《Journal of Translational Medicine》：Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles for osteochondral defect regeneration: a systematic review and meta-analysis of preclinical studies
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研究人员系统检索了PubMed、EMBASE、Web of Science和Cochrane Library数据库，旨在通过荟萃分析评估间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）在骨软骨缺损动物模型中的疗效。该分析纳入了截至2025年1月31日发表的、使用
研究人员系统检索了PubMed、EMBASE、Web of Science和Cochrane Library数据库，旨在通过荟萃分析评估间充质干细胞来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）在骨软骨缺损动物模型中的疗效。该分析纳入了截至2025年1月31日发表的、使用MSC-EVs治疗骨软骨缺损模型的临床前研究。研究对MSC-EVs或动物模型的具体特征未设限制。采用随机效应模型对骨软骨修复评分、骨结构参数和组织学评分进行合并分析。进行了亚组分析以探索异质性的潜在来源。通过敏感性分析、漏斗图和Egger检验评估了结果的稳健性。结果显示，共有19项研究符合纳入标准。MSC-EVs干预在3个月和6个月时均改善了国际软骨修复学会（ICRS）和改良O'Driscoll量表（MODS）评分，并显著增加了骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）以及软骨和软骨下骨的组织学评分。亚组分析表明，所检验的亚组均非显著的异质性来源。敏感性分析证实了结果的稳健性。结论认为，MSC-EVs在临床前模型中改善了骨软骨修复评分、骨结构参数和组织学结局，表明其具有促进骨软骨再生的潜力。然而，现有证据主要源于小型动物模型，存在方法学异质性和发表偏倚。未来研究应聚焦于大动物模型、标准化的EVs制备与给药方案以及长期安全性评估，以促进临床转化。
**引言**
关节软骨在受损后自我修复能力有限，这常是骨关节炎（OA）等退行性关节疾病的关键诱因。全球OA患者约2.5亿，超过60%的关节镜手术患者存在关节软骨损伤。软骨组织的无血管特性严重限制了其内在再生潜力。当损伤延伸至富含血管网络的软骨下骨时，常形成骨软骨缺损，加速不可逆的关节退变和活动能力丧失。当前临床干预主要包括微骨折术和自体软骨细胞植入，能在短期内改善关节功能，但长期随访显示再生组织常为力学性能较差的纤维软骨，且修复深部骨缺损效果有限。尽管整合生物陶瓷、金属复合材料等的组织工程方法取得了进展，但单一组分支架在模拟骨软骨界面复杂微环境以及协调骨与软骨双向再生方面面临巨大挑战。间充质干细胞（MSCs）因其多向分化潜能和免疫调节特性，已成为骨软骨再生领域的核心治疗策略。然而，移植后细胞存活率低、体内分化轨迹不可控以及潜在致瘤风险等问题，使研究焦点转向其旁分泌介质——细胞外囊泡（EVs）。EVs是直径10纳米至数微米的天然纳米颗粒，通过递送蛋白质、microRNAs等生物活性成分促进细胞间通讯。MSC来源的EVs（MSC-EVs）保留了其亲本细胞的软骨形成和抗炎特性，同时具有低免疫原性和无致瘤风险等优势。与基于细胞的传统疗法相比，基于EVs的无细胞策略在储存稳定性和临床转化可行性方面展现出独特潜力。既往研究表明MSC-EVs在调节软骨细胞功能、维持软骨基质稳态、缓解OA进展方面发挥作用。值得注意的是，在一项比较动物研究中，MSC-EVs在减缓软骨降解、减少骨赘形成和缓解关节疼痛方面优于MSCs，同时还揭示了MSC移植对OA模型的潜在不良影响。2020年的一项系统综述发现MSC-EVs能减少小鼠模型中的软骨降解，但由于可用研究数量有限，该综述未包含专门评估MSC-EVs对骨软骨缺损修复疗效的荟萃分析。鉴于当前缺乏相关临床研究，临床前动物模型仍是评估MSC-EVs治疗骨软骨损伤的关键证据来源。因此，本荟萃分析旨在全面评估MSC-EVs对动物模型中骨软骨缺损的修复效果，为MSC-EVs的临床转化和应用提供最新证据。
