中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (31): 8219-8229.doi: 10.12307/2026.783
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不同来源外泌体与骨关节炎：工程化技术和靶向性及药物载体功能
刘津瑞，杨贤光，刘昊龙，李 黎，阮朝晖，李彦林
- 昆明医科大学第一附属医院运动医学科，云南省昆明市 650032
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收稿日期:2025-09-22接受日期:2026-02-10出版日期:2026-11-08发布日期:2026-05-25 -
通讯作者:李彦林，博士，主任医师，教授，昆明医科大学第一附属医院运动医学科，云南省昆明市 650032 -
作者简介:刘津瑞，男，1998年生，广西壮族自治区藤县人，汉族，昆明医科大学医学硕士，主要从事运动医学临床与基础方向研究。 -
基金资助:昆医联合专项-重点项目(202401AY070001-007)，项目负责人：李彦林；云南省院士(专家)工作站项目(202405AF140051)，项目负责人：李彦林；昆医联合专项-面上项目(202401AY070001-242)，项目负责人：杨贤光；昆明医科大学研究生创新基金(2024S250)，项目负责人：刘津瑞
Exosomes from different sources and osteoarthritis: engineering technology, targeting, and drug carrier function
Liu Jinrui, Yang Xianguang, Liu Haolong, Li Li, Ruan Zhaohui, Li Yanlin
- Department of Sports Medicine, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, Yunnan Province, China
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Received:2025-09-22Accepted:2026-02-10Online:2026-11-08Published:2026-05-25 -
Contact:Li Yanlin, MD, Chief physician, Professor, Department of Sports Medicine, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, Yunnan Province, China -
About author:Liu Jinrui, MS, Department of Sports Medicine, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, Yunnan Province, China -
Supported by:Kunming Medical University Joint Special Project - Key Project, No. 202401AY070001-007 (to LYL); Yunnan Provincial Academician (Expert) Workstation Project, No. 202405AF140051 (to LYL); Joint Special Project - General Project of Kunming Medical University, No. 202401AY070001-242 (to YXG); Graduate Innovation Fund of Kunming Medical University, No. 2024S250 (to LJR)
摘要：
文题释义：
外泌体：是一种由细胞分泌的直径为30-150 nm膜性小囊泡，来源于多泡体的胞吐过程，广泛存在于血液、尿液等体液中。外泌体携带蛋白、核酸、脂质等活性分子，能参与细胞间通讯、调节免疫反应、传递信号等功能，已被广泛应用于疾病诊断、生物标志物筛选和药物递送等领域，外泌体的稳定性和靶向性使其成为再生医学与肿瘤治疗研究的热点。骨关节炎：是一种常见的慢性退行性关节疾病，主要表现为关节软骨退化、骨赘形成、滑膜炎症及关节功能障碍，多见于膝、髋、手及脊柱关节，症状包括关节疼痛、僵硬、肿胀和活动受限。骨关节炎的病因与年龄、肥胖、关节损伤及遗传因素相关。
摘要
背景：骨关节炎是一种常见的退行性关节疾病，目前尚无有效治疗方法以缓解甚至阻止疾病进展。近年来，外泌体作为细胞间通讯的关键递质，已成为骨关节炎防治研究的热点。
目的：系统总结外泌体在骨关节炎诊断和治疗中的最新进展，介绍不同来源外泌体的生物学特性及对骨关节炎的防治效果及存在的问题，以进一步优化外泌体对骨关节炎的诊疗策略。
方法：以“Exosome，osteoarthritis，OA”为英文检索词，以“间充质干细胞，外泌体，骨关节炎”为中文检索词，使用计算机在中国知网、万方数据库、维普数据库和PubMed数据库中检索外泌体在骨关节炎中的应用研究。检索的文献时限设定为2010年1月至2024年10月，最终纳入167篇文献进行综述。
结果与结论：不同来源外泌体具有抑制炎症、修复软骨的能力，间充质干细胞分泌的外泌体不仅能通过多种机制调节炎症反应，还能促进软骨细胞的增殖和分化，从而对软骨退化的修复产生积极影响。提升外泌体的靶向性和药物载体功能是提高外泌体临床疗效的关键，可通过细胞预处理、外泌体工程化和改良外泌体载体的方法来优化治疗效果。但外泌体的临床转化尚面临挑战，有待进一步深入研究来实现精准应用。
https://orcid.org/0000-0003-3040-2142(刘津瑞)；https://orcid.org/0009-0000-7135-8972(李彦林)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程
中图分类号:
引用本文
刘津瑞, 杨贤光, 刘昊龙, 李 黎, 阮朝晖, 李彦林. 不同来源外泌体与骨关节炎：工程化技术和靶向性及药物载体功能[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(31): 8219-8229.
Liu Jinrui, Yang Xianguang, Liu Haolong, Li Li, Ruan Zhaohui, Li Yanlin. Exosomes from different sources and osteoarthritis: engineering technology, targeting, and drug carrier function[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(31): 8219-8229.
