張曉勃，施錦濤，張凱，胡一村，王克平，周海宇*

1蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，蘭州 730030；2甘肅省骨關(guān)節(jié)疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030；3西固區(qū)人民醫(yī)院骨科，蘭州 730060

下腰痛(low back pain，LBP)是最常見(jiàn)的肌肉骨骼疾病之一，與椎間盤(pán)退變(intervertebral disc degeneration，IDD)密切相關(guān)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，多達(dá)80%的人一生中至少遭受一次LBP困擾[2]。IDD的主要病理改變?yōu)樗韬?nucleus pulposus，NP)細(xì)胞減少和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)分解，而目前的治療策略(包括手術(shù)治療和非手術(shù)治療)均無(wú)法補(bǔ)充減少的NP細(xì)胞或逆轉(zhuǎn)椎間盤(pán)退變的病理變化。近期研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞可在一定條件下分化為NP樣細(xì)胞，通過(guò)補(bǔ)充椎間盤(pán)內(nèi)減少的NP細(xì)胞而延緩IDD進(jìn)展[3-4]。目前用于研究治療IDD的常用外源性干細(xì)胞主要包括髓核間充質(zhì)干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose mesenchymal stem cells，AMSCs)、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞及肌肉源性干細(xì)胞。其中BMSCs作為細(xì)胞治療和組織工程中最常用的干細(xì)胞，在IDD治療中表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，不僅可減緩椎間盤(pán)高度的下降，還可明顯緩解患者的臨床癥狀[5-6]。本文就近年來(lái)BMSCs及其外泌體在IDD治療中的研究進(jìn)展予以綜述，以期為臨床提供參考。

1 BMSCs概況

1.1 生物學(xué)特性 BMSCs是一類存在于骨髓中的非造血干細(xì)胞群，具有自我更新能力和多向分化潛能[7-9]，以及一定的歸巢能力。其中歸巢能力是指BMSCs能夠遷移到受損部位然后分化為損傷部位的局部成分，并分泌有助于組織再生的趨化因子、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子。有研究證實(shí)，BMSCs的歸巢能力可增強(qiáng)椎間盤(pán)細(xì)胞的存活和再生能力，預(yù)防IDD進(jìn)一步惡化[10]，但其治療效果在一定程度上取決于移植入損傷部位的時(shí)間以及歸巢時(shí)各種化學(xué)因素(如趨化因子、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等)和機(jī)械因素(剪切應(yīng)力等)的影響[11]。有研究表明，腫瘤壞死因子超家族中的Fas可誘導(dǎo)BMSCs歸巢[12]。如何通過(guò)技術(shù)手段提高BMSCs的歸巢能力并適當(dāng)調(diào)節(jié)外界因素以進(jìn)一步提高其治愈能力，可能會(huì)成為新的研究方向。

1.2 治療優(yōu)勢(shì) 目前干細(xì)胞研究主要集中于BMSCs和AMSCs，后者對(duì)IDD具有一定的治療效果，干預(yù)后椎間盤(pán)高度下降速度減慢，Pfirrmann分級(jí)降低，組織學(xué)改變減輕[13]。Zhou等[14]將BMSCs和AMSCs分別與纖維環(huán)細(xì)胞共培養(yǎng)21 d，采用免疫組化、二甲基亞甲基藍(lán)(DMMB)測(cè)定法以及定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)檢測(cè)纖維環(huán)標(biāo)記物膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅱ和蛋白聚糖的表達(dá)，結(jié)果顯示，在共培養(yǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，三種基因在BMSCs和ADSCs中的表達(dá)均增加，且可分化為纖維環(huán)(annulus fibrosus，AF)樣細(xì)胞。其中纖維環(huán)標(biāo)記物膠原蛋白Ⅰ在BMSCs中表達(dá)量最多，提示BMSCs具有更強(qiáng)的向纖維環(huán)樣細(xì)胞分化的能力，作為纖維環(huán)修復(fù)的細(xì)胞來(lái)源可能更好。此外，BMSCs修復(fù)退變椎間盤(pán)內(nèi)NP的能力強(qiáng)于AMSCs[15]。BMSCs移植治療IDD是一種潛在的誘導(dǎo)椎間盤(pán)再生、ECM生長(zhǎng)、向良好的合成代謝平衡轉(zhuǎn)變以及減輕疼痛的方法，可能是治療IDD的最佳種子細(xì)胞。