**材料与方法**
**系统评价**
本系统评价和荟萃分析依据系统评价和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南报告，并在国际系统评价前瞻性注册平台（PROSPERO 2025，CRD420251087284）注册。
**文献检索策略**
在PubMed、Embase和Web of Science数据库中系统检索以英文发表的研究论文，并补充检索Cochrane Library以获取相关系统综述和参考文献。检索策略结合了MeSH/Emtree术语和自由文本关键词，并使用布尔逻辑运算符。具体术语包括：（1）间充质干细胞（“mesenchymal stromal cell” OR “mesenchymal stem cell” OR “MSC” OR “multipotent stromal cell”），（2）细胞外囊泡（“exovesicle” OR “exosome” OR “microvesicle” OR “apoptotic bodies” OR “EVs”），（3）骨软骨缺损（“osteochondral regeneration” OR “osteochondral lesion” OR “cartilage injury” OR “subchondral bone defect”）。同时手动检索纳入文章的参考文献以避免遗漏。两名研究者独立进行检索，分歧通过与第三名研究者讨论解决。研究遵循PICOS框架：（1）人群：骨软骨缺损动物模型（不限物种或缺损诱导方法）；（2）干预：局部或全身给予MSC-EVs；（3）对照：空白对照、溶剂对照或阳性对照；（4）结局：ICRS评分、组织学结果和Micro-CT参数；（5）研究设计：随机或非随机体内研究。详细检索策略见补充表1。
**纳入与排除标准**
纳入标准：（1）骨软骨缺损的临床前动物模型（不限物种或缺损诱导方法）；（2）使用MSC来源的细胞外囊泡（MSC-EVs）进行局部或全身干预，不限剂量、给药途径或频率；使用未负载EVs的水凝胶支架填充缺损的研究也纳入；（3）包含对照组（未治疗的骨软骨缺损或PBS/安慰剂组）；（4）报告至少一项预设结局参数（ICRS评分、组织学指标、Micro-CT骨测量值或II型胶原沉积水平）的定量数据；（5）随机或非随机对照体内试验。排除标准：（1）使用非MSC来源EVs（如血小板来源外泌体）的研究；（2）非原创性研究（如综述、荟萃分析或评论）；（3）无对照设计的研究；（4）结局数据不完整或无法获取的研究；（5）非英文发表的研究。
**研究筛选**
使用EndNote X20管理并去重检索记录。两名研究者独立分两阶段筛选：（1）标题和摘要筛选：排除明显不符合动物模型或干预标准的研究；（2）全文评估：根据预定纳入标准评估全文，进一步排除不符合标准的研究。筛选分歧通过与第三名研究者讨论直至达成共识。
**数据提取**
两名作者独立使用Excel表格从纳入研究中提取相关数据，交叉核对后分歧通过与第三名研究者讨论解决。提取数据包括：（1）第一作者、研究地点和发表年份；（2）动物模型特征：动物种类、性别、样本量、年龄和体重；（3）MSC-EVs特征：EVs来源、直径、工程化方法、给药途径、频率、剂量和干预持续时间。对未报告原始数值数据的研究，使用Origin软件（2021版）提取图形数据，并以均数±标准差（mean±SD）表示。对提取的图形数据，尝试通过电子邮件联系通讯作者获取进一步细节。
**结局指标**
为评估MSC-EVs对骨软骨组织的修复效果，主要结局指标按3个月和6个月时间点分层，包括国际软骨修复学会（ICRS）评分系统和改良O'Driscoll量表（MODS）。次要结局主要包括Micro-CT评估的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁厚度（Tb.Th），以及基于骨软骨组织组织学染色的软骨和软骨下骨组织学评分。此外，评估了II型胶原的相对荧光强度和平均积分光密度（mean IOD/μm2）。
**质量评估**
使用SYRCLE偏倚风险（RoB）工具评估纳入研究的方法学质量。评估领域包括选择偏倚、实施偏倚、测量偏倚、失访偏倚、报告偏倚和其他潜在偏倚。两名研究者独立评估，分歧通过讨论解决。每项偏倚风险分为低风险、高风险或不清楚风险。
**统计分析**
采用随机效应模型计算效应量，以标准化均数差（SMD）及其95%置信区间（CI）表示。使用I2统计量评估研究间异质性，I2<25%为低异质性，25%-50%为中度异质性，>50%为高异质性。对于I2>50%且纳入研究>10项的合并结果，根据动物和EVs特征进行亚组分析以探索异质性来源。通过敏感性分析（N≥5）评估结果稳健性。使用漏斗图和Egger检验评估发表偏倚。P<0.05认为差异有统计学意义。荟萃分析和敏感性分析分别使用RevMan 5.3和Stata SE 15.0软件进行。