2.1 外泌体的生物学基础 外泌体是细胞释放到外部环境中的直径30-150 nm的膜性小囊泡，由细胞内的多泡体产生。它们存在于血液、尿液、唾液等多种体液中，具有携带RNA、DNA、蛋白质等分子并在细胞间传递信息的能力[10-12]。
外泌体的生物合成过程复杂，涉及内涵体分选复合物依赖和非依赖途径。当多泡体与细胞膜融合时，内含的囊泡被释放为外泌体，随后通过与其他细胞相互作用，影响目标细胞的功能[8，13-14]。外泌体的主要成分包括脂质、蛋白质和核酸，这些成分在免疫调节、疾病发展、组织修复等方面具有重要作用。外泌体具有一些特异性的蛋白可作为生物标志物，如表面蛋白CD9、CD63和CD81及其内容物蛋白ALIX等[8-9，15-16]。
外泌体的提取方法包括超速离心、超滤、尺寸排除色谱和免疫亲和分离。为维持外泌体的生物活性，通常在4 ℃短期保存和-80 ℃长期保存。鉴定外泌体需要结合透射电子显微镜、纳米颗粒跟踪分析和蛋白质印迹技术，以确保研究数据的准确性和可靠性[9]。
在骨关节炎研究中，不同来源(如间充质干细胞、体液、牛奶和植物等)外泌体在功能组成、生物标志物表达、药物递送能力及免疫调节潜能方面存在差异。通过工程化修饰、靶向改造或负载功能分子等手段，可有效提升外泌体在组织修复、抗炎、免疫调控等方面的治疗效应(图4)。外泌体研究经历了从细胞外囊泡的早期观察到生物学功能确认，并逐渐扩展至疾病诊断和治疗的应用探索。随着国际细胞外囊泡学会(International Society for Extracellular Vesicles，ISEV)的成立及外泌体研究规范的提出，外泌体相关研究持续拓展，机制与应用研究不断丰富，临床转化潜力逐步显现(图5)。
2.2 外泌体在骨关节炎早期诊断中的应用进展 骨关节炎在诊断明确时通常已经出现了显著的病理变化和临床症状，严重影响患者生活且目前暂无延缓骨关节炎发展的治疗方法。若能找到骨关节炎早期的诊断方法，则可早诊早治，减缓病程的发展，有效减少骨关节炎所带来的疾病负担。外泌体中包含的物质如信使RNA、微小RNA(miRNAs)、DNA和蛋白质，其含量通常受到原始细胞类型和状态的影响，这些物质可能成为早期诊断的靶标[17-18]。外泌体存在于大部分体液中，通过无创或微创的方式获取体液标本，从中提取外泌体进行液体活检，可为实时监测疾病的基因突变提供一种可行的方法。
外泌体的诊断潜力已在癌症诊断领域得到验证，目前已有多款试剂盒成功开发并用于临床。尿液外泌体ExoDx Prostate IntelliScore检测是一种非侵入性尿液测试，通过收集尿液中的外泌体，分析其中RNA的表达(PCA3、ERG、SPDEF)，从而帮助早期诊断高等级前列腺癌，特别是针对前列腺特异性抗原水平在2-10 ng/mL之间的男性患者，可以减少不必要的组织病理活检[19-20]。ExoDx? Lung (ALK)是第一个基于外泌体RNA的液体活检试剂盒，旨在从血液样本中分离和分析外泌体RNA，标志着非侵入性诊断技术的重要进步。非小细胞肺癌是常见的肺癌类型，其中最常见的基因突变之一是表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)基因突变。CASTELLANOS-RIZALDOS等[21]研究表明，通过结合外泌体RNA和cfDNA可以更准确地检测EGFR T790M突变。KIM等[22]对54份血浆样本和13份胸腔积液中的EGFR突变情况进行比较，结果显示外泌体联合cfDNA能够更有效地检测和监测EGFR T790M突变。KRUG等[23]通过外泌体RNA结合循环肿瘤DNA检测方法提升了液体活检在非小细胞肺癌诊断中的应用潜力。以上研究为外泌体作为骨关节炎早期诊断标记物提供了参考方向。
对于早期骨关节炎，由于病理变化尚不明显，传统诊断方法难以有效检测。然而，通过富集关节滑液中的外泌体，分析外泌体表型和成分，可识别早期骨关节炎相关的生物标志物，有助于骨关节炎早诊早治。关节液和血液是两种较易获取的体液来源。外泌体由多种细胞和组织分泌，其中中性粒细胞和滑膜成纤维细胞分泌的外泌体已在类风湿关节炎和骨关节炎的关节滑液中检测到。SONG等[24]发现类风湿关节炎患者的滑液外泌体因高水平的核因子κB受体活化因子配体而更显著地促进破骨细胞生成，可能携带特异性“破骨细胞生成标志”。
外泌体在骨关节炎诊断与疾病进展研究中备受关注(表1)。MUSTONEN等[25]发现血清中细胞外囊泡的四跨膜蛋白谱可反映患者功能受限与疼痛感知，提示四跨膜蛋白作为潜在生物标志物的可能性。KOLHE等[26]报道多种miRNA在不同性别患者的滑液外泌体中存在显著差异表达，为骨关节炎的个体化诊断与治疗提供思路。JI等[27]和WU等[32]研究均聚焦滑膜特异性外泌体中的miR-182，发现其通过调控炎症和凋亡通路，加速骨关节炎进程。GUO等[28]、LI等[30]与GUAN等[29]则分别揭示了外泌体携带的环状RNA(circ-BRWD1、CircStrn3)和miRNA(miR-125等)如何通过特定分子轴或靶基因，影响软骨稳态、炎症反应及软骨下骨重塑，从而加剧骨关节炎病情。此外，ZHAO等[31]鉴定到滑液来源外泌体长链非编码RNA PCGEM1可作为识别骨关节炎不同分期的标志物，TANG等[35]研究表明血清外泌体能诱导NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3介导的细胞焦亡与炎症，进一步加重骨关节炎。LI等[36]利用生物信息学分析发现miR-122-5p在
CS-semi5治疗骨关节炎中起关键调控作用。由此可见，通过分析滑液、血浆等体液中外泌体的谱系差异，有望为骨关节炎及其他关节疾病的诊断和治疗提供重要理论基础。
2.3 外泌体在骨关节炎治疗中的研究进展 在骨关节炎治疗中，间充质干细胞来源外泌体是当前研究的热点之一。间充质干细胞在许多临床试验中已展现出治疗潜力，间充质干细胞归巢至软骨缺损部位，通过软骨分化以修复软骨缺损，并通过旁分泌组织修复因子，起到免疫调节、组织修复和再生、抗炎作用[37-38]。然而，间充质干细胞治疗存在一些局限性，包括免疫反应与安全性、间充质干细胞老化、供体和受体的个体差异、潜在的伦理问题、致瘤性等[39-40]。
相比之下，外泌体作为一种细胞外囊泡，具有较低的免疫原性，不存在伦理问题。许多研究已证明，间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中具有积极作用，主要包括促进软骨修复、减少炎症、调节免疫反应以及保护关节软骨和骨质免受进一步退化等[41-51]。间充质干细胞来源多样，包括骨髓、滑膜、脂肪、胎盘、脐带和羊水等。目前，尚未确定哪种间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中的效果和安全性最优。除间充质干细胞外，其他细胞来源外泌体也体现出了骨关节炎治疗潜力。
2.3.1 骨髓间充质干细胞来源外泌体 来源于骨髓间充质干细胞的外泌体治疗骨关节炎具有显著效果。骨髓间充质干细胞来源外泌体可促进软骨修复、减轻炎症及疼痛[42，46，52-54]。例如，JAMMES等[55]研究表明，骨髓间充质干细胞来源外泌体能够显著改善马膝骨关节炎软骨细胞表型，增强软骨功能标志物的表达。CONTENTIN等[56]则通过优化外泌体纯化方法并进行促炎预处理，提高了骨髓间充质干细胞来源外泌体在马骨关节炎中的疗效。
