骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是最常见的慢性关节疾病，通常因异常的机械负荷、氧化应激的过度产生，以及代谢紊乱导致炎症细胞因子和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的大量释放而导致。基质金属蛋白酶MMP13是负责软骨降解的主要酶，同时在蛋白多糖、IV/IX型胶原、骨连接素和渗透素的降解中也起着重要作用，从而加重OA的发病进展。目前许多研究报道使用MMP13抑制剂来抑制炎症和缓解软骨损伤。然而，MMP家族活性位点的结构高度相似，导致抑制类药物低选择性和易脱靶，阻碍了药物的治疗效果，研究表明，减少MMP13抑制剂的脱靶效应可能是解决OA治疗难题的关键因素。

细胞外囊泡（exos）作为一种生物无细胞治疗性纳米药物递送平台，具有低免疫原性和毒性、高稳定性和跨越生物屏障的能力。exos的表面修饰丰富了其作为药物载体的功能，可以作为药物传递平台开发的高效载体，以应对当代临床条件下不断升级的挑战。

2024年3月28日，东南大学公共卫生学院王适之副教授、江苏省人民医院许宏涛主治医师和南京逸微建华生物科技有限公司张昊团队联合在国际学术期刊Advanced healthcare materials发表题为“Chondrocyte-Targeted Delivery System of Sortase A-Engineered Extracellular Vesicles Silencing MMP13 for Osteoarthritis Therapy”的研究论文(2024 March; 2303510)。该研究开发了一种策略，利用Sortase A联合CAP（CAP-exoASO）构建靶向exo，用于传递MMP13反义寡核苷酸（MMP13-ASOs），该策略提供了一种细胞友好并且可行的治疗OA的方法。

为了提高细胞外囊泡的靶向能力，研究人员采用了三种策略，包括点击化学方法（二苯并环辛炔，Dibenzocyclooctyne，DBCO）、插膜方法（1,2-二硬酯酰-SN-甘油-3-磷酰乙醇胺，1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-Poly (ethylene glycol)，DSPE）和酶促反应方法（转肽酶，Sortase A）将CAP肽修饰到外泌体上，以实现对软骨细胞的精准靶向。通过尺寸排除法，研究人员成功获得了完整的CAP-exo。在使用Sortase A酶时，CAP-exo的回收效率达到了81.3%，明显高于DBCO（40%）和DSPE（46.3%），三种方法获得CAP-exo并未显著改变EV的大小（图1）。

图1. CAP-exo的构建

随后，研究人员将胆固醇修饰的MMP13-ASO装载到CAP-exo或天然exo上，分别形成CAP-exoASO和ExoASO。共聚焦显微镜结果表明，与使用ExoASO处理的软骨细胞相比，用CAP-exoASO处理的软骨细胞在孵育6小时后显示出点状的亮红色荧光，并且荧光强度更高（图2）。这表明CAP-exoASO能够更有效地靶向软骨细胞，为其提供潜在的治疗应用前景。

 图2. CAP-exoASO的靶向效果

在此基础上，研究人员试图探究CAP-exoASO治疗骨关节炎的潜力。采用了前交叉韧带横断（ACLT）方法建立OA大鼠模型，并对OA大鼠进行了不同治疗方案（PBS，透明质酸，游离ASO-MMP13，ExoASO和CAP-exoASO）的实验。结果显示，CAP-ExoASO在关节软骨病理评分和MMP13表达水平方面均有显著降低的效果。进一步的分子机制研究表明，CAP-ExoASO能够有效抑制TNF和IL-17信号通路，为治疗骨关节炎提供了新的研究方向。

 图3. CAP-exoASO的治疗效果

综上，CAP-exoASO表现出对软骨细胞的高亲和力，延长药物作用时间，抑制MMP13的表达，有助于促进软骨的恢复。此外，CAP-exoASO在治疗过程中未引起肝、肾器官的病理改变，为微创、安全、无细胞的骨关节炎治疗提供了可靠的基础。最后，蛋白质组学分析结果表明，CAP-exoASO可能通过干预“IL-17信号通路”和“TNF信号通路”来减少骨关节炎的炎症反应。这些发现为CAP-exoASO在骨关节炎治疗中的应用提供了重要的科学依据。

图4. 通过CAP-exoASO进行的软骨细胞靶向治疗示意图

东南大学公共卫生学院王适之副教授和江苏省人民医院许宏涛主治医师以及南京逸微建华生物科技有限公司张昊博士是论文的共同通讯作者。东南大学公共卫生学院颜文静博士、东南大学附属中大医院李颖主管技师是论文的共同第一作者。

外泌体资讯网 Adv Healthc Mater｜东南大学团队在工程化外泌体靶向递送软骨细胞改善骨关节炎的研究中取得重大进展