1.3 治療潛能 BMSCs向骨、軟骨等組織分化的能力及較強(qiáng)的自我增殖和免疫耐受特性為細(xì)胞移植治療提供了可能。2003年Sakai等[16]首次發(fā)現(xiàn)BMSCs可以減緩?fù)米甸g盤(pán)退變，為后續(xù)BMSCs在IDD中的研究奠定了基礎(chǔ)。

目前BMSCs治療退變椎間盤(pán)的作用機(jī)制已取得突破性進(jìn)展。Risbud等[17]首次在體外條件下發(fā)現(xiàn)，BMSCs在低氧和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)的誘導(dǎo)作用下可向NP樣細(xì)胞分化，有助于補(bǔ)充退變椎間盤(pán)內(nèi)減少的NP細(xì)胞。IDD常見(jiàn)于老年人群，與椎間盤(pán)細(xì)胞的過(guò)早衰老和功能障礙有關(guān)。Li等[18]采用腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導(dǎo)NP細(xì)胞衰老后與鼠BMSCs共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)BMSCs可誘導(dǎo)NP細(xì)胞中衰老相關(guān)分泌表型的減少，并可促進(jìn)NP細(xì)胞增殖和Ⅱ型膠原蛋白表達(dá)。衰老相關(guān)的鋅金屬肽酶STE24(ZMPSTE24)在衰老NP細(xì)胞中表達(dá)有所降低，但在與BMSCs共培養(yǎng)后得以恢復(fù)。BMSCs可能通過(guò)上調(diào)ZMPSTE24來(lái)減輕或預(yù)防NP纖維化并恢復(fù)NP的活力和功能狀態(tài)。另有研究發(fā)現(xiàn)，BMSCs可通過(guò)抑制TLR2/NF-κB通路減緩IDD進(jìn)展[19]。以上研究不同程度地證實(shí)了BMSCs對(duì)IDD的治療是有 效的。

2 BMSCs移植治療IDD

2.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 近年來(lái)，BMSCs移植治療IDD已在動(dòng)物退變模型中得到證實(shí)。Teixeira等[20]將人BMSCs培養(yǎng)于牛退變椎間盤(pán)NP孔中，通過(guò)檢測(cè)BMSCs的凋亡和遷移分析其對(duì)炎性環(huán)境的反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，退變椎間盤(pán)環(huán)境不影響干細(xì)胞的活力，可促進(jìn)細(xì)胞向損傷部位遷移；干細(xì)胞可能通過(guò)旁分泌方式下調(diào)IL-6、IL-8和TNF-α等炎性因子的表達(dá)，提示BMSCs可能通過(guò)分泌細(xì)胞因子延緩IDD。

單純注射BMSCs雖然具有一定療效，但有時(shí)并不能取得較好的修復(fù)效果。Yan等[21]在兔IDD模型中通過(guò)檢測(cè)移植后椎間盤(pán)內(nèi)Ⅱ型膠原蛋白、蛋白多糖、TGF-β1和水分含量，比較BMSCs移植和BMSCs聯(lián)合不同濃度丹參酚酸移植的治療效果，結(jié)果顯示，丹參酚酸B(1～10 mg/L)聯(lián)合BMSCs修復(fù)退變椎間盤(pán)的效果更優(yōu)。Yi等[22]從新西蘭兔中提取BMSCs，針刺誘導(dǎo)兔IDD模型，通過(guò)攜帶金屬蛋白酶組織抑制因子1(hTIMP-1)的重組腺病毒載體轉(zhuǎn)染獲得轉(zhuǎn)基因BMSCs(TBT組)。建模成功后分別移植到損傷誘導(dǎo)的變性椎間盤(pán)模型的NP中，然后檢測(cè)椎間盤(pán)ECM含量和hTIMP-1的表達(dá)。與對(duì)照組(接受無(wú)細(xì)胞磷酸鹽緩沖生理鹽水)相比，TBT組和BT組(接受未改變的BMSCs移植)的退行性改變明顯減輕，ECM含量明顯增加，TBT組ECM含量高于BT組，hTIMP-1 mRNA和蛋白水平高于BT組。該研究表明，細(xì)胞移植通過(guò)攜帶藥物或基因可能具有更佳的治療效果，這可能會(huì)成為未來(lái)IDD細(xì)胞移植療法的新途徑。