在骨髓间充质干细胞来源外泌体中，miRNA的作用受到广泛关注。CHEN等[57]发现骨髓间充质干细胞来源外泌体中的miR-136-5p
能够抑制创伤性骨关节炎软骨细胞退变，HUANG等[58]指出miR-206通过减少上皮转录因子3的表达促进骨关节炎成骨细胞的增殖和分化。其他miRNA如miR-127-3p[59]、miR-140-3p[60]、miR-361-5p[61]、miR-9-5p[62]、miR-326[63]、miR-95-5p等在调节软骨细胞功能、缓解炎症、促进软骨修复方面发挥了重要作用[64]。此外，骨髓间充质干细胞来源外泌体中的miR-193b-3p和miR-29a也在调节软骨形成及细胞外基质重塑中发挥了关键作用[65-67]。
除了miRNA，长链非编码RNA在骨髓间充质干细胞来源外泌体中的作用也备受关注。骨髓间充质干细胞来源外泌体通过调控LYRM4-AS1/GRPR/miR-6515-5p信号通路[68]、TUC339的表达以及PINK1/Parkin信号通路[69-70]，促进M1型巨噬细胞向M2型极化，减轻骨关节炎的炎症反应并促进软骨修复。此外，长链非编码RNA SNHG7通过调节miR-485-5p/FSP1轴，抑制炎症和铁死亡，进一步缓解骨关节炎症状[71]。
综上所述，骨髓间充质干细胞来源外泌体中的多种miRNA和长链非编码RNA通过调节细胞功能、抑制炎症及促进软骨修复，在骨关节炎治疗中发挥重要作用。骨髓间充质干细胞来源外泌体的主要挑战在于供者衰老和细胞增殖能力较低。随着年龄增长，骨髓中间充质干细胞的数量和质量下降，老年供者的骨髓间充质干细胞功能减弱，进而影响外泌体的治疗效果。此外，骨髓间充质干细胞的增殖能力较弱，限制了外泌体的大规模生产，且骨髓样本的获取具有一定侵入性，干细胞来源较为有限。因此，骨髓间充质干细胞来源外泌体在规模化应用中面临产量和一致性问题。
2.3.2 脂肪间充质干细胞来源外泌体 脂肪间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎中同样展现出治疗潜力。脂肪间充质干细胞的常用来源有皮下脂肪和髌下脂肪垫，皮下脂肪可通过抽脂术获取，髌下脂肪垫可在膝关节置换术和关节镜手术中获取，这两种术中获取的脂肪组织可作为干细胞提取的良好来源。TOFI?O-VIAN等[51]研究发现脂肪间充质干细胞来源外泌体能够下调骨关节炎成骨细胞的衰老特征。脂肪间充质干细胞来源外泌体中的miRNA亦被广泛研究，LI等[72]研究表明，脂肪间充质干细胞来源外泌体通过转运miR-376c-3p并靶向Wnt/β-catenin信号轴来缓解骨关节炎。MENG等[73]发现脂肪间充质干细胞来源外泌体中的miR-429通过靶向FEZ2的自噬改善骨关节炎软骨损伤。ZHAO等[74]研究发现脂肪间充质干细胞来源外泌体通过上调miR-145和miR-221，促进软骨形成并抑制炎症。WU等[75]研究发现来自髌下脂肪垫间质干细胞的富含miR-100-5p的外泌体能够保护关节软骨，并通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白改善步态异常。此外，过氧化还原酶6在人脂肪间充质干细胞微泡中发挥软骨保护作用。康俊峰等[76]发现脂肪间充质干细胞来源外泌体及膝痹宁Ⅱ均可以通过促进PINK1/Parkin信号通路表达，提高软骨细胞线粒体自噬水平，延缓软骨组织退变，且二者联用可以增强疗效。
脂肪间充质干细胞来源外泌体主要存在脂肪组织异质性和炎症状态问题。脂肪组织在肥胖个体中常伴有慢性低度炎症，这种炎症环境可能改变脂肪间充质干细胞及其外泌体的功能，影响在抗炎和再生治疗中的效果。此外，虽然脂肪组织来源广泛，获取相对容易，但从中分离出高纯度的干细胞仍具有挑战，比如需要避免脂肪前体细胞的混入。
2.3.3 滑膜间充质干细胞来源外泌体 滑膜是位于关节腔内的结缔组织，分泌滑液以润滑和营养关节。滑膜组织通常在膝关节置换手术和关节镜手术中获取，可用于提取滑膜间充质干细胞。LONG等[77]在体内和体外的研究均表明滑膜间充质干细胞来源外泌体通过MATN3可缓解膝骨关节炎。此外，KONG等[78-79]研究发现滑膜间充质干细胞来源外泌体中的miR-320c通过靶向ADAM19依赖的Wnt信号通路，促进软骨损伤修复。QIU等[80]发现人滑膜间充质干细胞来源外泌体介导的miR-129-5p通过靶向高迁移率族蛋白B1缓解白细胞介素1诱导的骨关节炎。QIU等[81]发现滑膜间充质干细胞来源外泌体 miR-485-3p通过靶向神经纤毛蛋白1介导的磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路缓解骨关节炎软骨损伤。王智超等[82]发现金天格胶囊治疗骨关节炎的药效作用明显，作用机制可能与促进滑膜间充质干细胞来源外泌体靶向关节软骨细胞转运miRNA进而调控Serpinb10、Ntn1、Il1b、Tgm2、Megf10 、Il11、Cd40、Slc15a3、Pou2f2等基因有关。
滑膜间充质干细胞来源外泌体的应用也受到滑膜组织来源的限制，滑膜组织通常需要通过手术获取，尽管比骨髓获取创伤性小，但仍然需要关节镜手术操作，尤其在健康供体中较难获取。此外，不同关节部位的滑膜组织异质性较大，可能导致滑膜间充质干细胞来源外泌体的功能存在差异性，影响治疗效果的稳定性。关节炎可能进一步改变滑膜组织质量，导致外泌体功能受影响。
2.3.4 脐带间充质干细胞来源外泌体 脐带间充质干细胞因获取过程相对简单且无伦理争议，在再生医学和组织工程中得到了广泛研究和应用。脐带间充质干细胞来源外泌体已被证实可通过促进软骨细胞增殖、减少凋亡、减轻炎症、调节巨噬细胞极化及软骨基质代谢相关蛋白的表达，减缓骨关节炎发展[41，43，83-85]。脐带间充质干细胞来源外泌体通过miR-100-5p/NOX4轴抑制活性氧产生和软骨细胞凋亡[86]。此外，研究发现，脐带间充质干细胞来源外泌体可使骨关节炎软骨细胞恢复活力，p53信号通路是其中的关键因素[44] 。人脐带间充质干细胞来源细胞外囊泡通过与甲基转移酶3相互作用降低巨噬细胞NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3的m6A水平，从而缓解小鼠膝骨关节炎[87]。
脐带间充质干细胞来源外泌体由于来源丰富、低免疫原性和广泛的治疗潜力，在再生医学中具有极大的应用前景。然而，要将脐带间充质干细胞来源外泌体广泛应用于临床，仍需要解决外泌体提取、纯化、异质性和规模化生产等方面的技术难题，同时加强对长期效能和安全性的研究。
2.3.5 其他来源外泌体 脐血、胎盘和胚胎来源间充质干细胞外泌体也显示出对骨关节炎的治疗作用。脐血间充质干细胞通过miR-29a-3p/FOS轴分泌的长链非编码RNA H19用于中枢性骨关节炎疼痛敏化[88]。在人胚胎间充质干细胞的研究中，外泌体被证明可以促进骨软骨细胞再生并通过平衡软骨细胞外基质的合成和降解来缓解骨关节炎[50，89]。此外，在大鼠骨关节炎模型中，人胎盘来源外泌体减轻了疼痛负担，恢复了软骨退化，并以剂量依赖的方式下调了促炎、分解代谢或凋亡蛋白的表达[90]。FOTOUHI等[91]证实来自Wharton’s Jelly的外泌体能显著减少滑膜细胞中关键炎症递质的表达，为骨关节炎治疗提供了潜在的抗炎疗效。
