综述：骨软骨疾病中的表观遗传交互作用：细胞外囊泡的新兴作用

本综述系统阐述了细胞外囊泡（EVs）作为表观遗传信息载体（如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA）在骨软骨疾病中的关键作用。文章重点探讨了不同来源EVs（如MSC-EVs, OB-EVs）通过调控关键信号通路（如Wnt/β-catenin, BMP/Smad, PI3K/AKT）影响骨稳态和软骨再生的机制，并展望了基于EVs的表观遗传疗法（如富含miRNA的EVs、表观药物Epidrugs）作为骨关节炎（OA）、骨质疏松等肌肉骨骼疾病治疗新策略的巨大潜力。

　　

1. 引言

骨与软骨因其有限的自我再生能力，其损伤修复一直是临床面临的重大挑战。细胞移植等传统疗法存在免疫排斥和致瘤性风险。近年来，细胞外囊泡（EVs）作为细胞间通讯的关键介质，在再生医学领域展现出巨大应用前景。尤其值得注意的是，EVs能够携带丰富的生物活性分子，包括脂质、蛋白质和核酸，通过重编程表观遗传机制（如组蛋白翻译后修饰PTMs或DNA甲基化）来调控靶细胞的基因表达和功能，为治疗骨软骨疾病提供了新的视角和工具。

2. 肌肉骨骼疾病中细胞外囊泡的多样来源

EVs是由细胞释放的膜性囊泡，根据其生物发生和大小，主要分为外泌体（30–150 nm）、微泡（200–1000 nm）和凋亡小体（800–5000 nm）。所有细胞均可释放EVs，但其 cargo（内容物）因其来源细胞的不同而具有显著异质性，从而发挥不同的生物学功能。

2.1. 成骨细胞来源的EVs（OB-EVs）

OB-EVs参与骨细胞间的通讯，并可作为治疗药物的递送载体。研究表明，OB-EVs能够运载抗骨吸收药物（如唑来膦酸），在体外和体内模型中抑制破骨细胞活性。此外，OB-EVs还能通过调节氧化还原依赖的信号通路，影响骨肉瘤细胞的线粒体能量代谢和侵袭性。地塞米松诱导的OB-EVs（OB-EV_Dex）与BMP-2联合应用时，可显著上调成骨相关基因（如RUNX2、BGLAP/OCN、SPP1/OPN等）的表达，促进成骨分化。

2.2. 破骨细胞来源的EVs（OC-EVs）

OC-EVs是骨重塑过程中细胞通讯的重要参与者。研究发现，经唑来膦酸（ZA）处理的破骨细胞所释放的OC-EVs，能够通过上调miR-146a-5p和miR-322-3p等miRNA的水平，表观遗传地调节破骨细胞的分化。OC-EVs还可能通过递送RANKL等分子来影响成骨细胞和骨细胞的活动，从而协调骨吸收与骨形成之间的平衡。

2.3. 间充质干细胞来源的EVs（MSC-EVs）

MSC-EVs在骨软骨疾病治疗中研究最为广泛。与MSCs相比，MSC-EVs具有更低的免疫原性和更好的安全性，其治疗作用主要源于其旁分泌效应。MSC-EVs富含多种miRNA（如miR-335、miR-206）和免疫调节因子（如TGF-β、PD-L1），可通过激活Wnt/β-catenin、BMP-2/Smad1/RUNX2等信号通路，促进成骨分化、血管生成，并抑制炎症反应和细胞外基质（ECM）降解。例如，人骨髓MSC来源的EVs（BMSC-EVs）能够抑制TNF-α刺激的骨关节炎（OA）软骨细胞中NF-κB信号通路，增加蛋白聚糖和II型胶原的合成，从而促进软骨修复。

2.4. 软骨细胞来源的EVs（Ch-EVs）

Ch-EVs在促进软骨形成方面具有积极作用。它们能够显著提高软骨形成标志物（如ACAN、COL2A1、SOX-9）的表达，促进软骨细胞的增殖和分化。有趣的是，Ch-EVs还能作为机械信号的传递者，例如，它们可以将机械敏感性miR-221-3p传递给成骨细胞，从而抑制成骨性骨形成，这揭示了软骨下骨对话的一种新型表观遗传机制。

3. 细胞外囊泡作为骨软骨疾病中信号通路激活的调节剂

EVs通过其携带的 cargo 调控多种关键信号通路，进而影响骨软骨的稳态。

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  成骨与骨形成：MSC-EVs和OB-EVs可通过激活BMP-2/Smad1/RUNX2、PI3K/AKT和Wnt/β-catenin通路，诱导成骨分化，增强成骨细胞增殖。
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  血管生成：BMSC来源的外泌体（MSC-Exos）可通过HIF-1α/VEGF通路促进骨折部位的血管生成，为骨再生提供支持。
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  软骨保护与再生：富含miR-23a-3p的EVs通过抑制PTEN激活PI3K/AKT通路，促进软骨细胞存活和ECM合成。AD-MSC-EVs则可通过递送miR-100-5p抑制mTOR信号，从而抑制软骨细胞凋亡，增强软骨稳态。
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  炎症与疾病调控：AD-MSC-EVs能够抑制IL-1β或TNFα诱导的IκBα磷酸降解和NF-κB p65核转位，同时抑制AP-1的激活，从而减轻OA中的炎症级联反应和组织损伤。