2.2 人體實(shí)驗(yàn) 目前干細(xì)胞療法已被廣泛應(yīng)用于臨床治療急性肺損傷、糖尿病、移植物抗宿主病、慢性缺血性心臟病、心力衰竭等疾病并取得了顯著效果[23-27]。BMSCs已初步應(yīng)用于臨床IDD試驗(yàn)。一項(xiàng)研究調(diào)查了與自體BMSCs共培養(yǎng)后的NP細(xì)胞移植治療IDD的安全性，共9例Ⅲ級(jí)IDD患者隨訪3年期間無(wú)不良事件發(fā)生，所有患者的椎間盤(pán)均未進(jìn)一步退變，1例有明顯改善，患者LBP評(píng)分降低，表明與BMSCs共培養(yǎng)后的NP細(xì)胞移植治療有效，可在受試者中安全應(yīng)用[28]。2019年Henriksson等[29]探討了BMSCs移植后在4例(年齡分別為41、45、47和47歲)IDD患者體內(nèi)的存在和分布規(guī)律。BMSCs用蔗糖鐵標(biāo)記，在移植8個(gè)月后可檢測(cè)到BMSCs存活于椎間盤(pán)不同部位并分化為軟骨細(xì)胞，刺激原有細(xì)胞產(chǎn)生ECM。一項(xiàng)經(jīng)皮自體BMSCs注射再生椎間盤(pán)研究共納入98例患者，注射前均接受非手術(shù)治療，治療后生活質(zhì)量顯著改善，在一年的隨訪中，平均殘疾指數(shù)(ODI)從“嚴(yán)重殘疾”提高到“最低殘疾”，在注射部位未觀察到其他不良事件，且無(wú)論干細(xì)胞的來(lái)源如何，患者的臨床和放射學(xué)結(jié)果的整體改善均得到證實(shí)，隨訪期間并發(fā)癥發(fā)生率很低[30]。

雖然上述少數(shù)病例研究臨床療效顯著，且無(wú)明顯不良反應(yīng)，但存在較大的偏倚風(fēng)險(xiǎn)，以及樣本量小和缺乏比較等問(wèn)題，干細(xì)胞移植治療IDD的有效性和安全性證據(jù)受到質(zhì)疑。2019年Meisel等[31]從1039篇相關(guān)文獻(xiàn)中篩選了10篇關(guān)于腰椎椎間盤(pán)細(xì)胞治療的文獻(xiàn)，最終納入的8篇均為小規(guī)模病例研究，病例系列中有限的數(shù)據(jù)表明，細(xì)胞治療對(duì)自體細(xì)胞來(lái)源的疼痛和功能可能有所改善，但這些變化是否具有臨床意義尚不清楚，相關(guān)安全數(shù)據(jù)和報(bào)道較少。因此，尚需進(jìn)行高質(zhì)量的對(duì)比研究以及更多的臨床試驗(yàn)研究證明細(xì)胞移植的可行性和安全性。

