發布時間：2024-01-10 瀏覽量：0
骨質疏松癥嚴重影響著患者，尤其是老年患者的生活質量。隨著人口老齡化的不斷加劇，骨質疏松癥愈發成為影響我國老年人群健康的一大疾病。數據顯示，我國50歲以上患病人數已達9000多萬。女性發病率遠遠高于男性，占骨質疏松癥的80%。
關于骨質疏松癥
骨質疏松癥 (osteoporosis，OP) 的發病機制是多方面和多因素的，衰老和雌激素分泌減少所致的骨質流失是造成原發性OP 的主要原因。
成骨細胞、骨細胞和破骨細胞是成熟骨組織中的三種主要細胞類型。成骨細胞負責新骨形成，發育為成熟的骨細胞。破骨細胞的作用是促進骨吸收。與正常骨代謝相比，骨質疏松癥由更高比例的骨吸收引起。這種不平衡是破骨細胞擴張增加和成骨細胞分化不足共同作用的結果[6]。
現有的治療仍然以藥物為主，如鈣和維生素D、甲狀旁腺激素、降鈣素、雌激素和選擇性雌激素受體調節劑、雙膦酸鹽類等。但是這些藥物均有不良反應，如持續補充雌激素與心血管不良事件和乳腺癌的發生有關，雙磷酸鹽會導致非典型股骨骨折和頜骨壞死等[7]。這些副反應嚴重限制了OP患者接受度和治療效果。因此，更安全、有效的治療方法在臨床上意義重大。
近年來，干細胞及其外泌體在眾多臨床研究案例中有著向好積極的表現，并且外泌體生物安全性高和具有強大的促成骨能力，可能成為一種很有潛力的針對骨質疏松的辦法。
△圖1 健康骨骼與骨質疏松骨骼對比圖
關于外泌體
幾乎所有的細胞，包括B細胞、T細胞、樹突狀細胞、肥大細胞和內皮細胞都能分泌外泌體[1]。外泌體作為腔內內核小泡，在多泡體(MVBs)與質膜融合時由胞吐作用釋放(圖2)。外泌體膜主要由脂質和蛋白質組成，外泌體腔內富含生物活性分子，包括蛋白質、脂質、代謝物、mRNA、microRNA (miRNA)和其他非編碼RNA (ncRNA)。外泌體通過蛋白質和生物活性脂質配體直接激活細胞表面受體，并啟動其膜內容物與細胞質膜受體的融合，通過傳遞脂質、蛋白質和核酸，在調控受體細胞生物活性方面發揮著重要作用。
通過這種方式，外泌體不僅參與正常生理的維持，如干細胞的維持、組織修復、器官發育、造血功能等，還參與疾病過程，如癌癥轉移和血管生成。
△圖2:外泌體的生物發生和與靶細胞的相互作用
在它們的攜帶的物質中，外泌體腔內的miRNA已引起越來越多的關注。miRNA是一類非編碼RNA，通過靶向mRNA進行切割或翻譯抑制，在受體細胞中發揮調節作用。
此外，一些miRNA，如腫瘤分泌的miRNA-21和miRNA-29a，具有作為配體結合toll樣受體(TLRs)然后激活免疫細胞的能力[2]。lncRNA是一種長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，已知參與各種生物學過程，在骨形成和再生中發揮重要作用。目前公認lncRNAs主要通過RNA與RNA或RNA與DNA的相互作用調控RNA和蛋白質相關活動。
外泌體調節成骨細胞的增殖與活化
骨骼中大約有6%的常駐細胞是成骨細胞，這對骨骼的生長和維持是必不可少的。此外，成骨細胞負責骨基質的合成和鈣化，增加骨密度，防止脆性骨折。
來自不同細胞或功能狀態不同細胞的外泌體可能對成骨細胞有顯著不同的作用。間充質干細胞來源的外泌體主要通過miRNA-196a刺激成骨細胞分化、活化和增殖，在體內促進骨形成。破骨細胞來源的外泌體被證明可以通過miRNA-214-3p抑制成骨細胞活性來減少骨形成。
