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外泌體在顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎治療中的應(yīng)用進(jìn)展

2024-03-08 05:47:40朱凱杰陳建治
中國現(xiàn)代醫(yī)生 2024年5期
關(guān)鍵詞:間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體

朱凱杰 陳建治

[摘要]?顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(temporomandibular?joint?osteoarthritis,TMJOA)是一種慢性退行性疾病,患者可出現(xiàn)急慢性滑膜炎、軟骨退化、軟骨下骨吸收等臨床表現(xiàn)。間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal?stem?cell,MSC)是組織工程修復(fù)的關(guān)鍵成員之一,在骨關(guān)節(jié)炎的治療中其主要通過外泌體(exosome,Exo)發(fā)揮作用。本文以MSC-Exo為重點(diǎn),闡述不同治療策略在TMJOA治療中的特點(diǎn),綜述MSC-Exo在TMJOA治療中的作用、優(yōu)勢及優(yōu)化方法等研究進(jìn)展。

[關(guān)鍵詞]?顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎;間充質(zhì)干細(xì)胞;外泌體;生物支架

[中圖分類號]?R782????[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]?A ????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.05.027

顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(temporomandibular?joint?osteoarthritis,TMJOA)是一種發(fā)病率高、常影響患者生活質(zhì)量的慢性退行性疾病。針對TMJOA的治療,臨床上多以對癥治療為策略來緩解疼痛,減輕炎癥,但已受損組織無法恢復(fù)[1]。近年來,不同來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal?stem?cell,MSC)對骨關(guān)節(jié)炎的治療潛能被發(fā)掘,但MSC細(xì)胞治療策略也存在不足。越來越多的研究者認(rèn)為,外泌體(exosome,Exo)是MSC發(fā)揮生物活性的重要途徑,具有與MSC相當(dāng)?shù)淖饔眯Ч型蔀橹委烼MJOA的新一代制劑。本文以MSC-Exo為重點(diǎn),闡述不同治療策略在TMJOA治療中的特點(diǎn),綜述MSC-Exo在TMJOA治療中的作用、優(yōu)勢及優(yōu)化方法等研究進(jìn)展。

1??TMJOA的傳統(tǒng)治療方法

多數(shù)TMJOA患者的癥狀會隨著時間的推移而有所緩解,但TMJOA不斷進(jìn)展會引起髁突發(fā)生軟骨吸收。TMJOA的治療手段根據(jù)病損嚴(yán)重程度確定。當(dāng)前,TMJOA的治療原則以緩解癥狀、改善功能和減緩進(jìn)展為主,可分為非手術(shù)治療和手術(shù)治療。非手術(shù)治療(即保守治療)包括藥物治療、咬合板治療、物理治療、局部注射治療、心理干預(yù)、健康宣教等,治療周期一般為6個月及以上[2]。手術(shù)治療適用于經(jīng)保守治療預(yù)后差、癥狀嚴(yán)重者,尤其是引起髁突生長發(fā)育不利者。手術(shù)治療術(shù)式主要包括關(guān)節(jié)穿刺術(shù)、關(guān)節(jié)鏡手術(shù)、關(guān)節(jié)盤錨固術(shù)、自體組織移植術(shù)、人工關(guān)節(jié)置換術(shù)等。手術(shù)治療具有見效快、療效顯著的特點(diǎn),但創(chuàng)傷性大,且關(guān)節(jié)區(qū)周圍的血管神經(jīng)豐富,存在術(shù)區(qū)麻木、面神經(jīng)損傷、咀嚼肌萎縮等術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險[3]。