除了间充质干细胞外泌体，还有其他细胞和体液可作为外泌体的来源。诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞(induced mesenchymal stem cells，iMSCs)结合了诱导多能干细胞的多能性和间充质干细胞的自我更新与多向分化能力，在再生医学、组织工程和细胞治疗等领域具有重要的应用前景。研究发现，与滑膜间充质干细胞来源外泌体相比，诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中表现出更显著的效果[92]。牙髓干细胞来源外泌体通过抑制瞬时感受器电位香草酸受体4介导的破骨细胞活化，减轻了小鼠膝关节炎[93] 。通过对miR-100-5p/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白研究，人脱落乳牙干细胞外泌体在颞下颌关节软骨细胞中的抗炎作用也得到了证实[94]。LIN等[95]研究表明来自人乳牙干细胞的外泌体通过核因子κB途径显著抑制骨关节炎的炎症，促进软骨修复。ZHANG等[96]研究表明骨骼干细胞衍生外泌体通过促进细胞迁移、增加细胞外基质产生和减少炎症反应，有效促进了半月板撕裂的愈合和次发性骨关节炎的改善。
血液也包含大量的外泌体。以血清外泌体为载体，通过搭载激活转录因子4诱导自噬，可以抑制骨关节炎的发展[97]。富血小板血浆在临床上已用于多种疾病的治疗，而其来源外泌体在骨关节炎治疗中也显示出新的潜力。来自富血小板血浆的外泌体介导距下骨关节炎的软骨保护作用[98]。来源于富血小板血浆的外泌体通过Wnt/β-catenin信号通路促进软骨细胞增殖和抑制细胞凋亡[99]。
髓系免疫细胞来源外泌体也可参与骨关节炎的治疗。例如，M2巨噬细胞来源外泌体通过抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路对膝骨关节炎大鼠发挥治疗作用[100]。此外，M2巨噬细胞来源外泌体中的miR-26b-5p通过靶向Toll样受体3和X型胶原蛋白α1调节巨噬细胞极化和软骨细胞肥大，从而缓解骨关节炎[101]。地高辛通过下调滑膜巨噬细胞M1样极化及其衍生的外泌体miR-146b-5p/Usp3&Sox5轴，改善关节炎症微环境[102]。SI等[103]揭示了M1型巨噬细胞来源外泌体中的miR-363通过靶向Ras-GTP酶激活蛋白2显著抑制软骨细胞的增殖和存活，并增强炎症反应。
关节中的组织和细胞分泌的外泌体亦可对骨关节炎产生影响，例如软骨祖细胞、骨细胞和滑膜成纤维细胞。LIU等[104]研究表明，敲低环状RNA PRKCH可以通过调节miR-502-5p/血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5轴减轻白细胞介素1β处理的软骨细胞表型变化，而软骨细胞分泌的外泌体能够在细胞间转移环状RNA PRKCH。在小鼠软骨损伤模型中，MRL/MpJ“超级愈合”小鼠软骨源性祖细胞分泌的外泌体可以增强关节软骨修复[105]。XU等[106]研究表明，来自软骨干细胞/祖细胞的外泌体能显著促进亚急性骨关节炎大鼠膝关节软骨修复，这主要得益于外泌体中的周期蛋白依赖性激酶9，它对软骨细胞的生长和迁移起关键作用。骨细胞来源外泌体通过调节DLX2/Wnt通路，缓解骨关节炎，并介导软骨修复。滑膜成纤维细胞来源外泌体miR-214-3p抑制骨关节炎大鼠软骨组织的炎症和变性[107]。滑液外泌体来源miR-182-5p通过下调肿瘤坏死因子α诱导蛋白8和通过微管相关蛋白轻链 3信号促进自噬来缓解骨关节炎[27]。
此外， LIU等[108]研究表明过表达 miR-140-5p人尿源干细胞来源外泌体通过下调血管内皮生长因子A缓解大鼠膝骨关节炎。鹿茸也可作为一种干细胞来源，其外泌体可以缓解间充质干细胞衰老和骨关节炎[109]。来源于宿主和肠道微生物群的细胞外囊泡可作为靶向治疗骨质疏松和骨关节炎的有前途的纳米载体[110]。LIU等[111]证实大蒜衍生外泌体能通过抑制丝裂原活化蛋白激酶信号通路，减少软骨基质的降解和炎症，从而在体内外模型中有效缓解骨关节炎。
综上所述，外泌体通过多种机制发挥作用，包括促进软骨细胞增殖、减少凋亡、减轻炎症、调节巨噬细胞极化以及调控软骨基质代谢等。它们不仅直接作用于受损的软骨细胞，还通过调节免疫和炎症反应间接改善关节环境。尽管干细胞外泌体在骨关节炎治疗中展现出广阔的前景，但仍面临一些挑战。首先，需进一步深入研究外泌体的具体分子机制，以明确各类外泌体中关键成分的作用模式；其次，间充质干细胞及其外泌体的制备、纯化和质量控制方法亟需进一步优化，以确保在临床应用中的安全性和有效性；此外，尽管已有研究探讨了不同来源外泌体在骨关节炎治疗中的疗效和机制，但目前关于不同来源外泌体疗效的系统性比较研究尚不充分。因此，未来应开展更全面的研究，以系统评估不同来源外泌体的疗效和机制差异。由于外泌体的提取方法和使用剂量尚未统一，这可能导致临床效果的变异，因此标准化外泌体的提取、纯化过程及剂量使用，也是未来研究的方向。表2对不同来源外泌体进行归纳讨论。
2.4 外泌体改善骨关节炎疗效的增强策略 天然外泌体在骨关节炎治疗中的效果和机制已得到广泛研究。然而，由于外泌体的治疗效果受到多种因素的影响，具不可控性，这是其临床应用的重要障碍之一。将药物递送到软骨细胞，仍然是骨关节炎分子治疗的一个重大挑战[112]。外泌体在治疗中需要满足高产量、靶向性、稳定性和有效性的要求。近年来，工程化外泌体因在生物医学领域的巨大潜力而备受关注。与天然外泌体相比，工程化外泌体通过表面修饰和内部治疗分子的修饰，具备更强的靶向性、更高的载药能力以及更优越的治疗效果[113]。对外泌体来源细胞的预处理可以提高外泌体的产量。优化外泌体的载体可有助于保持稳定性。随着生物材料科学的发展，凝胶作为外泌体的稳定载体，通过延长外泌体的作用时间、控制释放速率和增强靶向性，显著提高了外泌体的治疗效果[114]。以下就外泌体在骨关节炎治疗中疗效增强策略进行综述(表3)。
2.4.1 细胞预处理 在天然外泌体的制备过程中，细胞培养条件的复杂性直接影响外泌体的数量及其内容物，从而影响治疗效果。因此，优化细胞的培养环境，以提高外泌体的产量和生物活性，成为了当前研究的热点。
通过改变细胞培养的理化环境，可以调控外泌体的分泌。与二维培养相比，三维球状培养策略可以提高间充质干细胞衍生外泌体的产量，并通过增强间充质干细胞的旁分泌效应改善细胞的修复功能[115]。将人滑液间充质干细胞种植在微载体珠上并在动态三维培养系统中培养，可以生产大量符合良好生产规范(GMP)级别的外泌体[116]。SAKAMOTO等[117]研究发现与二维培养的脂肪间充质干细胞相比，使用无抗原胶原微球培养的脂肪间充质干细胞来源外泌体中白细胞介素10分泌显著增加，且多种与细胞外基质和免疫调节相关的基因表达发生了改变。去细胞外基质预处理的支架为间充质干细胞的生长和外泌体分泌提供了适宜微环境，来源于去细胞外基质预处理的骨髓间充质干细胞外泌体通过miR-3473b/磷酸酶和张力蛋白同源物轴增强了对骨关节炎的治疗效果[118]。
