通过外泌体调控肌腱干细胞腱系分化的机制研究

Previous studies demonstrated that TSCs play an important role in the healing process of injured tendons, but they may also be affected by various cytokines at the site of injury, which may lead to the occurrence of non-tendon healing. The tendon scar healing and abnormal ossification will affect tendon function, or even loss of athletic sports career! In vitro our data shown that changing the growth microenvironment of TSCs can promote their directional differentiation. The exosomes (Exo) is an important part of the extracellular microenvironment. Exosome is an important part of the paracrine effect of extracellular microenvironment, which is released into the extracellular environment by exocytosis and is an important medium for information exchange between cells. However, we know so little about exosomes from TSCs. Therefore, we hypothesized that exosome produced by stem cell paracrine in tendon repair may be more important, and tendon differentiation may be more easily induced by changing the composition of exosome. In the present study, it is proposed that TSC-exo produced by TSCs can improve the microenvironment of TSCs via paracrine pathway, which may affect the proliferation of tendon cells and the synthesis of extracellular matrix. Finally, it can effectively promote the healing of tendon injuries. Meanwhile, possible signal pathways of intercellular cross-talk by exosomes were also studied.

前期研究证实，肌腱干细胞（TSCs）在损伤肌腱的愈合过程中发挥重要作用，但是也会受到损伤部位各种细胞因子的影响，可能导致非腱系愈合的发生，由此而产生的肌腱瘢痕愈合和异常骨化都会影响肌腱功能，甚至使运动员丧失运动生涯！体外实验证实改变TSCs的生长微环境能促进其定向分化，而外泌体（Exo）是细胞外微环境旁分泌作用的重要组成部分，以胞吐形式释放入胞外环境中，是细胞间信息交换的重要媒介。但是，对于TSCs源性的Exo所知甚少。因此我们假设肌腱损伤修复中干细胞旁分泌作用产生的Exo可能更重要，而通过调控改变Exo所携带的转录基因，可能更容易诱导TSCs腱系分化。本研究拟通过调控TSCs产生的Exo经旁分泌途径改善TSCs生长微环境，进而影响肌腱细胞的增殖和细胞外基质的合成，最终达到有效促进损伤肌腱优质愈合的目的；同时还将对可能的Exo细胞间交换信号通路进行研究。

肌腱自我修复再生能力较差，瘢痕愈合后的肌腱在组织学、生物化学、生物力学特性等方面均有所改变。前期研究发现肌腱干细胞（TSCs）在肌腱修复中有重要作用，本课题主要对肌腱干细胞源性外泌体（TSC-Exos）对肌腱愈合的影响进行研究。.重要结果和关键数据：TSC-Exos呈现剂量依赖性促进TSCs和肌腱细胞增殖、迁移，其作用是通过PI3K/AKT和MAPK/ERK1/2信号转导。TSC-Exos能诱导TSCs成腱分化、抑制成骨分化，其中miR-145-3p起重要作用。TSC-Exos能在愈合早期抑制炎症、抑制凋亡，后期增加I/III型胶原的比例和大直径胶原纤维的比例、平衡肌腱ECM的合成和降解、抑制瘢痕形成；TSC-Exos治疗后，损伤愈合的肌腱组织结构更佳、力学性质更优。.通过在TSCs培养过程中加入或转染HGF，提取的TSCs或条件培养液，均能增强抑制炎症、抑制骨化和纤维化的效果，其中部分机制是通过抑制TGFβ1诱导的信号传导来实现。同样低氧处理TSCs而获得的条件性外泌体（Hy-TSC-Exos），能提高获取外泌体的数量，其促进成腱分化、抑制炎症和纤维化的效果也得到加强；而且此方法简便、易行，技术稳定，对于未来临床应用前景广阔。另外，本研究还发现脂肪干细胞源性外泌体（ADSC-Exos）通过激活SMAD2/3和SMAD1/5/9信号通路，也能促进TSCs增殖、迁移、促进TSCs的成腱分化蛋白表达。ADSC-Exos治疗可使损伤肌腱胶原排列更规则。.其科学意义在于：TSC-Exos以及条件性TSC-Exos通过促进细胞增殖和迁移，抑制炎症和骨化、促进腱性分化，在改善肌腱损伤修复和重塑中发挥重要作用，能促进肌腱损伤的高质量愈合，是治疗肌腱损伤的有效方法。不论TSC-Exo还是ADSC-Exos都能起到干细胞移植一样的作用，而且不用担心干细胞移植可能导致的细胞存活率低、肿瘤生长等问题，具有广阔应用前景。这些发现为肌腱损伤确定了一种新的潜在治疗策略。