关节软骨是构成膝关节的重要组成部分，其主要功能是传导分布运动载荷，维持和承受接触应力从而顺利完成膝关节功能活动。因关节软骨中无血管、淋巴和神经分布，其自身修复能力较弱。一般认为关节软骨损伤的自我修复能力与损伤大小呈负相关性。根据国际软骨修复协会（International Cartilage Repair Society，ICRS）分级法，直径3mm以上的损伤又称关节软骨缺损（articular cartilage defects, ACD），大多不能完全修复，由纤维软骨填充；而当ACD直径>6mm，其不但不能修复，还会进一步损伤周围关节软骨，形成更大的缺损空洞，进而引起损伤周围的软骨下滑和关节软骨的塌陷，造成膝关节骨关节炎（osteoarthritis，OA）。我国已经步入老龄化社会，骨关节炎患者基数庞大，且骨关节炎的致残率逐渐升高，为减轻医疗负担，科学家及骨科医师们迫切需要新的策略治疗ACD并阻断其向OA发展。近日，东部战区总医院赵建宁/包倪荣/张雷团队在中科院2区，top杂志International Immunopharmacology（IF=5.6）上发表题为“A novel mechanism behind irreversible development of cartilage degradation driven articular cartilage defects revealed by rat model: The chain reaction initiated by extracellular vesicles delivered LOC102546541”的研究论文（2024 Jun 13;137:112467）。该团队通过大鼠模型揭示了一种能够解释软骨降解驱动型关节软骨缺损向骨关节炎不可逆发展的新机制，即由内源性细胞外囊泡递送致病性LncRNA引起的链式反应。该报道为科学家认识关节软骨缺损/骨关节炎提供新的视角，对研发治疗关节软骨缺损/骨关节炎的药物及技术有重要临床意义。
随着高通量测序技术的发展，越来越多的长链非编码RNA（long non-coding RNA, LncRNA）被注释，但是绝大多数的 LncRNA 的功能仍然不清楚，而LncRNA可以被细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）包裹和递送，甚至有些LncRNA仅特殊定位在细胞外囊泡中。因此 细胞外囊泡-LncRNA 的研究是一片非常广阔的未知领域，具有极大的研究价值和意义。本研究中，作者们通过构建ACD大鼠、细胞外囊泡二代测序、FISH实验、miRNA pull-down实验、RIP实验、双荧光素酶报告基因实验等，从细胞、动物及分子三个层面证实了磨损的关节软骨细胞（damaged articular chondrocytes，DAC）通过旁分泌DAC-EVs递送致病性LOC102546541至正常关节软骨细胞（articular chondrocytes，AC）中，而LOC102546541通过海绵吸附作用，降低细胞基质中miR-632水平并造成MMP13表达量增高，从而降解细胞外基质；同时，更多的DAC在软骨缺损中心的周围生成，形成一系列链式反应。工程化细胞外囊泡被认为是高效的新一代药物递送平台，近几年来研发各种工程化细胞外囊泡注射剂或工程化细胞外囊泡缓释系统已经成为治疗多种疾病的新兴策略。在该研究中，作者们通过构建具有靶向敲低LOC102546541的小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）,并用化学法将其包装至AC-EVs中，构建成工程化细胞外囊泡siR@AC-EVs。进一步地，作者们将siR@AC-EVs溶于PBS中制备成关节腔注射剂，用于治疗ACD大鼠，并发现明确的治疗效果。综上所述，该研究不仅在大鼠模型中揭示了一种关节软骨缺损不可逆发展的新机制，即DAC-EVs将LOC102546541递送到关节软骨细胞中，从而参与关节软骨缺损的发展。LOC102546541作为内源性竞争性RNA，通过下调miR-632，增强MMP13转录后翻译，发挥后者降解细胞外基质的功能。此外，该研究强调LOC102546541的高度同源人类基因可能是MMP13的平行治疗靶点，该基因的表达水平可作为ACD和OA新的诊断指标，未来需要进一步实验来证实。该论文通讯作者是东部战区总医院赵建宁教授、包倪荣教授及张雷副教授。南京大学医学院博士研究生赖圳登、硕士研究生程玺和东部战区总医院袁涛主治医师为该论文的共同第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金项目资助。A novel mechanism behind irreversible development of cartilage degradation driven articular cartilage defects revealed by rat model: The chain reaction initiated by extracellular vesicles delivered LOC102546541, Int Immunopharmacol. 2024 Jun 13:137:112467. doi: 10.1016/j.intimp.2024.112467.外泌体资讯网 Int Immunopharmacol｜EVs递送LOC102546541引发的链式反应促进软骨降解驱动型关节软骨缺损不可逆发展
