發布時間：2023-04-10 瀏覽量：0
前言
骨質疏松癥是一種全身性骨骼疾病，其特征是骨量低和骨質量下降，這兩者都會導致骨骼脆弱性的增加。當外力作用于骨質疏松部位時，更容易發生骨折，因此骨質疏松癥是骨折的一個重要危險因素。
此外，骨質疏松引起的骨折越來越普遍，特別是在55歲以上的婦女和65歲以上的男子中，它會造成一定的身心負擔，并會增加死亡率和額外的保健費用。
△圖片來源于攝圖網
目前可用的治療骨質疏松癥的藥物分為抗吸收調節劑，包括雌激素、雌激素受體調節劑、降鈣素和雙磷酸鹽，以及合成代謝療法，包括特立帕肽。這些藥物通常會引起不良反應，從而造成南轅北轍的效果。以特利帕肽為例，研究表明，有77%的服用20克的患者和78%服用40克的患者出現了不良副作用，包括關節疼痛、肌肉痙攣和疲勞等。雌激素治療方法已知對乳房和子宮具有一定的副作用，尤其是長期使用的患者。長期的降鈣素治療，由于產生循環抗體而導致耐受。雙磷酸鹽，目前最常見的治療骨質疏松癥的藥物，依然有較多的副作用，包括胃腸道刺激、骨及關節疼痛和頜骨骨壞死。
因此，當前開發一種具有高骨靶向性和低毒性的治療方法勢在必行。
而外泌體以其生物安全性高和具有強大的促成骨能力，可能成為一種很有運用前景的治療骨質疏松癥的生物藥物。
△圖1 健康骨骼與骨質疏松骨骼對比圖
外泌體的生物學功能
外泌體是直徑在30~120nm之間的納米級囊泡，是廣泛分布于幾乎所有生物液體中的細胞外囊泡，包括血漿、尿液、唾液、腹水、羊水、乳酸和腦脊液等。
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]。有趣的是，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
外泌體的治療優勢
與傳統療法相比，外泌體療法有幾個優點。
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。
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，外泌體具有很好的治療潛力，有望成為治療骨質疏松癥的可靠的新方法。
△圖片來源于攝圖網
隨著研究方法的進步，也會有更多的外泌體被發現，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。
部分文字來源于網絡
~end~
參考文獻：
[1] Liang, Y., Xu, X., Li, X., Xiong, J., Li, B., Duan, L., et al. (2020). Chondrocyte targeted MicroRNA delivery by engineered exosomes toward a cell-free osteoarthritis therapy. ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 36938–36947. doi: 10. 1021/acsami.0c10458
[2] Liu, S., Liu, D., Chen, C., Hamamura, K., Moshaverinia, A., Yang, R., et al. (2015). MSC transplantation improves osteopenia via epigenetic regulation of notch signaling in lupus. Cell Metab. 22, 606–618. doi: 10.1016/j.cmet.2015.08.018
[3] Lobb, R. J., Becker, M., Wen, S. W., Wong, C. S., Wiegmans, A. P., Leimgruber, A.,et al. (2015). Optimized exosome isolation protocol for cell culture supernatant and human plasma. J. Extracell Vesicles 4:27031.
[4]Loftus,A.,Cappariello,A.,George,C.,Ucci,A.,Shefferd,K.,Green,A.,etal.(2020). Extracellular vesicles from osteotropic breast cancer cells affect bone resident cells. J. Bone. Miner. Res. 35, 396–412. doi: 10.1002/jbmr.3891
[5] Manolagas, S. C., and Parfitt, A. M. (2010). What old means to bone. Trends Endocrinol. Metab. 21, 369–374. doi: 10.1016/j.tem.2010.01.010