一項研究發現，絕經后老年女性和老年男性的miRNA-214水平升高，表明miRNA-214直接靶向ATF4來抑制成骨細胞活性，miRNA-214可促進體外成骨細胞活性和基質鈣化[3]。盡管腫瘤患者通常表現出骨質疏松癥，但來自腫瘤的外泌體可以刺激成骨細胞增殖和活化。用乳腺癌細胞來源的外泌體處理的成骨細胞數量、代謝活性和堿性磷酸酶(ALP)活性下降。同樣，前列腺癌細胞來源的外泌體使成骨細胞增殖增加1.5倍。
△圖3 外泌體調控成、破骨細胞生理過程
外泌體調節破骨細胞的分化和活性
一項研究表明，與來自成骨細胞和骨髓間充質干細胞的外泌體相比，內皮細胞來源的外泌體表現出更有效的骨靶向，通過miRNA-155抑制破骨細胞分化和活性[4]。
骨質疏松癥的臨床治療通常側重于抑制破骨細胞的過度激活，而外泌體可能是未來這方面的一個有前途的候選者。越來越多的證據表明，外泌體強烈抑制破骨細胞分化和活性，在體外和動物研究中有效逆轉骨質疏松癥。
與其他外泌體相比，內皮細胞來源的外泌體具有靶向骨的優勢。值得注意的是，外泌體miRNA被認為是參與破骨細胞分化和活性的基因表達調控的重要組成部分，如內皮細胞來源的外泌體miRNA-155、miRNA-503、miRNA-133a和miRNA-422a，這可能為未來開發抗骨質疏松癥藥物提供潛力，但是需要臨床試驗來評估這些外泌體對人體的影響。
△圖4骨的OPG-RANK-RANKL通路
調節破骨細胞相關基因表達
外泌體的優勢
與傳統療法相比，外泌體有幾個優點。
首先，外泌體的免疫原性較低。人類骨髓來源的間充質干細胞在其細胞表面表達MHC-I分子，導致免疫排斥。然而，動物研究表明，外泌體可以促進骨形成，而沒有任何不良事件。此外，外泌體毒性低。近年來，藥物載體，特別是納米級藥物載體受到了廣泛的關注，但由于其合成的脂膜導致不可避免的毒性反應，其應用受到了限制。外泌體作為天然內源性納米微泡，在體內和體外試驗中均未顯示出誘導毒性。
再就是，外泌體提供了極好的靶向性。例如，破骨細胞外泌體可以通過EphrinA2靶向成骨細胞[5]。外泌體也顯示出很大的滲透性，有研究表明外泌體可以穿透細胞膜和生物屏障。
研究表明外泌體具有出色的穩定性，通過溫和超聲將紫杉醇合并到外泌體中可以在各種條件下保持穩定超過一個月。最后，可以通過改造或材料加載來增強其功能。
鑒于上述優勢，外泌體在通過骨組織工程治療骨質疏松癥和作為靶向運載工具方面具有很強的潛力。在骨組織工程中，裝載材料的外泌體在骨折后骨質疏松癥患者中具有獨特的優勢。外泌體作為靶向傳遞載體，也可以有效地裝載miRNA和siRNA等化合物。
未來展望
外泌體是一種天然的膜囊泡，通過傳遞它們的貨物，包括蛋白質，以及編碼和非編碼RNA，參與細胞間的通信。
鑒于外泌體的低免疫原性和毒性等固有優勢，外泌體具有很好的臨床研究潛力，有望成為針對于骨質疏松癥的可靠新方法。
隨著研究方法的進步，其作用于骨質疏松的具體機制也會更加深入，相信未來外泌體在骨質疏松癥早期預防、早期診斷及抗骨質疏松生物靶向藥物的研發方面會有極高的應用價值，將為骨質疏松癥患者帶來希望。
【注】文章內容旨在科普細胞知識，進行學術交流分享，了解行業前沿發展動態，不構成任何應用建議。