2??MSC概述

隨著組織工程技術(shù)的興起,細(xì)胞治療策略逐步應(yīng)用于臨床治療。骨髓、脂肪、關(guān)節(jié)等來源的MSC表現(xiàn)出抗炎、促分化及組織再生等潛力,是再生治療策略的種子細(xì)胞。因髁突軟骨為無血管結(jié)構(gòu),缺乏足夠的血氧、營養(yǎng)供應(yīng)和分子交換,自我修復(fù)能力有限,軟骨及軟骨下骨一旦損傷,則難以自行修復(fù)。MSC在TMJOA治療中的作用機(jī)制:①逆轉(zhuǎn)骨關(guān)節(jié)炎軟骨基質(zhì)的損失,提高深層軟骨細(xì)胞中降解基質(zhì)的清除活性,增強(qiáng)軟骨再生潛力,促進(jìn)纖維軟骨組織形成;②減緩軟骨下骨的損失,優(yōu)化軟骨下骨的改建,恢復(fù)髁突表面的骨完整性和光滑度;???③降低炎癥因子的表達(dá),減少炎癥對軟骨細(xì)胞基質(zhì)代謝的影響;④調(diào)節(jié)先天性和獲得性免疫,改善免疫微環(huán)境,從而保護(hù)軟骨[4-7]。盡管大量研究證實(shí)MSC在TMJOA治療中確有效果,但實(shí)際應(yīng)用仍有局限性:①M(fèi)SC的細(xì)胞活性和功能受供體年齡的影響;②因MSC具有不斷增殖、凋亡誘導(dǎo)不敏感等特點(diǎn),存在腫瘤形成風(fēng)險;③考慮細(xì)胞的免疫原性生物學(xué)風(fēng)險,接受MSC療法的受體可能有免疫學(xué)風(fēng)險;④細(xì)胞自身可攜帶遺傳性疾病、傳染性疾病,存在潛在的傳播感染風(fēng)險;⑤細(xì)胞擴(kuò)增后,細(xì)胞的衰老和去分化導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)量不一致[6,8]。

3??Exo

既往研究顯示,MSC主要通過兩種機(jī)制顯示其治療特征:①涉及細(xì)胞因子和激素的旁分泌因子介導(dǎo)機(jī)制;②涉及RNA和其他分子的Exo介導(dǎo)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),MSC-Exo可模擬MSC的大部分生物學(xué)特性,誘導(dǎo)受體細(xì)胞的生物反應(yīng)[9]。

3.1??Exo概述

Exo是多泡體與細(xì)胞膜融合后,分泌至細(xì)胞外間隙的一種納米級囊泡樣細(xì)胞結(jié)構(gòu),其直徑為30~140nm。1983年,Pan等[10]研究發(fā)現(xiàn),其是綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟過程中的細(xì)胞代謝產(chǎn)物,這是關(guān)于Exo最早的研究報道。Exo有多種細(xì)胞和組織來源,如MSC、軟骨細(xì)胞、脂肪組織、富血小板血漿、牙髓干細(xì)胞、人脫落乳牙牙髓干細(xì)胞等,其內(nèi)容物的成分根據(jù)母體細(xì)胞種類的不同而具有特異性[11]。具體而言,內(nèi)容物包括不同類型的信使RNA、微RNA、蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)等,可誘導(dǎo)受體細(xì)胞的一系列生物反應(yīng)[12]。母體細(xì)胞通過Exo將信號傳遞至靶細(xì)胞,而不需要細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸。因此,Exo被視為是攜帶生物信號分子的載體,對細(xì)胞間通訊起至關(guān)重要的作用。

3.2??MSC-Exo促進(jìn)軟骨修復(fù)的作用機(jī)制

3.2.1??恢復(fù)生物能量穩(wěn)態(tài)??生物能量穩(wěn)態(tài)對維持細(xì)胞的正?;顒虞^為重要。線粒體是細(xì)胞的產(chǎn)能細(xì)胞器,線粒體電子傳遞鏈?zhǔn)蔷€粒體氧化磷酸化生成腺苷三磷酸(adenosine?triphosphate,ATP)的關(guān)鍵要素[13]。研究發(fā)現(xiàn),TMJOA發(fā)生時,受損區(qū)的軟骨細(xì)胞線粒體數(shù)量減少,線粒體電子傳遞鏈活性降低,線粒體的生物產(chǎn)能下降,這直接導(dǎo)致ATP產(chǎn)量減少,能量穩(wěn)態(tài)被破壞。細(xì)胞能量損失可激發(fā)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激、細(xì)胞因子誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞炎癥、軟骨細(xì)胞基質(zhì)合成紊亂、軟骨細(xì)胞凋亡、軟骨基質(zhì)分解和鈣化[14]。MSC-Exo攜帶大量的糖酵解酶和ATP合成酶,通過這些酶的作用增加ATP產(chǎn)量,補(bǔ)償TMJOA軟骨細(xì)胞中線粒體低產(chǎn)能而損失的能量,恢復(fù)生物能量穩(wěn)態(tài)。因此,MSC-Exo對維持受損軟骨的修復(fù)和再生所需的能量穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

