Biomaterials：中南大学张涛等团队研究阐明韧带源性干细胞分泌的细胞外囊泡有效增强前交叉韧带重建术后腱-骨愈合

2026-01-26 15:27
来源：100医药网
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前交叉韧带（ACL）断裂往往需要进行重建手术，而术后的核心在于实现移植物与骨隧道之间的牢固整合。研究表明，间充质干细胞（MSCs）分泌的细胞外囊泡（EVs）可增强腱-骨愈合强度。韧带源性干细胞（LDSCs）作为前交叉韧带组织内的驻留干细胞，在损伤后会率先被激活，并迁移至损伤部位参与再生修复过程。

2026年1月9日，中南大学张涛、吕红斌、LiChengjun共同通讯在Biomaterials上在线发表题为Extracellular vesicles secreted by LRP1+ ligament-derived stem cells promote tendon-bone healing after ACL reconstruction via miR-708-5p/Bambi axis的研究论文。该研究通过对人前交叉韧带残留样本进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）发现，低密度脂蛋白受体相关蛋白1阳性（LRP1⁺）的韧带源性干细胞，其干性与成软骨分化潜能显著优于LRP1⁻的细胞亚群。

基于此分离得到LRP1⁺韧带源性干细胞来源的细胞外囊泡（LRP1⁺LDSCs-EVs），并以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶为载体，将其递送至大鼠前交叉韧带重建（ACLR）模型的骨隧道内。

实验结果显示，LRP1⁺LDSCs-EVs可有效促进前交叉韧带重建术后腱-骨界面（TBI）的软骨再生，并显著改善患肢的生物力学功能恢复。通过对LRP1⁺LDSCs-EVs开展微小RNA（miRNA）测序，明确了其携带的miRNA组分特征，证实高丰度富集的miR-708-5p是发挥作用的关键调控因子。

该miRNA可直接靶向结合并抑制Bambi基因的mRNA表达，进而减少Bambi蛋白的合成。而Bambi蛋白作为转化生长因子-β（TGF-β）通路的诱骗受体，其表达下调会解除对骨形态发生蛋白（BMP）信号通路的竞争性抑制。这一机制可有效激活成软骨分化进程，最终促进腱-骨界面的再生愈合。

综上，LRP1⁺韧带源性干细胞亚群来源的细胞外囊泡可显著提升前交叉韧带重建术后移植物-骨隧道的整合效率，为骨科手术中增强腱-骨整合效果提供了一种靶向性强、高效的无细胞治疗策略。

腱-骨界面（TBI）愈合是骨科与运动医学领域面临的重大临床挑战，直接影响前交叉韧带（ACL）重建、肩袖修复、跟腱重建等手术的治疗效果。上述手术中若腱-骨界面愈合不良，常导致患者慢性疼痛、关节功能障碍，且会显著增加手术失败风险。

以临床最常见的膝关节疾病之一ACL损伤为例，尤其在运动员群体中，普通人群的ACL损伤发生率为每10万人年30–78例，而运动员群体中该损伤发生率高达每1万次运动暴露150–370例。目前，前交叉韧带重建术（ACLR）是治疗ACL损伤的金标准方案，通过将肌腱移植物固定于骨隧道内以重建膝关节功能。但即便接受手术治疗，部分患者仍会出现骨关节炎、软骨退变等术后并发症，同时还面临腱-骨愈合不佳、移植物失效等问题，导致患者无法恢复至伤前运动水平，部分病例甚至需要接受翻修手术。

这些临床困境的核心症结在于腱-骨界面愈合质量不足，ACL重建术后形成的纤维血管瘢痕组织无法重建生理状态下的纤维软骨过渡区，最终导致移植物-骨隧道的生物力学整合强度低下，移植物失效风险升高。

再生医学领域的最新研究表明，间充质干细胞（MSCs）因其具备的增殖能力、自我更新能力及多向分化潜能（成骨、成软骨、成肌腱分化），在组织修复中展现出良好的治疗前景。值得注意的是，从ACL中分离得到的韧带源性干细胞（LDSCs），其成肌腱与成软骨分化能力显著优于骨髓间充质干细胞（BMSCs）与脂肪间充质干细胞（ADSCs）。