PFEIFER等[119]发现炎症显著影响滑膜间充质干细胞来源外泌体中miR-140的表达，尤其是在三维培养体系中暴露于炎症条件下miR-140水平显著增加，表明三维培养的滑膜干细胞在炎症环境下能够更快地表达并通过外泌体运输miR-140，有助于调节骨关节炎的炎症反应。缺氧也是一种有效处理方法，缺氧处理的脂肪间充质干细胞来源外泌体中生长因子水平高于常氧处理的外泌体，并且具有更高的促进脂肪移植后血管生成能力[120]。ZHAO等[121]发现低氧处理的脂肪间充质干细胞来源外泌体减轻了腰椎小关节骨关节炎。低强度脉冲超声通过激活自噬促进间充质干细胞外泌体的释放，体内实验结果显示，低强度脉冲超声显著增强了间充质干细胞对骨关节炎软骨的积极作用[122]。徐扬等[123]发现脉冲电磁场调控间充质干细胞外泌体抑制软骨细胞凋亡。
在一些研究中，通过使用特定药物干预细胞，可以调控外泌体的产量或增加特定的内容物以增强疗效。例如，桂苓二仙胶提取物通过促进外泌体释放，促进间充质干细胞诱导的软骨形成，并延缓间充质干细胞在衰老过程中的老化[124]。CAI等[125]可增强骨髓间充质干细胞来源外泌体在软骨修复中的治疗作用。褐藻糖胶预处理的间充质干细胞衍生外泌体中富含miR-146b-5p，通过靶向肿瘤坏死因子受体相关因子6保护骨关节炎软骨细胞[126]。姜黄素处理的间充质干细胞来源外泌体显著恢复了骨关节炎软骨细胞中下调的
miR-143和miR-124表达，并上调了核因子κB和Rho关联含卷曲螺旋蛋白激酶1的表达，从而增强了间充质干细胞来源外泌体在减轻骨关节炎中的作用[127]。甲状旁腺激素预处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体通过抑制促炎细胞因子的产生，增加体外骨关节炎软骨细胞的迁移、增殖和软骨基质的形成，治疗效果优于未预处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体 [128]。槲皮素处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体通过向软骨细胞传递miR-124-3p抑制骨关节炎的进展[129]。转化生长因子β1刺激增强了间充质干细胞外泌体中miR-135b的表达，负调控Sp1的表达，同时靶向丝裂原活化蛋白激酶6促进M2滑膜巨噬细胞极化，从而促进软骨修复，并抑制软骨下骨中的异常血管生成，对骨关节炎引起的疼痛和骨吸收具有保护作用[130-132]。原弹性蛋白预处理增加了脂肪间充质干细胞分泌外泌体的能力，并且此外泌体可以有效增强体外软骨细胞的基质合成，促进软骨修复[133]。
牛膝醇提物调控滑膜成纤维细胞外泌体抑制软骨细胞外基质降解[134]。SANKARANARAYANAN等[135]通过水相二相系统隔离的肉桂醛处理骨髓间充质干细胞衍生外泌体能显著减少白细胞介素1β诱导的软骨细胞炎症和组织分解，调节促炎信号通路。WU等[136]研究表明肿瘤坏死因子α预处理的脂肪垫间充质干细胞衍生外泌体对骨关节炎有显著治疗效果，主要通过激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路增强了外泌体的分泌和治疗潜力。康俊峰等[76]研究发现脂肪垫间充质干细胞来源外泌体及膝痹宁Ⅱ均可以通过促进PTEN诱导激酶1/Parkin信号通路表达，提高软骨细胞线粒体自噬水平，延缓软骨组织退变，且二者联用可以增强疗效。脂多糖诱导的两种滑膜细胞来源外泌体均可通过调控Toll样受体/核因子κB信号通路，引起软骨炎症，巨噬细胞样滑膜细胞外泌体致炎效果强于成纤维细胞样滑膜细胞外泌体，但两种细胞共培养情况下的外泌体致炎效果弱于单纯巨噬细胞样滑膜细胞外泌体[137]。
总之，通过优化细胞培养环境和引入特定的药物干预，可以显著提高外泌体的产量和生物活性，从而增强外泌体在骨关节炎治疗中的效果。
2.4.2 工程化外泌体 近年来，外泌体的工程化改造引起了广泛关注，它们在药物传递、疾病治疗和生物标志物开发等领域展示了巨大潜力。工程化外泌体通过基因工程改造表面结构和内容物，提高了外泌体的靶向性和药物含量，从而增强了外泌体的疗效。
(1)外泌体软骨靶向编辑：在骨关节炎的治疗中，外泌体通常通过关节内给药，但由于关节腔的结构复杂，外泌体可能被其他组织吸收，从而影响其进入软骨的效率，导致疗效降低。因此，如何将外泌体靶向运输至软骨组织是一个重要的研究方向。软骨细胞亲和肽是一种能够特异性结合软骨细胞的短肽序列，通过与治疗性分子、药物或载体(如外泌体、纳米颗粒等)结合，实现药物向软骨细胞的靶向递送。通过基因工程，将软骨细胞亲和肽与在外泌体表面锚定的溶酶体相关膜蛋白 2b的N末端融合，使外泌体具有靶向软骨细胞的能力[138-139]。LIN等[140]研究发现，靶向软骨细胞的外泌体递送核因子E2相关因子2，通过调节线粒体分裂来缓解软骨终板退变。CHEN等[141]使用了一种基于CRISPR/Cas9的方法，通过结合软骨细胞亲和肽的混合外泌体(CAP/FGF18-hyEXO)携带的成纤维细胞生长因子18基因编辑工具，在体内有效激活骨关节炎软骨细胞的成纤维细胞生长因子18基因，起到促进软骨再生、减少炎症和防止细胞外基质降解的作用。ZHAO等[142]发现带有软骨细胞亲和肽的间充质干细胞来源外泌体能够在体外特异地将miR-199a-3p递送到软骨细胞中，并在体内递送到深层关节软骨组织中，从而促进内侧半月板切除诱导的骨关节炎小鼠受损软骨的修复，通过脐带间充质干细胞来源软骨细胞靶向外泌体缓释实现无细胞治疗骨关节炎，以恢复老化软骨细胞活力。ZHANG等[143]开发了一种外泌体表面功能化方法，通过软骨细胞亲和肽靶向传递siRNA，有效抑制基质金属蛋白酶13表达并增强骨关节炎大鼠的软骨再生。除了软骨细胞亲和肽，还有研究开发了软骨亲和性WYRGRL肽，其负载在外泌体表面，可以靶向至软骨细胞[144]。
(2)混合外泌体的制备：混合外泌体是指通过将不同来源或不同类型的外泌体进行混合，或者通过人工方法对外泌体进行改造以结合多种功能和特性，这种策略旨在增强外泌体的生物学功能，扩大应用范围，提高疗效。通过将外泌体和脂质体杂交形成混合纳米囊泡，可以加载更大的分子并保持外泌体的表面特性[145]。LIANG 等[138]报告了一种通过关节内靶向递送基质金属蛋白酶13的基因编辑工具，即通过外泌体和脂质体融合生成的混合外泌体封装CRISPR/Cas9质粒，在大鼠模型中验证了治疗骨关节炎的效果。
(3)外泌体药物的装载：外泌体通过蛋白质、RNA等特定的内容物发挥治疗作用。然而，在天然外泌体中，某些有效成分的表达量可能不足，通过工程化外泌体装载药物分子可以增强外泌体的疗效。外泌体药物装载的方法不断发展，旨在提高药物传递的效率和靶向性[146]。
