脐带间充质干细胞外泌体通过激活自噬缓解颌骨骨髓间充质干细胞衰老并恢复成骨分化潜能

本研究针对衰老导致的骨髓间充质干细胞(BMSCs)功能衰退问题，通过脐带间充质干细胞外泌体(UCMSC-Exos)干预衰老颌骨骨髓间充质干细胞(JBMMSCs)，发现其能通过PI3K/AKT/mTOR通路激活自噬，显著降低SA-β-gal阳性率及p53/p21/p16表达，恢复细胞增殖、迁移和成骨分化能力，并在老年大鼠颅骨缺损模型中证实其促骨再生效果，为衰老相关骨疾病提供了新型无细胞治疗策略。

　　

随着全球老龄化加剧，骨骼系统衰老引发的再生障碍成为重大临床挑战。衰老的骨髓间充质干细胞(BMSCs)表现出增殖停滞、迁移减弱和成骨分化能力下降，导致骨质疏松、骨折愈合延迟等年龄相关骨疾病。在颅颌面区域，这种功能障碍直接影响肿瘤切除或创伤后骨缺损的修复效果。传统干细胞移植存在免疫排斥和伦理限制，而源自脐带间充质干细胞(UCMSCs)的外泌体(UCMSC-Exos)因其生物活性物质丰富、免疫原性低等优势，成为再生医学和抗衰老研究的新星。

为探究UCMSC-Exos对衰老颌骨骨髓间充质干细胞(JBMMSCs)的 rejuvenation（ rejuvenation ）作用，研究团队通过超速离心法分离鉴定UCMSC-Exos（直径60-150nm，CD63⁺/TSG101⁺），采用SA-β-gal染色、CCK-8、划痕实验等评估细胞衰老表型，结合qPCR、Western blot分析衰老标志物(p16/p21/p53)和成骨相关基因(ALP/RUNX2/OPN)，通过mCherry-GFP-LC3腺病毒观测自噬流，并建立老年SD大鼠颅骨缺损模型进行Micro-CT和组化验证。

UCMSC-Exos表征与细胞摄取

透射电镜显示典型杯状双膜结构，NTA检测粒径符合外泌体特征。PKH26标记证实JBMMSCs可有效内化外泌体。

衰老表型逆转

50μg/mL UCMSC-Exos处理使衰老JBMMSCs的SA-β-gal阳性率降低63%，p16/p21/p53蛋白表达下调2-3倍，促炎因子IL-6/TNF-α分泌减少而IGF-1上升，细胞增殖速率提高1.8倍，迁移面积增加2.2倍。

成骨能力恢复

ALP活性提升3.5倍，钙结节形成量增加4倍，RUNX2/OPN基因表达上调2-4倍。RNA-seq揭示PI3K/AKT通路和自噬模块显著富集。

机制解析

Western blot显示UCMSC-Exos抑制p-PI3K/PI3K(0.4倍)、p-AKT/AKT(0.3倍)和p-mTOR/mTOR(0.5倍)磷酸化，激活自噬关键蛋白Beclin1(2.1倍)并降低p62积累。使用PI3K激动剂740Y-P或自噬抑制剂3-MA可完全抵消外泌体的抗衰老效应。

动物实验验证

老年大鼠颅骨缺损模型中，UCMSC-Exos组骨体积分数(BV/TV)较对照组提高46%，骨覆盖率从28.6%增至52.4%，免疫组化显示OCN/OPN表达显著增强。

该研究首次阐明UCMSC-Exos通过PI3K/AKT/mTOR-自噬轴逆转JBMMSCs衰老的分子机制，其创新性体现在：

1. 1.

   揭示年轻外泌体可调控衰老微环境，突破传统细胞移植局限

2. 2.

   明确自噬激活是抵抗干细胞衰老的核心环节

3. 3.

   临床转化价值显著，胶原膜负载外泌体的局部应用策略为老年骨缺损修复提供新思路

研究局限性在于未解析外泌体具体活性成分（如miRNA或蛋白），未来需通过组学筛选关键效应分子。这些发现为开发针对衰老相关骨疾病的"无细胞年轻化疗法"奠定了理论基础，相关成果发表于《Stem Cell Research & Therapy》，对推动再生医学领域发展具有重要启示。