3.2.2??免疫調(diào)節(jié)??促炎因子的釋放會加速TMJOA的疾病進(jìn)展。在受損區(qū)滑膜組織中,滑膜細(xì)胞可產(chǎn)生促炎因子。而作為免疫細(xì)胞的巨噬細(xì)胞對炎癥環(huán)境的調(diào)節(jié)亦較為重要。經(jīng)典活化的M1型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生并分泌腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1、IL-6、IL-12、環(huán)氧合酶-2及基質(zhì)金屬蛋白酶等促炎因子,參與TMJOA的發(fā)生發(fā)展過程,抑制MSC向軟骨細(xì)胞分化[15]。相反,交替活化的M2型巨噬細(xì)胞則通過誘導(dǎo)IL-4、IL-13、IL-10等參與抗炎反應(yīng)[16-17]。Liu等[18]研究表明,炎癥刺激下MSC所分泌的Exo可顯著促進(jìn)細(xì)胞增殖,改善細(xì)胞遷移,促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的分化。在大鼠模型中,Exo治療組CD163+標(biāo)記的M2型巨噬細(xì)胞比CD86+標(biāo)記的M1型巨噬細(xì)胞的滲透率更高,IL-1β和腫瘤壞死因子-α的表達(dá)也減少[19]。

3.2.3??誘導(dǎo)細(xì)胞增殖??髁突軟骨主要由軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成,軟骨細(xì)胞是維持軟骨基質(zhì)穩(wěn)定的重要因素,調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)的合成和分解平衡,軟骨細(xì)胞的數(shù)量及活性影響TMJOA的發(fā)生發(fā)展[20]。炎癥、異常機(jī)械應(yīng)力等會加速軟骨受損、基質(zhì)分解,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。維持軟骨細(xì)胞的數(shù)量對改善TMJOA至關(guān)重要。當(dāng)軟骨受到損傷,細(xì)胞會發(fā)出信號分子,刺激免疫原性細(xì)胞清理受損細(xì)胞。CD73是一種糖蛋白,在MSC-Exo中含量豐富,CD73可催化細(xì)胞外的腺苷一磷酸轉(zhuǎn)化為腺苷。研究表明,轉(zhuǎn)化而得的腺苷可與腺苷受體相互作用,激活蛋白激酶B(protein?kinase?B,Akt)和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular?signal-regulated?kinase,ERK)信號通路磷酸化,進(jìn)而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞增殖[21]。此外,MSC-Exo還含有生長分化因子-5、轉(zhuǎn)化生長因子-β、血小板衍生生長因子等,其均可激活A(yù)kt和ERK信號通路,通過參與調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá),誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的增殖[22]。

3.3??Exo的生物學(xué)優(yōu)勢

研究發(fā)現(xiàn),Exo對損傷組織的再生效果與MSC相似。相比MSC,Exo作為新型生物制劑的優(yōu)勢包括:①Exo作為非細(xì)胞制劑,其腫瘤形成和免疫原性風(fēng)險遠(yuǎn)低于MSC;②借助Exo膜特異性蛋白的靶向效應(yīng),Exo將所攜帶的生物活性因子作用于靶細(xì)胞受體而發(fā)揮作用;③低細(xì)胞毒性,可減少細(xì)胞病原體的直接傳播;④Exo可被改造成親水性或疏水性藥物載體,將藥物定向遞送至靶細(xì)胞;⑤Exo可長期保存,隨時可利用,為臨床快速應(yīng)用提供便利[23-24]。邢超等[25]研究發(fā)現(xiàn),骨髓MSC-Exo可促進(jìn)髁突軟骨細(xì)胞增殖,增加細(xì)胞色素氧化酶Ⅱ、細(xì)胞色素氧化酶Ⅲ基因的表達(dá),有效促進(jìn)髁突軟骨的修復(fù)和再生。駱瑜等[26]研究發(fā)現(xiàn),將牙髓干細(xì)胞來源的Exo植入兔顳下頜關(guān)節(jié)軟骨損傷區(qū),發(fā)現(xiàn)其可顯著提高軟骨的修復(fù)能力。但Exo的半衰期較短,進(jìn)入血液后被肝臟和脾臟中的巨噬細(xì)胞迅速吞噬。