共孵育法是一种被动装载方法，操作简便，但装载效率较低，适用于小分子药物或脂溶性药物。主动装载方法包括电穿孔法、超声波法、挤压法、冷冻-解冻循环法，这些方法可以提高装载效率，但可能对外泌体结构产生一定影响。基因工程方法通过基因编辑技术(如CRISPR/Cas9)改造外泌体来源细胞，使其分泌含有特定治疗性分子的外泌体。例如，通过在细胞中表达携带药物的融合蛋白，药物分子可以直接装载到外泌体中；也可以通过融合蛋白技术，将目标药物与外泌体膜蛋白(如Lamp2b)融合表达，使药物在外泌体生成过程中被直接装载。化学修饰方法则通过化学偶联，将药物分子与外泌体表面的功能基团(如氨基、羧基等)偶联，使药物固定在外泌体表面[146-147]。ZHANG等[148]通过声波处理24 h，将葛根素成功负载到外泌体中，促进软骨细胞的生长和迁移来增强软骨再生，其调节的关键因子是周期依赖性激酶9。
在骨关节炎的治疗研究中，基因工程是最常用的外泌体药物装载方法。通过改造外泌体来源细胞，使其特异性表达调控骨关节炎的蛋白或非编码RNA，以增强对骨关节炎的疗效。例如，来源于人尿干细胞的外泌体过表达miR-140-5p，在大鼠模型中通过下调血管内皮生长因子A缓解膝骨关节炎[108]。从过表达miR-140-5p滑膜间充质干细胞中提取的外泌体促进大鼠软骨组织再生并预防膝骨关节炎[149]。过表达miR-140-5p的人牙髓干细胞衍生外泌体抑制骨关节炎大鼠软骨细胞凋亡[150]。采用海藻酸钠/胶原水凝胶负载过表达miR-140的外泌体，通过抑制炎症、维持软骨稳态、抑制软骨细胞焦亡来减轻骨关节炎大鼠的疼痛反应，改善软骨损伤，发挥骨关节炎治疗作用[151]。此外，来源于过表达miR-155-5p滑膜间充质干细胞的外泌体通过促进软骨细胞的增殖和迁移、减少细胞凋亡并调节细胞外基质的分泌来预防骨关节炎[152]。在骨关节炎大鼠模型中，来源于miR-126-3p过表达滑膜成纤维细胞的外泌体能够抑制软骨细胞的炎症和软骨降解[153]。此外，来源于过表达miR-212-5p的人滑膜间充质干细胞的外泌体通过靶向上皮转录因子3抑制软骨细胞的变性和炎症[154]。WANG等[155]发现源自过表达miR-146a纤维母细胞样滑膜细胞的外泌体通过调节炎症反应、增强软骨修复、减少软骨降解并促进M2型巨噬细胞极化，展示了作为骨关节炎新型治疗剂的潜力。综上所述，miRNA是外泌体搭载的最常用药物分子，且多种miRNA靶点已进行了深入研究，表现出治疗骨关节炎的潜力。通过在外泌体中过表达细胞因子也可对骨关节炎有治疗作用，吴志文等[156]发现高表达软骨调素1的骨髓间充质干细胞来源外泌体促进骨关节炎软骨细胞的增殖。
2.4.3 外泌体载体的优化 外泌体通常保存于PBS中，而凝胶作为一种高分子材料，具有三维网状结构、高含水量和良好的生物相容性，能够提供稳定的微环境，保护外泌体免受降解，并促进外泌体在体内的靶向传递和控制释放。
PANG等[157]开发了含间充质干细胞来源纳米囊泡的明胶甲基丙烯酰基水凝胶，其通过调节软骨生成和巨噬细胞极化缓解骨关节炎。WAN等[144]使用新型光交联球形明胶甲基丙烯酰(GelMA)水凝胶包裹的软骨亲和性WYRGRL肽修饰的工程外泌体用于骨关节炎治疗，并研究了负载小分子抑制剂LRRK2-IN-1的工程外泌体在体外和体内的性能，结果显示靶向能力和滞留性增强，表现出优越的抗骨关节炎活性和软骨修复能力。ZHANG等[158]发现结合外泌体的贻贝仿生高黏附性水凝胶(MIH-Gel-Exo)促进软骨再生和内源性细胞招募，表现出显著的骨关节炎治疗潜力。可注射热凝胶中装载atf5修饰mRNA的工程化外泌体通过靶向线粒体未折叠蛋白反应缓解骨关节炎[159]。ZHOU等[160]开发的由氧化硫酸软骨素和甲基丙烯酰明胶组成的水凝胶能有效搭载骨髓间充质干细胞来源外泌体，通过激活转化生长因子β1/核因子E2相关因子2信号通路，显著促进了骨关节炎大鼠的软骨再生，并抑制了中性粒细胞胞外陷阱的形成，有助于减缓骨关节炎的进展。SONG等[161]研究显示，注射用热敏感水凝胶负载M2型巨噬细胞衍生外泌体能有效促进滑膜淋巴管生成，通过改善滑膜淋巴引流功能从而减缓骨关节炎的进展。CAO等[162]研究表明，富含超氧化物歧化酶3的滑膜源生物纳米粒子负载外泌体通过增强软骨细胞的抗氧化能力和调节软骨基质，有效缓解骨关节炎的进展。KANG等[163]制备了一种注射型脱细胞化Wharton’s jelly水凝胶，其中包含CD56+脐带间充质干细胞衍生外泌体，能够促进大鼠半月板撕裂愈合并保护软骨。YANG等[164]开发了磁性多糖水凝胶微载体，通过协同释放抗炎药物和外泌体，有效缓解骨关节炎症状并促进软骨修复。LIU等[165]研究表明，骨髓间充质干细胞来源外泌体联合透明质酸凝胶通过调节由线粒体活性氧诱导的氧化应激损伤，显著改善创伤后骨关节炎患者的软骨机械性能。LI等[166]研究表明，通过微针技术传递的聚多巴胺@外泌体(PDA@Exo)复合物通过调节磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，有效缓解骨关节炎症状。YANG等[167]开发了用于骨关节炎治疗的干细胞负载多肽水凝胶微载体，这些载体封装外泌体，通过持续释放和有效招募内源性干细胞，展示了增强软骨修复的潜力。陈明伟等[151]发现携带miR-140外泌体的海藻酸钠/胶原水凝胶可修复关节软骨损伤。
这些研究在凝胶材料方面有所突破，使外泌体在凝胶中保持稳定性状，从而提高膝关节注射后外泌体的稳定性，还可以达到外泌体缓释的效果。
外泌体的生物合成过程复杂，涉及内涵体分选复合物依赖和非依赖途径。当多泡体与细胞膜融合时，内含的囊泡被释放为外泌体，随后通过与其他细胞相互作用，影响目标细胞的功能[8，13-14]。外泌体的主要成分包括脂质、蛋白质和核酸，这些成分在免疫调节、疾病发展、组织修复等方面具有重要作用。外泌体具有一些特异性的蛋白可作为生物标志物，如表面蛋白CD9、CD63和CD81及其内容物蛋白ALIX等[8-9，15-16]。
外泌体的提取方法包括超速离心、超滤、尺寸排除色谱和免疫亲和分离。为维持外泌体的生物活性，通常在4 ℃短期保存和-80 ℃长期保存。鉴定外泌体需要结合透射电子显微镜、纳米颗粒跟踪分析和蛋白质印迹技术，以确保研究数据的准确性和可靠性[9]。
在骨关节炎研究中，不同来源(如间充质干细胞、体液、牛奶和植物等)外泌体在功能组成、生物标志物表达、药物递送能力及免疫调节潜能方面存在差异。通过工程化修饰、靶向改造或负载功能分子等手段，可有效提升外泌体在组织修复、抗炎、免疫调控等方面的治疗效应(图4)。外泌体研究经历了从细胞外囊泡的早期观察到生物学功能确认，并逐渐扩展至疾病诊断和治疗的应用探索。随着国际细胞外囊泡学会(International Society for Extracellular Vesicles，ISEV)的成立及外泌体研究规范的提出，外泌体相关研究持续拓展，机制与应用研究不断丰富，临床转化潜力逐步显现(图5)。
2.2 外泌体在骨关节炎早期诊断中的应用进展 骨关节炎在诊断明确时通常已经出现了显著的病理变化和临床症状，严重影响患者生活且目前暂无延缓骨关节炎发展的治疗方法。若能找到骨关节炎早期的诊断方法，则可早诊早治，减缓病程的发展，有效减少骨关节炎所带来的疾病负担。外泌体中包含的物质如信使RNA、微小RNA(miRNAs)、DNA和蛋白质，其含量通常受到原始细胞类型和状态的影响，这些物质可能成为早期诊断的靶标[17-18]。外泌体存在于大部分体液中，通过无创或微创的方式获取体液标本，从中提取外泌体进行液体活检，可为实时监测疾病的基因突变提供一种可行的方法。
