骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种退行性全关节疾病，以软骨退变为特征，具体表现为细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）的合成与降解代谢紊乱。ECM稳态失衡与氧化还原稳态的破坏相关，并且作为促进OA发展的代谢性因素之一，软骨中脂质的蓄积也与氧化应激存在潜在因果关系。作为抗氧化防御的第一道防线，SOD3的ECM定位使其在调节细胞外氧化还原状态中发挥独特作用，并成为OA的一个潜在治疗靶点。长期以来，运动疗法被认为是治疗肌骨疾病的有效方式，主要通过增强抗氧化能力和清除ROS来增强氧化还原平衡。然而运动治疗OA的相关分子机制尚不明确，若能开发工程化细胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EVs）作为运动替代疗法，将为OA无细胞治疗策略提供新思路。
近期，苏州大学附属第一医院朱雪松研究员、张一健医生和杨惠林教授团队在国际权威期刊Redox Biology（中科院1区，IF:10.7）上发表题为“Swimming exercise induces redox-lipid crosstalk to ameliorate osteoarthritis progression”的学术研究论文（2025, 81:103535）。该研究实施了一种非负重运动方案（游泳训练）来研究其对OA的潜在保护作用及其与细胞外氧化还原平衡的关系，利用腺相关病毒过表达和CRISPR-Cas9构建的全身性敲除模型，全面阐明SOD3在软骨和ECM退变中的关键作用。受SOD3分泌特性的启发，该研究开发了一种精确靶向的工程化细胞EVs作为OA的治疗策略，模拟运动治疗效果。
首先，研究团队采用大小鼠的内侧半月板失稳（DMM）手术构建OA模型，并对这些动物进行标准化的游泳训练，结果表明游泳训练通过增强SOD3表达，减轻了关节软骨退化，恢复了软骨ECM的代谢稳态。进一步在体外过表达SOD3，证明SOD3可增强软骨细胞内外对活性氧的清除，保护ECM，而SOD3基因敲除则加重细胞内外氧化应激状态，加速OA进展（图1）。
进一步通过转录组测序，筛选载脂蛋白E（APOE）信号通路，结果表明SOD3通过影响CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）的核易位，抑制APOE的转录，从而调节胆固醇代谢（图1）。
图1游泳运动通过增强SOD3改善OA病理的机制示意图
在此基础上，为了推进靶向SOD3策略的临床转化，研究团队转染并筛选出稳定表达Ⅱ型胶原靶向肽CTP-Lamp2b融合肽与SOD3的软骨细胞，并通过差速离心得到该细胞的细胞外囊泡CTP-EVSod3。透射电子显微镜、纳米粒径分析和Western blot结果显示纳米颗粒符合国际细胞外囊泡学会提供的EVs提取和表征指南，EVs中SOD3和Lamp2b水平显著增加。CCK-8实验表明，不同工程化EVs处理后，细胞增殖无明显变化（图2）。
图2 CTP-EVSod3的制备和表征
体外荧光示踪结果表明，CTP-EV高效内化到软骨细胞中，具有高细胞选择性，且CTP-EV对于人软骨外植体具有更强的亲和力和组织穿透能力。此外，在小鼠关节腔中，CTP-EV实现了在关节软骨的优越聚集。体内成像分析表明，CTP-EV在关节腔内留存长达7天（图3）。
图3 CTP-EVSod3的体内外细胞靶向性验证
为评估CTP-EVSod3在治疗关节疾病方面的转化潜力，研究团队建立了两种不同的动物模型，通过关节内注射策略研究按需治疗和预防治疗方法。相比单一修饰的EV，预防性和按需给药CTP-EVSod3表现出一致且持久的防止软骨退化的能力，有效缓解软骨下骨过度硬化，恢复合成代谢-降解代谢的平衡，提高小鼠的运动能力。关节软骨组织中的SOD3表达增加，而APOE表达降低，表明CTP-EVSod3在关节中表现出强大的SOD3-APOE信号激活能力，软骨中抗氧化能力增强和胆固醇稳态恢复，模拟运动治疗效果，显示出良好的转化潜力（图4）。
图4 CTP-EVSod3的体内治疗效果验证
该研究首次阐明游泳运动通过增强SOD3来延缓骨关节炎进展，为运动疗法的临床应用提供了分子层面的理论支持，并发现SOD3的双重作用机制：不仅通过清除活性氧保护软骨ECM，还通过抑制C/EBPβ-APOE信号轴调控胆固醇内流，揭示了氧化应激与脂质代谢在OA中的协同作用。最终，该研究开发了新型靶向递送系统，实现了SOD3的高效精准递送，为OA治疗提供了创新性技术手段。
苏州大学附属第一医院朱雪松研究员、张一健医生和杨惠林教授是论文的共同通讯作者。苏州大学附属第一医院研究生吴雨斌、侯明壮和邓垚歌是论文的共同第一作者。
参考文献：
Swimming exercise induces redox-lipid crosstalk to ameliorate osteoarthritis progression. Redox Biol. 2025 Feb 7;81:103535. doi: 10.1016/j.redox.2025.103535
外泌体资讯网 Redox Biol│苏州大学附属第一医院朱雪松/张一健/杨惠林：工程化外泌体用于靶向软骨递送SOD3以模拟运动疗法改善骨关节炎
