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为解决骨关节炎（OA）治疗难题，重庆医科大学研究人员开展了赋予间充质干细胞外泌体（MSCs-EVs）OA 特异性免疫记忆的研究，发现 IL-6-EV 可抑制关节炎症和 OA 进展，为 OA 治疗提供新方向。
骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的退行性关节疾病，全球有超过 2.4 亿人受其困扰，它也是导致残疾的重要原因之一。目前，还没有有效的方法能够阻止 OA 的进展，这让众多患者长期承受着关节疼痛、活动受限等痛苦。巨噬细胞介导的滑膜炎在 OA 的发生和发展中起着关键作用，研究发现 OA 患者滑膜和滑液中 M1/M2 巨噬细胞比例显著升高，且与疾病严重程度密切相关。因此，调节巨噬细胞极化平衡成为治疗 OA 的潜在靶点。
间充质干细胞来源的细胞外囊泡（Mesenchymal stem cells-derived extracellular vesicles，MSCs-EVs）在促进 M2 巨噬细胞极化和缓解 OA 进展方面展现出一定潜力。然而，MSCs-EVs 的免疫调节能力受其来源细胞状态影响，且以往的预处理策略缺乏与 OA 的直接相关性，导致治疗效果存在差异，这限制了其临床应用。
为了找到更有效的 OA 治疗方法，重庆医科大学的研究人员受到适应性免疫系统免疫记忆的启发，开展了一项创新研究。他们试图赋予 MSCs-EVs OA 特异性免疫记忆，期望以此增强其治疗 OA 的效果。研究人员通过筛选 OA 患者关节液中的细胞因子，确定了三种高度富集的炎症因子 —— 干扰素 -γ（IFN-γ）、白细胞介素 - 6（IL-6）和肿瘤坏死因子 -α（TNF-α），并利用这些因子预处理 MSCs，获得了具有免疫记忆的 MSCs-EVs（iEVs）。随后，研究人员对 iEVs 进行了深入研究，探究其对巨噬细胞极化的调节作用及潜在机制。
这项研究成果意义重大，为 OA 的治疗提供了新的思路和方法，有望改善众多 OA 患者的生活质量。目前该研究成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》期刊。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是蛋白质组学技术，用于分析 MSCs-EVs 的蛋白质组成、表达差异及相应生物学功能；二是 RNA 测序技术，探究 IL-6-EV 调节巨噬细胞极化的机制；三是建立动物模型，通过对 SD 大鼠进行前交叉韧带横断（ACLT）和内侧半月板失稳（DMM）手术构建 OA 模型，评估 iEVs 的治疗效果。
研究结果如下：
- MSCs-EVs 的提取和鉴定：通过 Luminex 检测发现 OA 患者滑液中 IFN-γ、IL-6 和 TNF-α 显著上调。确定 IFN-γ（100 ng/mL）、IL-6（50 ng/mL）和 TNF-α（50 ng/mL）为预处理 MSCs 的最佳浓度。透射电镜（TEM）、蛋白质免疫印迹（Western blot）和纳米颗粒跟踪分析（NTA）结果显示，iEVs 与对照组 MSCs-EVs（CON-EV）在形态、大小和内化方面无显著差异，但预处理可增加 EVs 的总蛋白和 COX IV 含量。
- iEVs 的蛋白质表达谱分析：蛋白质组学分析表明，IFN-γ-EV、IL-6-EV 和 TNF-α-EV 与 CON-EV 在组成上存在显著差异，且这些 iEVs 具有调节细胞免疫过程和线粒体代谢的潜力。免疫荧光和 qPCR 验证发现，IL-6-EV 在抑制巨噬细胞中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达和增强精氨酸酶 - 1（ARG-1）表达方面效果显著。
- IL-6-EV 促进 M2 巨噬细胞极化和线粒体功能：免疫荧光和 qPCR 分析显示，IL-6-EV 可显著下调脂多糖（LPS）诱导的 M1 巨噬细胞标记物 CD86 表达，上调 M2 巨噬细胞标记物 CD206 表达，同时抑制促炎细胞因子表达，促进抗炎细胞因子表达。TEM、JC-1 检测、ROS 测量和 ATP 含量检测结果表明，IL-6-EV 能显著改善 LPS 破坏的巨噬细胞线粒体形态和功能。
- IL-6-EV 重编程的巨噬细胞改善软骨细胞稳态：在体外模拟 OA 环境，利用 transwell 共培养系统发现，IL-6-EV 重编程的 M2 巨噬细胞可显著恢复炎症软骨细胞的稳态平衡，增加 II 型胶原蛋白（COL II）表达，减少 ADAMTS5 和 Cleaved-caspase3 表达，降低 MMP13 表达。
- 巨噬细胞 RNA 测序分析：RNA 测序分析发现，IL-6-EV 处理的巨噬细胞与 LPS、IL-4 处理的巨噬细胞存在显著差异。通过分析差异表达基因，结合蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析，推测 IL-6-EV 可能通过调节 mt-ND1、mt-ND2 和 mt-ND3 基因表达，影响线粒体电子传递链功能，进而调控巨噬细胞表型极化。
- IL-6-EV 促进 mt-ND3 和 ETC 复合物表达：qPCR、免疫荧光和 Western blot 结果显示，IL-6-EV 可显著上调 LPS 抑制的 mt-ND3 表达，增强 NADH-CoQ 还原酶活性，恢复 LPS 抑制的电子传递链复合物 I-V 的表达。
- mt-ND3/NADH-CoQ 轴是 IL-6-EV 促进 M2 巨噬细胞极化的关键靶点：使用 mt-ND3-siRNA 敲低巨噬细胞中 mt-ND3 表达后，IL-6-EV 增强复合物 I 活性、促进 ATP 生成和诱导 M2 巨噬细胞极化的能力显著受到抑制，表明 IL-6-EV 通过激活 mt-ND3 表达促进巨噬细胞向 M2 表型极化。
- IL-6-EV 促进 OA 软骨修复：通过建立大鼠 OA 模型，发现 IL-6-EV 关节腔内注射可显著改善软骨损伤，增加关节间隙宽度，减轻软骨侵蚀，减少 MMP13 表达，增加 Aggrecan 表达。
- IL-6-EV 抑制 OA 滑膜炎：对大鼠 OA 模型的研究表明，IL-6-EV 可显著减轻滑膜炎，减少滑膜衬里细胞层数、基质细胞密度和炎症细胞浸润，降低 IL-6 阳性细胞比例，抑制 iNOS 表达，增强 CD206 表达，同时提高滑膜巨噬细胞中 mt-ND3 表达。
研究结论和讨论部分指出，该研究创新性地利用 OA 微环境中的 “有害” 炎症因子设计 MSCs 预处理策略，发现经 OA 特异性微环境预处理的 MSCs-EVs 可携带更多参与免疫调节和线粒体代谢的成分，其中 IL-6-EV 通过靶向巨噬细胞中的 mt-ND3/NADH-CoQ 轴，增强线粒体氧化磷酸化，促进 M2 巨噬细胞极化，进而抑制关节炎症和 OA 进展。然而，研究也存在一定局限性，如 IL-6-EV 调节 mt-ND3 表达的机制可能涉及表观遗传重编程等未深入探究的方面，且未能确定 EVs 中发挥治疗作用的具体成分。尽管如此，该研究仍为基于 EVs 的 OA 治疗提供了新的视角和潜在治疗策略，推动了 OA 治疗领域的发展。