4. 表观遗传靶向治疗骨软骨相关疾病的潜力

表观遗传学机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA（ncRNAs），在骨软骨疾病的发病机制中扮演着核心角色。

4.1. DNA甲基化

DNA甲基转移酶（DNMTs）在CpG岛添加甲基基团，通常导致基因沉默。在骨软骨疾病中，特定基因启动子区的甲基化状态改变会影响其表达。例如，OA软骨细胞中MMP13启动子的去甲基化导致其表达上调，加剧软骨破坏。相反，成骨分化关键基因（如RUNX2、SOX9）启动子的低甲基化则促进MSCs的成骨/成软骨分化。此外，ncRNAs（如miRNA、lncRNA）本身的表达也受DNA甲基化调控，进而影响其靶基因网络。EVs可作为表观遗传信息的载体，例如，骨肉瘤基质细胞来源的EVs能够影响肿瘤抑制基因的DNA甲基化状态，促进疾病进展。

4.2. 组蛋白修饰

组蛋白的乙酰化（由HATs和HDACs调控）和甲基化（由HMTs和HDMs调控）是重要的表观遗传标记。在OA中，HDACs表达增加会促进MMP-13等分解代谢基因的表达，而HDAC抑制剂（HDACis）则显示出软骨保护作用。组蛋白甲基化，如H3K9me3和H3K27me3，也参与调控软骨细胞稳态和成骨分化。例如，JMJD3通过去甲基化H3K27me3来激活NR4A1基因，从而调节软骨细胞凋亡和炎症反应。研究表明，携带HDACi的EVs在骨质疏松小鼠模型中能显著改善骨量，凸显了EVs作为表观遗传调节剂的应用潜力。

5. 靶向肌肉骨骼疾病表观遗传机制的各种方法

5.1. 表观药物（Epi-drug）疗法

表观药物，如HDAC抑制剂（HDACis，例如曲古抑菌素A TSA）和赖氨酸特异性去甲基化酶1（LSD1）抑制剂，能够通过改变染色质状态来调控基因表达。在骨软骨领域，HDACis可抑制软骨细胞中MMP-1、MMP-13和ADAMTSs等分解代谢酶的表达，延缓软骨降解。LSD1抑制剂则可通过恢复H3K4甲基化水平，逆转骨质疏松条件下MSCs成骨潜能的下降。这些发现为开发针对表观遗传靶点的药物治疗策略提供了依据。

5.2. EV疗法

EVs本身可作为天然的表观遗传治疗工具。它们富含多种ncRNAs，尤其是miRNAs，能够被递送到靶细胞中调控表观遗传状态。例如，BMSC-EVs携带的miR-217可通过靶向EZH2（一种组蛋白甲基转移酶），上调FOXO3表达，激活自噬，从而减轻椎间盘退变（IVDD）。滑膜MSC来源的EVs（SMSC-EVs）中的miR-31则通过靶向组蛋白去甲基化酶KDM2A来促进软骨形成。此外，利用表观药物（如TSA）预处理来源细胞（如成骨细胞），可以改变其释放的EVs的 cargo，使其富含更多促成骨因子（如miR-21、miR-218），从而增强EVs促进骨再生的能力。这种“工程化”EVs的策略将表观遗传调控与EV疗法相结合，前景广阔。

5.3. EV疗法临床转化的潜在挑战与局限

尽管EV疗法潜力巨大，但其临床转化仍面临诸多挑战。首要问题是EVs的异质性和标准化生产。不同亚群的EVs其 cargo 和功能存在差异，需要建立标准化的分离、纯化和表征方法（如超速离心、尺寸排阻色谱法等）。其次是大规模生产和高产量获取的难题。此外，EVs的体内靶向性、最佳给药剂量、长期安全性以及潜在的免疫原性等问题也需要在未来的研究中深入探索和解决。

6. 结论与未来展望

EVs与表观遗传机制之间存在深刻而双向的调控关系。EVs不仅是表观遗传信息的传递者，其自身的生物发生和 cargo 装载也受到表观遗传的调控。将EVs作为“表观遗传药物”（Epidrugs）或以其为载体递送表观遗传调节剂，为治疗骨关节炎、骨质疏松等肌肉骨骼疾病提供了极具吸引力的细胞无治疗新策略。尽管在标准化、规模化生产和安全性评估方面仍有关键挑战需要克服，但结合表观遗传学工程策略的EVs疗法，无疑将在未来的骨软骨再生医学领域占据重要地位。