細(xì)胞移植可能引起免疫排異而導(dǎo)致移植失敗。Shi等[32]比較了新生兒和兔真皮成纖維細(xì)胞在兔退變椎間盤(pán)中的宿主免疫應(yīng)答，發(fā)現(xiàn)移植入兔椎間盤(pán)的人體細(xì)胞未較兔細(xì)胞引起更高的免疫應(yīng)答，表明椎間盤(pán)能夠耐受同種或異種移植。有研究證實(shí)，椎間盤(pán)退變、外傷等情況導(dǎo)致生理性屏障破壞，NP組織與免疫系統(tǒng)接觸后會(huì)引起較嚴(yán)重的免疫反應(yīng)，而在生理性屏障未破壞時(shí)免疫反應(yīng)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較 低[33-34]。因此，在一定條件下細(xì)胞移植治療人IDD的干細(xì)胞理論上也可來(lái)源于動(dòng)物，但動(dòng)物干細(xì)胞是否可在特定環(huán)境下如椎間盤(pán)纖維環(huán)未破裂時(shí)起作用，尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)道。

2.3 生物材料支架 適當(dāng)?shù)募?xì)胞支架可以維持移植細(xì)胞的活力和功能，而水凝膠可模擬NP的天然ECM環(huán)境，并可為細(xì)胞提供結(jié)合位點(diǎn)，可能成為合適的細(xì)胞支架。Nakashima等[35]向兔受損椎間盤(pán)內(nèi)注射交聯(lián)透明質(zhì)酸水凝膠和交聯(lián)硫酸軟骨素水凝膠發(fā)現(xiàn)，注射后椎間盤(pán)大多保留了MR的正常信號(hào)強(qiáng)度。Wang等[36]發(fā)現(xiàn)，在大鼠IDD模型中注射水凝膠加載的BMSCs可以延緩IDD，促進(jìn)退化的椎間盤(pán)再生。Vickers等[37]從細(xì)胞水平驗(yàn)證了干細(xì)胞在NP凝膠中的生存能力和分化能力，證實(shí)N'-二甲基丙烯酰胺水凝膠可在不需要額外生長(zhǎng)因子的情況下誘導(dǎo)人干細(xì)胞向NP細(xì)胞分化，并同時(shí)表達(dá)蛋白聚糖和Ⅱ型膠原蛋白。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，氧化還原聚合的羧甲基纖維素水凝膠作為BMSCs載體也具有一定療效[38]。 總之，以水凝膠為載體攜帶BMSCs植入退變的椎間盤(pán)可能是一種有效的治療方案。

Zhang等[39]制備微囊化兔軟骨細(xì)胞與BMSCs共培養(yǎng)，通過(guò)檢測(cè)BMSCs細(xì)胞活性、Ⅱ型膠原蛋白和糖胺聚糖的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，微囊共培養(yǎng)體系不會(huì)影響B(tài)MSCs的增殖，反而增強(qiáng)了其生成Ⅱ型膠原蛋白和糖胺聚糖的能力。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微囊化骨軟骨細(xì)胞和BMSCs共培養(yǎng)組的椎間盤(pán)修復(fù)效果優(yōu)于其他非微囊化骨軟骨細(xì)胞組。此外，低溫保存的微囊化BMSCs被證實(shí)具有修復(fù)退變椎間盤(pán)的效果，BMSCs包埋在藻酸鹽微膠囊中，低氧低溫貯藏后將微膠囊注射入牛離體的椎間盤(pán)NP中，發(fā)現(xiàn)NP細(xì)胞與BMSCs微膠囊共培養(yǎng)能產(chǎn)生更多的基質(zhì)成分，相比于微囊化BMSCs，BMSCs在基質(zhì)合成方面存在不足，這種差異在體外器官培養(yǎng)模型中得到了驗(yàn) 證[40]。隨著研究的不斷深入，Zhang等[41]在納米水平研究發(fā)現(xiàn)，裝載基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1α)的白蛋白/肝素納米粒子注入退變椎間盤(pán)可以誘導(dǎo)椎間盤(pán)再生，且對(duì)BMSCs歸巢具有強(qiáng)有力的趨化作用。越來(lái)越多的研究表明，利用細(xì)胞與生物材料支架相結(jié)合的組織工程方法可以恢復(fù)椎間盤(pán)高度、再生ECM，從而延緩IDD，未來(lái)組織工程可能成為一個(gè)很有前景的治療方案。