**结果**
**文献筛选与选择**
共检索到389篇潜在相关文献，去重后282篇，经标题和摘要筛选后32篇进入全文审查，最终19项研究纳入荟萃分析。
**纳入研究特征**
纳入研究发表于2016-2024年，84.2%（16/19）于2021年及以后发表。研究在中国（16项）和新加坡（3项）进行。共纳入202只动物，包括SD大鼠（12项）、新西兰白兔（6项）和小型猪（1项）。MSC-EVs来源包括骨髓间充质干细胞（BMSCs，8项）、脐带间充质干细胞（UC-MSCs，3项）、人脐带沃顿胶间充质干细胞（hWJ-MSCs，2项）、脂肪来源间充质干细胞（AMSCs，3项）和人胚胎干细胞（hESCs，2项）。EVs粒径多在30-350纳米之间。制备方法以超速离心法（15项）为主。干预途径包括关节内注射（12项）和水凝胶支架局部递送（7项）。
**偏倚风险评估**
所有研究在失访偏倚、报告偏倚和其他偏倚领域均为低风险。但在随机序列生成、分配隐藏、盲法等方面多为不清楚风险。7项研究对结局评估者实施盲法。4项研究未报告动物性别、体重等基线信息，存在高风险。
**荟萃分析结果**
**MSC-EVs改善骨软骨修复评分**
17项研究报告了3个月时MSC-EVs的作用，合并分析显示MSC-EVs显著提高ICRS评分（SMD=3.13，95%CI：2.19-4.07，P<0.0001）。尽管存在高异质性（I2=67%），亚组分析未发现显著异质性来源。6个月时ICRS评分同样显著改善（SMD=4.06，95%CI：2.56-5.56，P<0.0001）。MODS评分分析显示，3个月时无显著效果（SMD=2.70，P<0.0001），但6个月时显著改善（SMD=4.27，P<0.0001）。
**MSC-EVs改善骨结构参数和组织学评分**
Micro-CT评估显示，MSC-EVs在3个月（SMD=2.60，P<0.0001）和6个月（SMD=1.67，P=0.003）均显著提高BV/TV。Tb.Th在3个月（SMD=1.94，P<0.0001）和6个月（SMD=1.16，P=0.004）也显著增加。但3个月时Tb.N无显著变化。组织学评分方面，MSC-EVs在3个月和6个月均显著改善软骨（3个月：SMD=3.76，P<0.0001；6个月：SMD=4.34，P<0.0001）和软骨下骨（3个月：SMD=5.94，P<0.0001；6个月：SMD=4.30，P<0.0001）评分。MSC-EVs还显著增强3个月时II型胶原的相对染色强度（SMD=6.79，P=0.004）。
**敏感性分析**
通过逐一剔除研究进行敏感性分析，各项结局指标的合并结果保持稳定，表明结果具有一定的稳健性。
**发表偏倚**
漏斗图和Egger检验显示ICRS评分、BV/TV和软骨组织学评分存在发表偏倚。
**讨论**
本荟萃分析系统评估了MSC-EVs对骨软骨缺损模型的疗效。汇总结果表明，与对照组相比，MSC-EVs在3个月和6个月时显著提高了骨软骨修复评分（ICRS和MODS）、骨结构参数（BV/TV、Tb.Th）以及软骨和软骨下骨的组织学评分，并在3个月时上调了II型胶原表达。机制上，MSC-EVs通过受体-配体相互作用、膜融合和内吞作用影响受体细胞功能，促进骨与软骨修复。工程化MSC-EVs（如结合水凝胶支架）可实现局部缓释，增强再生效果。部分研究探讨了其分子机制，涉及TGF-β/Smad2/3、PI3K/AKT、PTEN/AKT等信号通路。
**临床转化与挑战**
尽管MSC-EVs前景广阔，其临床转化仍面临诸多挑战。首先，大规模生产是主要瓶颈，可通过基因修饰或三维培养系统提高产量。其次，EVs在体内半衰期短、靶向能力有限，可通过水凝胶封装或表面修饰改进。MSC衰老可能影响EVs质量，需严格评估。此外，现有研究多基于小型动物模型，与人体差异大，需开展大动物实验。未来需建立标准化的EVs制备、表征和质量控制方案，并进行全面的安全性评估。
**优势与局限**
本研究首次系统分析了MSC-EVs对骨软骨损伤模型的治疗效果，并进行了亚组分析和质量评估。局限性在于纳入研究偏倚风险多为不清楚，存在发表偏倚，动物模型和MSC-EVs特征异质性大，且均为临床前研究，安全性数据有限。
**结论**
本荟萃分析表明，MSC-EVs干预能有效改善骨软骨缺损模型的修复效果，具有促进骨软骨再生的潜力。然而，未来仍需通过大样本、多物种动物模型验证，并在临床转化前强调MSC-EVs制备、干预方案的标准化和安全性评估。
