前言
骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其特征是骨量低和骨质量下降，这两者都会导致骨骼脆弱性的增加。当外力作用于骨质疏松部位时，更容易发生骨折，因此骨质疏松症是骨折的一个重要危险因素。
此外，骨质疏松引起的骨折越来越普遍，特别是在55岁以上的妇女和65岁以上的男子中，它会造成一定的身心负担，并会增加死亡率和额外的保健费用。
△图片来源于摄图网
目前可用的治疗骨质疏松症的药物分为抗吸收调节剂，包括雌激素、雌激素受体调节剂、降钙素和双磷酸盐，以及合成代谢疗法，包括特立帕肽。这些药物通常会引起不良反应，从而造成南辕北辙的效果。以特利帕肽为例，研究表明，有77%的服用20克的患者和78%服用40克的患者出现了不良副作用，包括关节疼痛、肌肉痉挛和疲劳等。雌激素治疗方法已知对乳房和子宫具有一定的副作用，尤其是长期使用的患者。长期的降钙素治疗，由于产生循环抗体而导致耐受。双磷酸盐，目前最常见的治疗骨质疏松症的药物，依然有较多的副作用，包括胃肠道刺激、骨及关节疼痛和颌骨骨坏死。
因此，当前开发一种具有高骨靶向性和低毒性的治疗方法势在必行。
而外泌体以其生物安全性高和具有强大的促成骨能力，可能成为一种很有运用前景的治疗骨质疏松症的生物药物。
△图1 健康骨骼与骨质疏松骨骼对比图
外泌体的生物学功能
外泌体是直径在30~120nm之间的纳米级囊泡，是广泛分布于几乎所有生物液体中的细胞外囊泡，包括血浆、尿液、唾液、腹水、羊水、乳酸和脑脊液等。
几乎所有的细胞，包括B细胞、T细胞、树突状细胞、肥大细胞和内皮细胞都能分泌外泌体[1]。外泌体作为腔内内核小泡，在多泡体(MVBs)与质膜融合时由胞吐作用释放(图2)。外泌体膜主要由脂质和蛋白质组成，外泌体腔内富含生物活性分子，包括蛋白质、脂质、代谢物、mRNA、microRNA (miRNA)和其他非编码RNA (ncRNA)。外泌体通过蛋白质和生物活性脂质配体直接激活细胞表面受体，并启动其膜内容物与细胞质膜受体的融合，通过传递脂质、蛋白质和核酸，在调控受体细胞生物活性方面发挥着重要作用。
通过这种方式，外泌体不仅参与正常生理的维持，如干细胞的维持、组织修复、器官发育、造血功能等，还参与疾病过程，如癌症转移和血管生成。
△图2外泌体的生物发生和与靶细胞的相互作用
在它们的携带的物质中，外泌体腔内的miRNA已引起越来越多的关注。miRNA是一类非编码RNA，通过靶向mRNA进行切割或翻译抑制，在受体细胞中发挥调节作用。
此外，一些miRNA，如肿瘤分泌的miRNA-21和miRNA-29a，具有作为配体结合toll样受体(TLRs)然后激活免疫细胞的能力[2]。lncRNA是一种长度超过200个核苷酸的非编码RNA，已知参与各种生物学过程，在骨形成和再生中发挥重要作用。目前公认lncRNAs主要通过RNA与RNA或RNA与DNA的相互作用调控RNA和蛋白质相关活动。
外泌体调节成骨细胞的增殖与活化
骨骼中大约有6%的常驻细胞是成骨细胞，这对骨骼的生长和维持是必不可少的。此外，成骨细胞负责骨基质的合成和钙化，增加骨密度，防止脆性骨折。
来自不同细胞或功能状态不同细胞的外泌体可能对成骨细胞有显著不同的作用。间充质干细胞来源的外泌体主要通过miRNA-196a刺激成骨细胞分化、活化和增殖，在体内促进骨形成。破骨细胞来源的外泌体被证明可以通过miRNA-214-3p抑制成骨细胞活性来减少骨形成。
