五加皮外泌体样纳米囊泡促进人骨髓间充质干细胞成骨分化OA

背景:五加皮及其提取物具有促成骨作用,但五加皮来源外泌体样纳米囊泡的成骨效应及机制尚未阐明。目的:探讨五加皮来源外泌体样纳米囊泡促进人骨髓间充质干细胞成骨分化的分子机制及对骨质疏松症的预防作用。方法:(1)采用梯度密度离心法提取人骨髓间充质干细胞;采用差速离心、蔗糖梯度密度离心法分离五加皮来源外泌体样纳米囊泡;(2)以0,2.5,5μg/mL五加皮来源外泌体样纳米囊泡干预人骨髓间充质干细胞,采用碱性磷酸酶染色、茜素红染色、qRT-PCR及Western blot检测成骨分化水平;(3)转录组测序筛选关键通路并用转化生长因子β1受体抑制剂验证;(4)构建卵巢切除骨质疏松大鼠模型,腹腔注射五加皮来源外泌体样纳米囊泡干预12周,Micro-CT分析骨微结构,组织学染色检测成骨蛋白表达。结果与结论:(1)五加皮来源外泌体样纳米囊泡呈典型的杯托状或圆盘形;(2)体外实验证实,五加皮来源外泌体样纳米囊泡剂量依赖性地促进骨髓间充质干细胞成骨分化,表现为碱性磷酸酶活性升高、矿化结节增多及成骨基因表达上调;(3)转录组分析显示,五加皮来源外泌体样纳米囊泡通过激活转化生长因子β1/Smad2/3信号通路,上调转化生长因子β1及磷酸化Smad2/3蛋白表达,且转化生长因子β1受体抑制剂可部分抑制它的促成骨效应;(4)动物实验结果显示,5 mg/kg五加皮来源外泌体样纳米囊泡干预后,卵巢切除大鼠骨密度、骨体积分数及骨小梁厚度均显著增加(P<0.05),胶原纤维生成明显,且骨组织中Runt相关转录因子2、骨钙素及转化生长因子β1蛋白表达上调;主要脏器组织学观察未见明显毒性变化。结果表明,五加皮来源外泌体样纳米囊泡通过激活转化生长因子β1/Smad2/3通路促进人骨髓间充质干细胞成骨分化,并有效改善骨质疏松。