2.4 BMSCs移植療法的局限性 干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中表現(xiàn)出巨大的潛力，但目前誘導(dǎo)分化方案尚未完善，常用的誘導(dǎo)方案包括低氧環(huán)境、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(如TGF-β1)、生長(zhǎng)分化因子(GDF)家族成員等，部分方案脫離了NP的細(xì)胞外環(huán)境[17,42-44]。Xu等[45]開(kāi)發(fā)了一種優(yōu)化的脫細(xì)胞NP支架，保留了大部分的生物成分和規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)，并可在體外誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成NP樣細(xì)胞，但仍缺乏一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

既往研究表明，采用移植NP樣細(xì)胞修復(fù)退變椎間盤(pán)，椎間盤(pán)無(wú)血管化時(shí)移植并不會(huì)引起炎癥反應(yīng)，可以降低排斥風(fēng)險(xiǎn)，但在已有異常血管長(zhǎng)入NP組織時(shí)移植風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)[46]。Maidhof等[47]評(píng)估了介入時(shí)機(jī)對(duì)椎間盤(pán)生物化學(xué)和生物力學(xué)的影響，在大鼠椎間盤(pán)穿刺損傷后第3、14和30天分別注入干細(xì)胞，結(jié)果顯示，損傷后第3天給予的干細(xì)胞在椎間盤(pán)部位保留得最多，表明在疾病進(jìn)展的早期階段進(jìn)行細(xì)胞治療可能更有效，這可能是因?yàn)閾p傷相關(guān)的炎性微環(huán)境增強(qiáng)了間充質(zhì)干細(xì)胞的活性，但早期細(xì)胞移植是否會(huì)帶來(lái)其他風(fēng)險(xiǎn)尚未可知，且臨床就診患者多數(shù)已進(jìn)入退變晚期。此外，在選擇用于臨床的NP干細(xì)胞來(lái)源時(shí)，應(yīng)考慮由于椎間盤(pán)的退變環(huán)境而引起NP干細(xì)胞衰老的問(wèn)題[48]。組織工程的應(yīng)用似乎是目前較為有效的新型治療措施，Vaudreuil等[49]利用一種可光聚合的生物凝膠支架將干細(xì)胞植入兔NP中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)法避免骨贅形成和纖維環(huán)破壞。

綜上，雖然細(xì)胞移植療法具有一定的治療前景，但仍面臨著巨大挑戰(zhàn)：①如何確定細(xì)胞移植的最佳時(shí)間，以及如何準(zhǔn)確判斷退變開(kāi)始的時(shí)間； ②移植后如何減少骨贅形成，減少不定向分化以及降低腫瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；③移植后的細(xì)胞存活率問(wèn)題；④因移植操作而導(dǎo)致的纖維環(huán)破壞或其他并發(fā)癥反而加快IDD；⑤如何避免或減緩干細(xì)胞衰老；⑥移植排斥反應(yīng)。

3 BMSCs外泌體在IDD中的研究

3.1 外泌體的特點(diǎn) 隨著細(xì)胞研究的不斷深入，從細(xì)胞中分離的外泌體(exosomes)作為干細(xì)胞潛在的替代品成為現(xiàn)今關(guān)注的焦點(diǎn)。外泌體是幾乎所有細(xì)胞類型都可產(chǎn)生的一種膜性囊泡，是細(xì)胞間通訊的關(guān)鍵信使[50]。干細(xì)胞是外泌體最常用的來(lái)源，干細(xì)胞來(lái)源的外泌體包含多種功能蛋白、mRNA、miRNA和信號(hào)脂質(zhì)[51]，其直徑在30～100 nm，來(lái)源于核內(nèi)體并儲(chǔ)存在多泡體中，通過(guò)與細(xì)胞膜融合將脂質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)等多種生物活性物質(zhì)傳遞給受體細(xì)胞，引起受體細(xì)胞功能或活性改變，發(fā)揮細(xì)胞間物質(zhì)交換和信息交流的作用[52-53]。外泌體具有性質(zhì)穩(wěn)定，易保存、易獲取、易轉(zhuǎn)化，無(wú)免疫原性等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用空間。鑒于外泌體的多種功能和優(yōu)勢(shì)，注射攜帶特定基因和治療藥物的外泌體可能會(huì)成為IDD無(wú)細(xì)胞治療策略的合適選擇[54]。