一项研究发现，绝经后老年女性和老年男性的miRNA-214水平升高，表明miRNA-214直接靶向ATF4来抑制成骨细胞活性，miRNA-214可促进体外成骨细胞活性和基质钙化[3]。有趣的是，尽管肿瘤患者通常表现出骨质疏松症，但来自肿瘤的外泌体可以刺激成骨细胞增殖和活化。用乳腺癌细胞来源的外泌体处理的成骨细胞数量、代谢活性和碱性磷酸酶(ALP)活性下降。同样，前列腺癌细胞来源的外泌体使成骨细胞增殖增加1.5倍。
△图3 外泌体调控成、破骨细胞生理过程
外泌体调节破骨细胞的分化和活性
一项研究表明，与来自成骨细胞和骨髓间充质干细胞的外泌体相比，内皮细胞来源的外泌体表现出更有效的骨靶向，通过miRNA-155抑制破骨细胞分化和活性[4]。
骨质疏松症的临床治疗通常侧重于抑制破骨细胞的过度激活，而外泌体可能是未来这方面的一个有前途的候选者。越来越多的证据表明，外泌体强烈抑制破骨细胞分化和活性，在体外和动物研究中有效逆转骨质疏松症。
与其他外泌体相比，内皮细胞来源的外泌体具有靶向骨的优势。值得注意的是，外泌体miRNA被认为是参与破骨细胞分化和活性的基因表达调控的重要组成部分，如内皮细胞来源的外泌体miRNA-155、miRNA-503、miRNA-133a和miRNA-422a，这可能为未来开发抗骨质疏松症药物提供潜力，但是需要临床试验来评估这些外泌体对人体的影响。
△图4骨的OPG-RANK-RANKL通路
调节破骨细胞相关基因表达
外泌体的治疗优势
与传统疗法相比，外泌体疗法有几个优点。
首先，外泌体的免疫原性较低。人类骨髓来源的间充质干细胞在其细胞表面表达MHC-I分子，导致免疫排斥。然而，动物研究表明，外泌体可以促进骨形成，而没有任何不良事件。此外，外泌体毒性低。近年来，药物载体，特别是纳米级药物载体受到了广泛的关注，但由于其合成的脂膜导致不可避免的毒性反应，其应用受到了限制。外泌体作为天然内源性纳米微泡，在体内和体外试验中均未显示出诱导毒性。
再就是，外泌体提供了极好的靶向性。例如，破骨细胞外泌体可以通过EphrinA2靶向成骨细胞[5]。外泌体也显示出很大的渗透性，有研究表明外泌体可以穿透细胞膜和生物屏障。
研究表明外泌体具有出色的稳定性，通过温和超声将紫杉醇合并到外泌体中可以在各种条件下保持稳定超过一个月。
最后，可以通过改造或材料加载来增强其功能。
鉴于上述优势，外泌体在通过骨组织工程治疗骨质疏松症和作为靶向运载工具方面具有很强的潜力。在骨组织工程中，装载材料的外泌体在骨折后骨质疏松症患者中具有独特的优势。外泌体作为靶向传递载体，也可以有效地装载miRNA和siRNA等化合物。
展望
外泌体是一种天然的膜囊泡，通过传递它们的货物，包括蛋白质，以及编码和非编码RNA，参与细胞间的通信。
鉴于外泌体的低免疫原性和毒性等固有优势，外泌体具有很好的治疗潜力，有望成为治疗骨质疏松症的可靠的新方法。
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随着研究方法的进步，也会有更多的外泌体被发现，其作用于骨质疏松的具体机制也会更加深入，相信未来外泌体在骨质疏松症早期预防、早期诊断及抗骨质疏松生物靶向药物的研发方面会有极高的应用价值，将为骨质疏松症患者带来希望。
