骨细胞源性细胞外囊泡通过miR-23b-3p/OTUD4通路介导骨-软骨对话促进骨关节炎进展

本研究针对骨关节炎(OA)中机械负荷异常导致软骨退变的机制难题，南京大学医学院附属鼓楼医院团队通过临床样本分析和小鼠模型实验，首次揭示亚软骨骨区骨细胞在机械应力刺激下分泌含miR-23b-3p的细胞外囊泡(EVs)，经靶向抑制OTUD4破坏软骨细胞线粒体自噬(mitophagy)，从而加剧软骨代谢失衡。该研究发表于《Nature Communications》，为OA早期诊断和治疗提供了新靶点。

　　

骨关节炎作为最常见的退行性关节疾病，给全球公共卫生系统带来沉重负担。尽管软骨退化是其典型特征，但越来越多的证据表明，位于软骨下方的亚软骨骨(subchondral bone, SCB)在OA早期就发生病理性改变。有趣的是，占骨组织细胞总数90%以上的骨细胞(osteocytes)作为主要的机械感受器，在异常力学刺激下如何调控软骨代谢仍是一个未解之谜。更关键的是，临床缺乏针对OA早期病理过程的干预靶点，这使得探索骨-软骨组织间对话机制具有重要科学意义和临床价值。

南京大学医学院附属鼓楼医院的研究团队在《Nature Communications》发表的研究成果，首次阐明了机械应力诱导的骨细胞源性细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)通过特定microRNA调控软骨细胞功能的新机制。研究人员通过临床OA患者样本分析结合转基因小鼠模型，系统揭示了从机械应力感知到软骨退变的完整分子通路。

研究采用多学科交叉技术方法：通过有限元分析(FEA)量化膝关节应力分布；利用Dmp1-cre;Cd63^loop-eGFP转基因小鼠追踪骨细胞EVs的体内转运；采用纳米颗粒追踪分析(NTA)和透射电镜(TEM)表征EVs特性；通过RNA测序筛选关键miRNA；构建骨靶向给药系统(lipoGW4869@DSS6)实现组织特异性干预；结合双荧光素酶报告基因验证miR-23b-3p与OTUD4的靶向关系。

机械应力敏感骨细胞分泌EVs损害软骨细胞功能
通过对OA患者膝关节内侧(高应力区)和外侧(低应力区)的比较分析，发现高应力区骨细胞分泌更多EVs，且这些EVs可被软骨细胞摄取。利用Cd63-GFP报告小鼠证实，在手术诱导OA(DMM模型)后，骨细胞源性EVs通过微裂纹和血管通道到达深层软骨。体外实验显示，机械负荷刺激的MLO-Y4骨细胞系分泌的EVs显著增加软骨分解代谢标志物(ADAMTS5/MMP13)表达，降低合成代谢标志物(COL2A1/ACAN/SOX9)。

miRNA是骨细胞EVs调控软骨代谢的关键介质
通过Dicer1条件性敲除小鼠实验，证实骨细胞EVs中的miRNA是导致软骨代谢异常的主要效应分子。miRNA测序发现miR-23b-3p在高应力区骨细胞EVs中特异性富集。临床样本验证显示，OA患者高应力区骨细胞和软骨中miR-23b-3p表达显著升高，且与疾病严重程度正相关。

miR-23b-3p通过抑制OTUD4损害线粒体自噬
RNA测序和通路分析表明，miR-23b-3p可显著抑制软骨细胞线粒体自噬相关通路。机制研究发现，miR-23b-3p直接靶向OTUD4的3'UTR，抑制其表达导致线粒体自噬关键蛋白(PARKIN/PINK/MFN2)下调，DRP1上调。使用线粒体自噬激动剂尿石素A(Urolithin A)或过表达OTUD4均可逆转miR-23b-3p的破坏作用。

靶向干预miR-23b-3p缓解OA进展
通过骨靶向递送系统给予antagomiR-23b-3p，可显著提高软骨OTUD4表达，恢复线粒体自噬水平，减轻DMM小鼠的软骨退化。相反，骨细胞特异性过表达miR-23b-3p则加速OA病理进程。

该研究首次完整揭示了"机械应力-骨细胞EVs-miR-23b-3p-OTUD4-线粒体自噬"的级联调控网络，阐明了骨组织通过旁分泌途径调控软骨稳态的新机制。从转化医学角度看，研究不仅为OA早期诊断提供了潜在生物标志物(miR-23b-3p)，还通过创新性设计骨靶向给药系统，为开发组织特异性核酸药物提供了新思路。特别值得注意的是，该研究在临床样本中发现力学微环境差异导致的分子异质性，这为理解OA区域特异性进展机制提供了新视角。研究采用的多种转基因动物模型和先进的EVs追踪技术，也为后续探索器官间通讯机制建立了方法学范式。