3.2 外泌體在其他疾病中的應(yīng)用 外泌體在醫(yī)學(xué)治療上具有多種潛能，目前的研究集中于腫瘤、藥物輸送和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[55]。外泌體的特征是小RNA的聚集，包括mRNA、miRNA、tRNA和lncRNA[56-57]。這些RNA分子和蛋白質(zhì)一起作為遺傳物質(zhì)，通過(guò)外泌體的轉(zhuǎn)移在細(xì)胞通訊中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[58]。外泌體中的RNA主要是miRNA，具有多種生物功能。Valadi等[59]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠外泌體miRNA轉(zhuǎn)移至人肥大細(xì)胞后，在受體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了新的小鼠蛋白。外泌體作為載體轉(zhuǎn)運(yùn)遺傳物質(zhì)，通過(guò)誘導(dǎo)受體細(xì)胞功能和活性的改變，引起細(xì)胞行為的改變。隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，外泌體正迅速發(fā)展為一種新的腫瘤治療方法，臨床上可用于疾病診斷(標(biāo)志物、液體活檢)[60]、藥物載體[61-62]、疾病靶標(biāo)[63]以及預(yù)后監(jiān)測(cè)[64]。目前干細(xì)胞外泌體已在多種疾病的診斷和治療中發(fā)揮重要作用，包括骨關(guān)節(jié)炎、膀胱癌、惡性腫瘤、皮瓣損傷修復(fù)、眼病等[65-69]，但在IDD中的研究目前仍處于起步階段，深入了解外泌體形成的亞細(xì)胞成分和機(jī)制以及特定的細(xì)胞靶向具有重要意義。

3.3 外泌體的分離、鑒定和儲(chǔ)存 目前外泌體的分離方法主要包括超速離心法和聚合物沉淀法，其中超速離心法包括簡(jiǎn)單超速離心、密度緩沖離心和密度梯度離心，在產(chǎn)量上差異很小。簡(jiǎn)單超速離心是分離外泌體最常用的方法，會(huì)產(chǎn)生更多的蛋白質(zhì)污染和外泌體的聚集[70]。而外泌體商業(yè)試劑由于會(huì)引起嚴(yán)重的聚集和污染并不適用于臨床。因此，目前外泌體治療面臨的最大困境是外泌體的提取產(chǎn)量較低，以及如何維持提取外泌體的物理性質(zhì)并防止其污染。外泌體鑒定方法包括形態(tài)學(xué)鑒定(電鏡)、粒子大小分析(粒徑分析)及標(biāo)志蛋白鑒定(Western blotting)。其中透射電鏡可以清楚地觀察到外泌體的大小、形態(tài)，屬于鑒定方法的金標(biāo)準(zhǔn)。外泌體的儲(chǔ)存條件為-80 ℃下存儲(chǔ)于磷酸鹽緩沖液中，先前研究表明在較高溫度下儲(chǔ)存會(huì)減少外泌體及其內(nèi)含物的數(shù)量，而在-80 ℃下儲(chǔ)存則變化較小[71]。