外泌体的诊断潜力已在癌症诊断领域得到验证，目前已有多款试剂盒成功开发并用于临床。尿液外泌体ExoDx Prostate IntelliScore检测是一种非侵入性尿液测试，通过收集尿液中的外泌体，分析其中RNA的表达(PCA3、ERG、SPDEF)，从而帮助早期诊断高等级前列腺癌，特别是针对前列腺特异性抗原水平在2-10 ng/mL之间的男性患者，可以减少不必要的组织病理活检[19-20]。ExoDx? Lung (ALK)是第一个基于外泌体RNA的液体活检试剂盒，旨在从血液样本中分离和分析外泌体RNA，标志着非侵入性诊断技术的重要进步。非小细胞肺癌是常见的肺癌类型，其中最常见的基因突变之一是表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)基因突变。CASTELLANOS-RIZALDOS等[21]研究表明，通过结合外泌体RNA和cfDNA可以更准确地检测EGFR T790M突变。KIM等[22]对54份血浆样本和13份胸腔积液中的EGFR突变情况进行比较，结果显示外泌体联合cfDNA能够更有效地检测和监测EGFR T790M突变。KRUG等[23]通过外泌体RNA结合循环肿瘤DNA检测方法提升了液体活检在非小细胞肺癌诊断中的应用潜力。以上研究为外泌体作为骨关节炎早期诊断标记物提供了参考方向。
对于早期骨关节炎，由于病理变化尚不明显，传统诊断方法难以有效检测。然而，通过富集关节滑液中的外泌体，分析外泌体表型和成分，可识别早期骨关节炎相关的生物标志物，有助于骨关节炎早诊早治。关节液和血液是两种较易获取的体液来源。外泌体由多种细胞和组织分泌，其中中性粒细胞和滑膜成纤维细胞分泌的外泌体已在类风湿关节炎和骨关节炎的关节滑液中检测到。SONG等[24]发现类风湿关节炎患者的滑液外泌体因高水平的核因子κB受体活化因子配体而更显著地促进破骨细胞生成，可能携带特异性“破骨细胞生成标志”。
外泌体在骨关节炎诊断与疾病进展研究中备受关注(表1)。MUSTONEN等[25]发现血清中细胞外囊泡的四跨膜蛋白谱可反映患者功能受限与疼痛感知，提示四跨膜蛋白作为潜在生物标志物的可能性。KOLHE等[26]报道多种miRNA在不同性别患者的滑液外泌体中存在显著差异表达，为骨关节炎的个体化诊断与治疗提供思路。JI等[27]和WU等[32]研究均聚焦滑膜特异性外泌体中的miR-182，发现其通过调控炎症和凋亡通路，加速骨关节炎进程。GUO等[28]、LI等[30]与GUAN等[29]则分别揭示了外泌体携带的环状RNA(circ-BRWD1、CircStrn3)和miRNA(miR-125等)如何通过特定分子轴或靶基因，影响软骨稳态、炎症反应及软骨下骨重塑，从而加剧骨关节炎病情。此外，ZHAO等[31]鉴定到滑液来源外泌体长链非编码RNA PCGEM1可作为识别骨关节炎不同分期的标志物，TANG等[35]研究表明血清外泌体能诱导NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3介导的细胞焦亡与炎症，进一步加重骨关节炎。LI等[36]利用生物信息学分析发现miR-122-5p在
CS-semi5治疗骨关节炎中起关键调控作用。由此可见，通过分析滑液、血浆等体液中外泌体的谱系差异，有望为骨关节炎及其他关节疾病的诊断和治疗提供重要理论基础。
2.3 外泌体在骨关节炎治疗中的研究进展 在骨关节炎治疗中，间充质干细胞来源外泌体是当前研究的热点之一。间充质干细胞在许多临床试验中已展现出治疗潜力，间充质干细胞归巢至软骨缺损部位，通过软骨分化以修复软骨缺损，并通过旁分泌组织修复因子，起到免疫调节、组织修复和再生、抗炎作用[37-38]。然而，间充质干细胞治疗存在一些局限性，包括免疫反应与安全性、间充质干细胞老化、供体和受体的个体差异、潜在的伦理问题、致瘤性等[39-40]。
相比之下，外泌体作为一种细胞外囊泡，具有较低的免疫原性，不存在伦理问题。许多研究已证明，间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中具有积极作用，主要包括促进软骨修复、减少炎症、调节免疫反应以及保护关节软骨和骨质免受进一步退化等[41-51]。间充质干细胞来源多样，包括骨髓、滑膜、脂肪、胎盘、脐带和羊水等。目前，尚未确定哪种间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中的效果和安全性最优。除间充质干细胞外，其他细胞来源外泌体也体现出了骨关节炎治疗潜力。
2.3.1 骨髓间充质干细胞来源外泌体 来源于骨髓间充质干细胞的外泌体治疗骨关节炎具有显著效果。骨髓间充质干细胞来源外泌体可促进软骨修复、减轻炎症及疼痛[42，46，52-54]。例如，JAMMES等[55]研究表明，骨髓间充质干细胞来源外泌体能够显著改善马膝骨关节炎软骨细胞表型，增强软骨功能标志物的表达。CONTENTIN等[56]则通过优化外泌体纯化方法并进行促炎预处理，提高了骨髓间充质干细胞来源外泌体在马骨关节炎中的疗效。
在骨髓间充质干细胞来源外泌体中，miRNA的作用受到广泛关注。CHEN等[57]发现骨髓间充质干细胞来源外泌体中的miR-136-5p
能够抑制创伤性骨关节炎软骨细胞退变，HUANG等[58]指出miR-206通过减少上皮转录因子3的表达促进骨关节炎成骨细胞的增殖和分化。其他miRNA如miR-127-3p[59]、miR-140-3p[60]、miR-361-5p[61]、miR-9-5p[62]、miR-326[63]、miR-95-5p等在调节软骨细胞功能、缓解炎症、促进软骨修复方面发挥了重要作用[64]。此外，骨髓间充质干细胞来源外泌体中的miR-193b-3p和miR-29a也在调节软骨形成及细胞外基质重塑中发挥了关键作用[65-67]。
除了miRNA，长链非编码RNA在骨髓间充质干细胞来源外泌体中的作用也备受关注。骨髓间充质干细胞来源外泌体通过调控LYRM4-AS1/GRPR/miR-6515-5p信号通路[68]、TUC339的表达以及PINK1/Parkin信号通路[69-70]，促进M1型巨噬细胞向M2型极化，减轻骨关节炎的炎症反应并促进软骨修复。此外，长链非编码RNA SNHG7通过调节miR-485-5p/FSP1轴，抑制炎症和铁死亡，进一步缓解骨关节炎症状[71]。
综上所述，骨髓间充质干细胞来源外泌体中的多种miRNA和长链非编码RNA通过调节细胞功能、抑制炎症及促进软骨修复，在骨关节炎治疗中发挥重要作用。骨髓间充质干细胞来源外泌体的主要挑战在于供者衰老和细胞增殖能力较低。随着年龄增长，骨髓中间充质干细胞的数量和质量下降，老年供者的骨髓间充质干细胞功能减弱，进而影响外泌体的治疗效果。此外，骨髓间充质干细胞的增殖能力较弱，限制了外泌体的大规模生产，且骨髓样本的获取具有一定侵入性，干细胞来源较为有限。因此，骨髓间充质干细胞来源外泌体在规模化应用中面临产量和一致性问题。