作为天然适应韧带微环境的组织驻留干细胞，LDSCs在损伤修复过程中可被快速激活并募集至损伤部位。这些独特的生物学特性使LDSCs成为极具潜力的腱-骨界面再生种子细胞。

图1通过scRNA测序鉴定LRP1⁺LDSCs-EVs为软骨生成再生亚群（摘自Biomaterials）

尽管LDSCs为腱-骨界面修复提供了理想的治疗方向，但其临床转化进程仍受细胞特性研究不足的限制。与其他间充质干细胞群体类似，LDSCs内部也存在功能异质性的细胞亚群。目前，关于LDSCs的亚群分类及功能特征仍缺乏全面认知，不仅阻碍了对LDSCs生物学特性的精准解析，也限制了关键治疗靶点的系统性筛选。直接接合处的纤维软骨层，其核心功能是缓解应力集中，实现张力从软性肌腱向硬性骨组织的平稳传导，从而降低界面失效风险。

因此，促进ACLR术后纤维软骨再生，是实现移植物-骨隧道牢固整合的关键环节。为筛选出成软骨分化能力增强的LDSCs亚群，该研究聚焦于低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1），该蛋白属于低密度脂蛋白受体（LDLR）基因家族。

已有研究证实，LRP1在骨骼肌肉系统的发育与疾病进程中，参与调控骨再生与骨重塑过程。在软骨细胞中，LRP1可通过抑制软骨退变相关酶类的活性来维持关节软骨细胞存活，同时还能通过转胞吞生长板增殖区软骨细胞中的CCN2蛋白，进一步促进软骨细胞分化。

尽管细胞疗法具有显著优势，但仍存在免疫排斥、致瘤性、血栓栓塞等潜在风险。鉴于间充质干细胞疗法的安全性隐患，同时结合“间充质干细胞主要通过旁分泌机制发挥作用”这一公认结论，细胞外囊泡（EVs）已成为极具前景的替代性治疗策略。

细胞外囊泡是细胞通过胞吐作用释放的双层膜囊泡结构，其内包含信使RNA（mRNAs）、微小RNA（miRNAs）、信号蛋白、脂质等多种生物活性物质。这类囊泡可通过向受体细胞递送miRNA与蛋白质等物质，调控受体细胞的功能与基因表达，进而介导细胞间通讯。尤为重要的是，间充质干细胞来源的细胞外囊泡具备与干细胞类似的生物学功能，如组织修复与免疫调节能力。因此，细胞外囊泡是传统细胞疗法的理想无细胞替代方案。

近年来，骨髓间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、肌腱源性干细胞来源的细胞外囊泡在促进腱-骨界面愈合方面的疗效，已得到多项研究的验证。

图2LRP1⁺LDSCs-EVs增强BMSC的迁移和软骨分化（摘自Biomaterials）

基于此，该研究借助大鼠模型，探讨了LRP1阳性韧带源性干细胞来源的细胞外囊泡（LRP1⁺LDSCs-EVs）在ACLR术后腱-骨界面愈合中的作用。首先通过单细胞RNA测序技术，证实了人损伤ACL组织中LRP1⁺LDSCs亚群的存在。随后利用流式细胞分选技术，从大鼠ACL组织中成功分离出LRP1⁺LDSCs。

依托水凝胶载体在细胞外囊泡控释递送方面的优势，构建了大鼠ACLR模型，并将负载LRP1⁺LDSCs-EVs的甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶注射至骨隧道内，验证LRP1⁺LDSCs-EVs能否通过促进软骨组织形成，实现移植物-骨整合的增强效应。此外，研究还深入阐明了LRP1⁺LDSCs-EVs介导腱-骨界面修复的分子机制，证实miR-708-5p/Bambi信号轴是调控该修复过程的核心通路。结果表明，LRP1⁺LDSCs-EVs可显著促进前交叉韧带重建术后腱-骨界面的功能修复。

参考消息：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961226000013?via%3Dihub