膝关节炎是中老年人群中常见的退行性关节疾病，其导致的关节疼痛与功能障碍严重影响着数亿患者的生活质量。随着人口老龄化加剧，这一数字还在不断攀升。传统治疗手段多局限于缓解症状，而无法从根本上阻止关节结构的破坏。近年来，干细胞疗法尤其是其分泌的“无细胞”产物——细胞外囊泡，为骨关节炎治疗带来了新希望。然而，如何高效、稳定地获得足够数量且疗效强大的囊泡，一直是临床转化路上的“拦路虎”。

近日，一项发表于J Orthop Translat的研究为我们展示了一种颇具前景的解决策略。来自同济大学附属东方医院的研究团队发现，通过模拟干细胞在体内的天然微环境，即利用脱细胞外基质培养干细胞，可以“唤醒”因长期扩增而衰老的干细胞，使其分泌的囊泡重获强大的治疗潜能。

背景与挑战：细胞扩增与疗效的悖论

要将干细胞疗法广泛应用于临床，首先需要在体外进行大量扩增以获得足够数量的细胞及囊泡。然而，随着传代次数增加，干细胞自身会不可避免地走向衰老，功能随之衰退。由这些“衰老”干细胞产生的囊泡，其携带的活性物质谱系发生改变，治疗效果也大打折扣。如何打破“数量”与“质量”之间的矛盾，是当前领域亟待解决的核心问题。

核心发现：脱细胞基质培养重塑囊泡功能

研究人员将高代次的人脂肪间充质干细胞分别培养在常规的培养塑料表面和由干细胞自身分泌构建的脱细胞基质上，并收集了它们分泌的囊泡。

结果令人振奋：与常规培养的囊泡相比，由脱细胞基质培养的干细胞所产的囊泡在形态、大小和标志物等基本特征上并无二致，均能被软骨细胞有效摄取。然而，在功能上却表现出云泥之别。

在细胞层面，脱细胞基质来源的囊泡能够显著抑制由过氧化氢诱导的软骨细胞衰老，降低衰老相关β-半乳糖苷酶阳性细胞比例、p53蛋白表达以及内质网应激标志物GRP78的水平，其效果堪比低代次干细胞来源的囊泡。而常规培养的高代次干细胞囊泡则基本失效。

图1. 脱细胞基质培养不影响细胞外囊泡的基本特性

在动物模型中，将上述囊泡注射到骨关节炎模型大鼠的关节腔内，结果同样印证了体外实验的发现。注射脱细胞基质来源囊泡的大鼠，其关节软骨退变程度显著减轻，软骨基质主要成分II型胶原蛋白含量更高，而衰老标志物p53的表达则更低。这提示脱细胞基质培养策略确实赋予了高代次干细胞囊泡强大的软骨保护能力。

图2. 脱细胞基质来源的细胞外囊泡抑制软骨细胞衰老和软骨降解

机制探秘：FN/ITGB1/SIRT1信号轴是关键

为了探究背后的机制，研究团队对两种囊泡进行了蛋白质组学深度解析。结果显示，脱细胞基质来源的囊泡中，富含大量与细胞外基质、细胞黏附和整联蛋白结合相关的蛋白。其中，纤维连接蛋白及其受体整合素β1的富集尤为突出。

图3. 蛋白质组学分析显示脱细胞基质来源的细胞外囊泡富含纤维连接蛋白和整合素β1

进一步的实验证实了这两个分子的核心作用。当通过基因敲低手段去除脱细胞基质中的纤维连接蛋白后，由其培养的干细胞所产囊泡中纤维连接蛋白和整合素β1含量随之下降，其抗衰老效果也基本消失。同样地，如果直接敲低干细胞中的整合素β1，其产生的囊泡也无法再向软骨细胞递送整合素β1，抗衰老功能随之丧失。这表明，脱细胞基质中的纤维连接蛋白是驱动囊泡装载整合素β1的关键上游信号，而囊泡所携带的整合素β1则是发挥治疗作用的“执行者”。

图4. 脱细胞基质中的纤维连接蛋白是囊泡发挥抗衰老作用的关键

图5. 囊泡携带的整合素β1是其抗衰老活性所必需的

研究最终揭示了其下游的信号通路。脱细胞基质来源的囊泡通过其携带的纤维连接蛋白和整合素β1，与软骨细胞相互作用，激活了细胞内关键的SIRT1长寿蛋白。使用药物阻断整合素β1后，SIRT1的激活被取消；而直接抑制SIRT1，则完全阻断了囊泡的抗衰老和保护效果。由此，一条清晰的“纤维连接蛋白/整合素β1–SIRT1”信号轴浮出水面，解释了脱细胞基质来源囊泡为何能有效对抗内质网应激，逆转软骨细胞衰老。

结语：从“种子”到“土壤”的革新

这项研究不仅揭示了干细胞生长的“土壤”——微环境对其分泌产物功能的决定性影响，更为骨关节炎的细胞治疗开辟了新思路。通过构建仿生的脱细胞基质培养系统，我们能够“拨乱反正”，让因扩增而衰老的干细胞重获青春，源源不断地生产出强效的囊泡。这种策略巧妙绕开了对囊泡进行复杂的基因工程改造，具有更高的生物安全性和临床转化潜力，为治疗骨关节炎及衰老相关退行性疾病提供了切实可行的技术平台。或许在不远的将来，利用患者自身少量组织，通过这种“微环境重编程”技术扩增出的高效囊泡，将成为对抗关节衰老的有力武器。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Fan A, Pang Z, Liu Z, Yin F, Wang Y. Decellularized extracellular matrix restores Fibronectin/Integrin β1 balance through extracellular vesicles to rejuvenate chondrocytes and alleviate osteoarthritis progression.J Orthop Translat. 2025;56:101019. Published 2025 Dec 20. doi:10.1016/j.jot.2025.10.011