3.4 BMSCs外泌體治療IDD

3.4.1 作用機(jī)制 目前BMSCs外泌體(BMSCs-exo)修復(fù)退變椎間盤(pán)的作用機(jī)制研究已取得一定成果。2019年一項(xiàng)研究表明，椎間盤(pán)內(nèi)NP細(xì)胞來(lái)源的外泌體可促進(jìn)BMSCs遷移并誘導(dǎo)其向NP樣細(xì)胞分化，可能與Notch1通路的抑制相關(guān)，并且其分化能力強(qiáng)于細(xì)胞間接共培養(yǎng)[72]。Cheng等[73]發(fā)現(xiàn)BMSCsexo可以抑制TNF-α誘導(dǎo)的NP細(xì)胞凋亡，這可能與外泌體miR-21通過(guò)磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-Akt通路靶向磷酸酶和緊張素同系物(PTEN)轉(zhuǎn)入NP細(xì)胞有關(guān)。Liao等[74]采用RNA干擾、免疫組化等方式評(píng)價(jià)了BMSCs-exo的作用機(jī)制和治療效果，發(fā)現(xiàn)退變椎間盤(pán)組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激水平和凋亡率升高，外泌體通過(guò)激活A(yù)kt和ERK信號(hào)通路減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并且在大鼠模型中得到驗(yàn)證，首次證實(shí)了BMSCs-exo可以調(diào)節(jié)年齡相關(guān)椎間盤(pán)變性時(shí)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。有研究表明，過(guò)度的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是IDD發(fā)生的關(guān)鍵早期事件，而NLRP3炎性小體是引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的主要原因。Xia等[75]發(fā)現(xiàn)，在兔退變椎間盤(pán)內(nèi)，BMSCs-exo通過(guò)抑制炎性介質(zhì)和NLRP3炎性小體的活化在NP細(xì)胞中發(fā)揮抗炎作用，顯著阻止了退行性變的發(fā)生。此外還發(fā)現(xiàn)，外泌體可為NP細(xì)胞提供線粒體蛋白，通過(guò)補(bǔ)充外泌體可以修復(fù)受損的線粒體。

3.4.2 應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn) 外泌體的應(yīng)用避免了干細(xì)胞移植的免疫排斥反應(yīng)，其性質(zhì)穩(wěn)定，易保存、易獲取、易轉(zhuǎn)化，并具有較低的免疫原性?；蛑委熀图?xì)胞因子治療是延緩甚至逆轉(zhuǎn)IDD的新途徑[76]，但將外源性基因?qū)胱甸g盤(pán)細(xì)胞仍是一個(gè)難題，而外泌體是一種有希望的非病毒基因治療載體，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了外泌體在IDD中的治療作用，進(jìn)一步研究其作用機(jī)制具有重要意義。

外泌體治療劑的開(kāi)發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)，生產(chǎn)率較低，商業(yè)化制備的外泌體因具有嚴(yán)重的蛋白質(zhì)污染和聚集而無(wú)法用于臨床治療。由于其異質(zhì)性和低生產(chǎn)率，生產(chǎn)外泌體制劑是治療應(yīng)用的主要障礙，需要開(kāi)發(fā)和優(yōu)化生產(chǎn)方法，包括分離和儲(chǔ)存外泌體制劑的方法。此外，外泌體的治療潛力和遞送效率的提高對(duì)其臨床應(yīng)用亦非常重要[77]。外泌體有望成為治療各種疾病的有效治療劑，因此應(yīng)開(kāi)發(fā)用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法，同時(shí)優(yōu)化分離和儲(chǔ)存的方法。

3.4.3 治療前景 已有研究初步表明了BMSCs-exo在治療IDD中的巨大潛力。BMSCs-exo可促進(jìn)退化NP細(xì)胞增殖和健康ECM生成[54]。NP細(xì)胞來(lái)源的外泌體可促進(jìn)BMSCs遷移并誘導(dǎo)BMSCs分化為NP樣表型。外泌體作為BMSCs與NP細(xì)胞間信息交流的重要工具，具有多種功能和多重優(yōu)勢(shì)，單獨(dú)應(yīng)用或裝載特定基因和藥物是無(wú)細(xì)胞治療IDD的新型策 略[54]。一旦外泌體的特性和生物學(xué)特征得到更好的闡釋，將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，BMSCs移植可以延緩IDD，但其局限性限制了干細(xì)胞組織工程療法的普及。外泌體由于其易保存、無(wú)免疫原性等優(yōu)勢(shì)而受到研究者的廣泛關(guān)注，但存在提取率低、量少等問(wèn)題，隨著研究的不斷深入，推測(cè)在不久的將來(lái)注射攜帶外源性基因或藥物的BMSCs-exo以減緩人椎間盤(pán)的退變，可能成為一種新型有效的治療策略。