質，作為軟骨再生和骨關節(jié)炎的新型治療劑具有很大的前景。
技術路線
實驗結果
1. 兩個獨立健康供體的骨髓來源的MSC分泌外泌體標記物陽性的細胞外囊泡
圖1： 細胞外囊泡特征鑒定。A） Western blot結果顯示CD63、CD9和鈣連接蛋白表達呈陽性。B) 電鏡結果顯示BMMSC-EVs大小不均一，其中CD9和CD63陽性的EVs大小在40nm到150nm，與外泌體大小一致。
2. 骨關節(jié)炎軟骨細胞內化BMMSC來源的EVs
圖2 骨關節(jié)炎來源的軟骨細胞攝取BMMSC-EVs
3. BMMSC-EV抑制骨關節(jié)炎患者軟骨細胞中TNF-α誘導的炎性反應
圖3：3.BMMSC-EV抑制骨關節(jié)炎患者軟骨細胞中TNF-α誘導的炎性反應。A) B)6名骨關節(jié)炎患者的軟骨細胞分別用BMMSC-EVs，BMMSC條件培養(yǎng)基(BMMSC-CM)或去除EVs的BMMSC-CM (BMMSC-EDCM)處理，qRT-PCR檢測軟骨細胞基因表達水平。C) 4名骨關節(jié)炎病變軟骨細胞用BMMSC-EVs處理48h或/并用TNF-α處理24h后檢測膠原蛋白酶活性；D) BMMSC-EV孵育拯救TNF-α抑制的OA軟骨細胞的增殖。
4. BMMSC-EV在骨關節(jié)炎軟骨細胞中抑制TNF-α誘導的促炎性NF-κB信號傳導
圖4：BMMSC-EV在骨關節(jié)炎軟骨細胞中抑制TNF-α誘導的促炎性NF-κB信號傳導。A) B)BMSC-EVs抑制TNF-α誘導的NF-κB p65亞基核轉位；C）BMMSC-EV消除TNF-α誘導的IκBα磷酸化。
5. BMMSC-EV促進骨關節(jié)炎軟骨細胞產(chǎn)生蛋白多糖和II型膠原
圖5：BMMSC-EV促進骨關節(jié)炎軟骨細胞產(chǎn)生蛋白多糖和II型膠原。A) B) BMMSC-EV在OA軟骨細胞中上調蛋白質水平的蛋白聚糖表達。C)BMMSC-EVs上調骨關節(jié)炎軟骨細胞中ACAN的表達水平。
6. BMMSC-EVs通過骨關節(jié)炎軟骨細胞促進蛋白聚糖和II型膠原產(chǎn)生
圖6：BMMSC-EVs通過骨關節(jié)炎軟骨細胞促進蛋白聚糖和II型膠原產(chǎn)生。A) BMMSC-EVs上調骨關節(jié)炎軟骨細胞collagenII蛋白表達水平; B) COLII表達在BMMSC-EVs處理的骨關節(jié)炎軟骨細胞中顯著升高; C) 軟骨細胞再生相關的基因表達在BMMSC-EVs處理后，表達量顯著升高；D) 肥大軟骨細胞分化相關的基因表達在BMMSC-EVs處理后顯著下調; E) BMMSC-EVs促進骨關節(jié)炎軟骨細胞代謝活性; F) BMMSC-EVs促進骨關節(jié)炎軟骨細胞增殖。
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