综述：间充质干细胞与细胞外囊泡在膝骨关节炎中的应用：临床转化、机制探索与前景展望

《Stem Cell Research & Therapy》：Mesenchymal stem cells and extracellular vesicles for knee osteoarthritis: clinical application, mechanism exploration and prospect

本综述系统阐述了间充质干细胞（MSCs）及其细胞外囊泡（MSC-EVs）作为膝骨关节炎（KOA）新兴治疗策略的最新进展。文章深入探讨了MSC-EVs通过调节巨噬细胞极化（如促进M2型）、抑制NF-κB和MAPK等关键炎症通路、保护细胞外基质（ECM）完整性（如上调COL II、Sox9，下调MMP-13、ADAMTS5）以及调控YAP、JAK/STAT等信号分子，从而发挥抗炎、免疫调节、促进软骨细胞增殖迁移并抑制其凋亡与衰老的多重作用机制。同时，综述展望了工程化修饰（如靶向肽CAP修饰、加载治疗性miRNA/siRNA）及生物材料（如水凝胶）联合应用等前沿策略，为开发KOA的精准治疗方案提供了重要理论依据和转化方向。

　　

膝骨关节炎（KOA）是一种以关节软骨进行性退变、滑膜炎症及软骨下骨异常重塑为主要特征的常见退行性关节疾病，全球患者超过3亿。当前临床治疗手段，如非甾体抗炎药（NSAIDs）和关节腔内注射，主要侧重于缓解症状，无法逆转疾病进程。间充质干细胞（MSCs）因其多向分化潜能、强大的旁分泌及免疫调节特性，为KOA的再生治疗带来了希望。然而，移植MSCs在体内的存活和定植能力有限，这促使研究者将目光投向其分泌的细胞外囊泡（MSC-EVs）。

MSC-EVs的治疗优势与临床转化潜力

MSC-EVs是MSCs分泌的纳米级囊泡，携带母源细胞的蛋白质、脂质及核酸（如mRNA、miRNA）等生物活性物质，能够介导细胞间通讯。作为一种无细胞治疗制剂，MSC-EVs不仅继承了MSCs的抗炎、促修复功能，还具有低免疫原性、高稳定性、易于储存和运输等优势，规避了细胞治疗相关的伦理与安全风险。临床研究表明，关节腔内注射人脐带来源MSCs（hUC-MSCs）或脂肪来源MSCs（ADSCs）可显著缓解KOA患者疼痛、改善关节功能，且重复注射效果更优。MSC-EVs的早期临床探索也显示出良好的安全性和应用前景。

MSC-EVs治疗KOA的作用机制

MSC-EVs通过多途径、多靶点协同作用，改善KOA关节微环境，促进软骨修复。

抗炎与免疫调节

KOA关节腔内存在慢性炎症，促炎因子如白介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）大量积聚。MSC-EVs能够通过促进巨噬细胞由促炎的M1型向抗炎的M2型极化，并调节T细胞功能，从而减轻炎症反应。机制上，hUC-MSC-EVs可通过其携带的miR-1208靶向抑制巨噬细胞中METTL3的表达，或通过激活MAPK/ERK通路发挥抗炎作用。骨髓来源MSC（BMSC）-EVs中的miR-23a-3p可抑制NF-κB通路活化，而抑制PINK1/Parkin通路则能降低IL-6、IL-1β和TNF-α水平。

抑制细胞外基质降解

关节软骨ECM的降解是KOA的核心病理环节。MSC-EVs可通过上调miR-136-5p等分子，促进Sox9表达，进而增加糖胺聚糖（GAG）和II型胶原（COL II）的合成，同时抑制基质金属蛋白酶-13（MMP-13）和ADAMTS5等分解酶的活性，维持ECM稳态。工程化MSC-EVs，如过表达miR-140的hUC-MSC-EVs，能通过靶向血管内皮生长因子A（VEGFA）更有效地促进ECM合成。

促进软骨细胞增殖迁移并抑制凋亡与衰老

MSC-EVs能通过其携带的多种miRNA调控Wnt/β-连环蛋白（Wnt/β-catenin）、Yes相关蛋白（YAP）、JAK/STAT等信号通路，促进软骨细胞增殖和迁移，并抑制其凋亡。例如，缺氧预处理的BMSC-EVs可通过miR-216a-5p/JAK2/STAT3通路发挥作用。此外，MSC-EVs还能靶向衰老软骨细胞，调节p53信号通路，减少衰老相关分泌表型（SASP）的产生，逆转软骨细胞的衰老状态，为治疗与年龄相关的KOA提供了新思路。

MSC-EVs的工程化修饰新策略

为提高MSC-EVs的靶向性和疗效，各种工程化修饰策略应运而生。

亲代细胞预处理

通过对MSCs进行遗传改造（如慢病毒转染过表达miR-140、miR-155-5p）、三维（3D）培养、缺氧预处理、机械刺激（如循环拉伸）或炎症因子（如IL-1β、TNF-α）预刺激，可以改变其分泌EVs的载货和功能特性，使其具备更强的软骨保护或修复能力。

EVs的表面与内容物修饰

EVs分离后，可通过化学偶联（如连接软骨靶向肽CAP）、基因工程（如构建LAMP-2B-CAP融合蛋白）改变其表面特性，增强对软骨组织的靶向性。通过电穿孔、超声等方法将治疗性分子（如药物姜黄素、小分子化合物Kartogenin（KGN）、siRNA如siMDM2或si-STING）加载到EVs内部，能够实现精准的药物递送和基因沉默。

生物材料联合应用

将MSC-EVs与生物材料结合，如负载到聚己内酯（PCL）支架、3D打印的钛合金（Ti-6Al-4V）支架、介孔生物活性玻璃（MBG）支架或各种水凝胶（如明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）水凝胶、透明质酸（HA）水凝胶）中，可以实现EVs的局部缓释和长效作用，显著改善治疗效果。

挑战与展望

尽管MSC-EVs前景广阔，但其临床转化仍面临挑战，包括大规模标准化生产、质量控制和标准化（需遵循国际细胞外囊泡学会（ISEV）的MISEV2018指南和美国食品药品监督管理局（FDA）相关要求）、长期安全性评估以及个体化治疗策略的优化。未来研究需要深入探索MSC-EVs作用机制的细节，优化工程化策略，并推动大型临床试验的开展。随着生物工程、材料科学与再生医学的深度融合，MSC-EVs有望成为改变KOA治疗格局的下一代精准治疗工具。