3.4??基于Exo的組織工程優(yōu)化

局部注射Exo可能存在濃度不足和Exo血漿半衰期短等問題,開發(fā)有效、緩慢釋放Exo的生物支架成為趨勢。理想的MSC-Exo支架材料特征:①使Exo保留于受損組織處,并保持其生物活性和結(jié)構(gòu)完整性;②使Exo充分、緩慢地釋放到基質(zhì)中;③支架與受損組織整合為一體,以促進(jìn)周圍細(xì)胞遷移到支架中,使MSC-Exo被細(xì)胞充分利用[27]。Bellio等[28]對基于支架的軟骨再生在TMJOA治療中的療效進(jìn)行系統(tǒng)綜述,證實(shí)與生物組分組合的生物支架可進(jìn)一步增強(qiáng)TMJOA中軟骨再生的潛力。Liu等[29]利用光誘導(dǎo)的脯氨酸交聯(lián)水凝膠作為Exo的支架,以無細(xì)胞組織貼片方式使用,發(fā)現(xiàn)貼片可有效保留Exo,并在體外正向調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞和骨髓MSC,促進(jìn)受損部位軟骨細(xì)胞和基質(zhì)的沉積,加速軟骨修復(fù),表明水凝膠作為Exo支架材料具有良好的生物相容性和軟骨整合性。此外,Chen等[30]開發(fā)一種軟骨細(xì)胞外基質(zhì)-明膠甲基丙烯酸酯-Exo的3D遞送支架,該支架具有徑向通道和細(xì)胞募集能力。在軟骨損傷的兔模型中,其可恢復(fù)軟骨細(xì)胞的線粒體功能,增強(qiáng)細(xì)胞遷移,極大促進(jìn)軟骨的再生及軟骨下骨的重塑。值得一提的是,生物支架能有效控制Exo的釋放,在一定程度上解決Exo半衰期短的問題。水凝膠、3D打印支架可能在未來成為基于Exo的TMJOA軟骨再生和修復(fù)的組織工程修復(fù)手段。

除聯(lián)合生物支架外,Exo還可作為藥物載體應(yīng)用于疾病治療,因Exo主要通過內(nèi)吞、直接膜融合或胞飲作用進(jìn)入細(xì)胞,釋放內(nèi)容物而發(fā)揮生物學(xué)作用。目前,已有學(xué)者借助基因工程或物理、化學(xué)負(fù)載修飾Exo的表面結(jié)構(gòu),提高其進(jìn)入細(xì)胞的效率,調(diào)節(jié)Exo內(nèi)容物而增強(qiáng)生物效能。Wang等[31]研究提示,miR-155-5p過表達(dá)的滑膜MSC-Exo較滑膜MSC-Exo可進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和胞外基質(zhì)分泌。借助生物支架、基因工程、物理化學(xué)刺激等技術(shù)可優(yōu)化Exo的生物活性,意義深遠(yuǎn)。

4??小結(jié)與展望

本文綜述TMJOA的傳統(tǒng)治療方法,闡明MSC在TMJOA治療中的作用機(jī)制及其不足之處。Exo的興起為顳下頜關(guān)節(jié)軟骨再生領(lǐng)域注入新鮮而有力的血液。目前Exo的研究仍以動物實(shí)驗(yàn)為主,研究深度和廣度仍有待提高。除進(jìn)一步探索Exo的生物學(xué)特性、作用機(jī)制之外,不同MSC來源Exo的作用特性,Exo的分離、成分測定、保存技術(shù),相關(guān)理想支架材料的開發(fā)等領(lǐng)域也有待深入研究。綜上所述,MSC-Exo已在TMJOA新型治療方法中初露頭角,期待其在臨床發(fā)揮更大潛力。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。

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(收稿日期:2023–04–17)

(修回日期:2023–05–02)

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