2.3.2 脂肪间充质干细胞来源外泌体 脂肪间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎中同样展现出治疗潜力。脂肪间充质干细胞的常用来源有皮下脂肪和髌下脂肪垫，皮下脂肪可通过抽脂术获取，髌下脂肪垫可在膝关节置换术和关节镜手术中获取，这两种术中获取的脂肪组织可作为干细胞提取的良好来源。TOFI?O-VIAN等[51]研究发现脂肪间充质干细胞来源外泌体能够下调骨关节炎成骨细胞的衰老特征。脂肪间充质干细胞来源外泌体中的miRNA亦被广泛研究，LI等[72]研究表明，脂肪间充质干细胞来源外泌体通过转运miR-376c-3p并靶向Wnt/β-catenin信号轴来缓解骨关节炎。MENG等[73]发现脂肪间充质干细胞来源外泌体中的miR-429通过靶向FEZ2的自噬改善骨关节炎软骨损伤。ZHAO等[74]研究发现脂肪间充质干细胞来源外泌体通过上调miR-145和miR-221，促进软骨形成并抑制炎症。WU等[75]研究发现来自髌下脂肪垫间质干细胞的富含miR-100-5p的外泌体能够保护关节软骨，并通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白改善步态异常。此外，过氧化还原酶6在人脂肪间充质干细胞微泡中发挥软骨保护作用。康俊峰等[76]发现脂肪间充质干细胞来源外泌体及膝痹宁Ⅱ均可以通过促进PINK1/Parkin信号通路表达，提高软骨细胞线粒体自噬水平，延缓软骨组织退变，且二者联用可以增强疗效。
脂肪间充质干细胞来源外泌体主要存在脂肪组织异质性和炎症状态问题。脂肪组织在肥胖个体中常伴有慢性低度炎症，这种炎症环境可能改变脂肪间充质干细胞及其外泌体的功能，影响在抗炎和再生治疗中的效果。此外，虽然脂肪组织来源广泛，获取相对容易，但从中分离出高纯度的干细胞仍具有挑战，比如需要避免脂肪前体细胞的混入。
2.3.3 滑膜间充质干细胞来源外泌体 滑膜是位于关节腔内的结缔组织，分泌滑液以润滑和营养关节。滑膜组织通常在膝关节置换手术和关节镜手术中获取，可用于提取滑膜间充质干细胞。LONG等[77]在体内和体外的研究均表明滑膜间充质干细胞来源外泌体通过MATN3可缓解膝骨关节炎。此外，KONG等[78-79]研究发现滑膜间充质干细胞来源外泌体中的miR-320c通过靶向ADAM19依赖的Wnt信号通路，促进软骨损伤修复。QIU等[80]发现人滑膜间充质干细胞来源外泌体介导的miR-129-5p通过靶向高迁移率族蛋白B1缓解白细胞介素1诱导的骨关节炎。QIU等[81]发现滑膜间充质干细胞来源外泌体 miR-485-3p通过靶向神经纤毛蛋白1介导的磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路缓解骨关节炎软骨损伤。王智超等[82]发现金天格胶囊治疗骨关节炎的药效作用明显，作用机制可能与促进滑膜间充质干细胞来源外泌体靶向关节软骨细胞转运miRNA进而调控Serpinb10、Ntn1、Il1b、Tgm2、Megf10 、Il11、Cd40、Slc15a3、Pou2f2等基因有关。
滑膜间充质干细胞来源外泌体的应用也受到滑膜组织来源的限制，滑膜组织通常需要通过手术获取，尽管比骨髓获取创伤性小，但仍然需要关节镜手术操作，尤其在健康供体中较难获取。此外，不同关节部位的滑膜组织异质性较大，可能导致滑膜间充质干细胞来源外泌体的功能存在差异性，影响治疗效果的稳定性。关节炎可能进一步改变滑膜组织质量，导致外泌体功能受影响。
2.3.4 脐带间充质干细胞来源外泌体 脐带间充质干细胞因获取过程相对简单且无伦理争议，在再生医学和组织工程中得到了广泛研究和应用。脐带间充质干细胞来源外泌体已被证实可通过促进软骨细胞增殖、减少凋亡、减轻炎症、调节巨噬细胞极化及软骨基质代谢相关蛋白的表达，减缓骨关节炎发展[41，43，83-85]。脐带间充质干细胞来源外泌体通过miR-100-5p/NOX4轴抑制活性氧产生和软骨细胞凋亡[86]。此外，研究发现，脐带间充质干细胞来源外泌体可使骨关节炎软骨细胞恢复活力，p53信号通路是其中的关键因素[44] 。人脐带间充质干细胞来源细胞外囊泡通过与甲基转移酶3相互作用降低巨噬细胞NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3的m6A水平，从而缓解小鼠膝骨关节炎[87]。
脐带间充质干细胞来源外泌体由于来源丰富、低免疫原性和广泛的治疗潜力，在再生医学中具有极大的应用前景。然而，要将脐带间充质干细胞来源外泌体广泛应用于临床，仍需要解决外泌体提取、纯化、异质性和规模化生产等方面的技术难题，同时加强对长期效能和安全性的研究。
2.3.5 其他来源外泌体 脐血、胎盘和胚胎来源间充质干细胞外泌体也显示出对骨关节炎的治疗作用。脐血间充质干细胞通过miR-29a-3p/FOS轴分泌的长链非编码RNA H19用于中枢性骨关节炎疼痛敏化[88]。在人胚胎间充质干细胞的研究中，外泌体被证明可以促进骨软骨细胞再生并通过平衡软骨细胞外基质的合成和降解来缓解骨关节炎[50，89]。此外，在大鼠骨关节炎模型中，人胎盘来源外泌体减轻了疼痛负担，恢复了软骨退化，并以剂量依赖的方式下调了促炎、分解代谢或凋亡蛋白的表达[90]。FOTOUHI等[91]证实来自Wharton’s Jelly的外泌体能显著减少滑膜细胞中关键炎症递质的表达，为骨关节炎治疗提供了潜在的抗炎疗效。
除了间充质干细胞外泌体，还有其他细胞和体液可作为外泌体的来源。诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞(induced mesenchymal stem cells，iMSCs)结合了诱导多能干细胞的多能性和间充质干细胞的自我更新与多向分化能力，在再生医学、组织工程和细胞治疗等领域具有重要的应用前景。研究发现，与滑膜间充质干细胞来源外泌体相比，诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞来源外泌体在骨关节炎治疗中表现出更显著的效果[92]。牙髓干细胞来源外泌体通过抑制瞬时感受器电位香草酸受体4介导的破骨细胞活化，减轻了小鼠膝关节炎[93] 。通过对miR-100-5p/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白研究，人脱落乳牙干细胞外泌体在颞下颌关节软骨细胞中的抗炎作用也得到了证实[94]。LIN等[95]研究表明来自人乳牙干细胞的外泌体通过核因子κB途径显著抑制骨关节炎的炎症，促进软骨修复。ZHANG等[96]研究表明骨骼干细胞衍生外泌体通过促进细胞迁移、增加细胞外基质产生和减少炎症反应，有效促进了半月板撕裂的愈合和次发性骨关节炎的改善。
血液也包含大量的外泌体。以血清外泌体为载体，通过搭载激活转录因子4诱导自噬，可以抑制骨关节炎的发展[97]。富血小板血浆在临床上已用于多种疾病的治疗，而其来源外泌体在骨关节炎治疗中也显示出新的潜力。来自富血小板血浆的外泌体介导距下骨关节炎的软骨保护作用[98]。来源于富血小板血浆的外泌体通过Wnt/β-catenin信号通路促进软骨细胞增殖和抑制细胞凋亡[99]。
髓系免疫细胞来源外泌体也可参与骨关节炎的治疗。例如，M2巨噬细胞来源外泌体通过抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路对膝骨关节炎大鼠发挥治疗作用[100]。此外，M2巨噬细胞来源外泌体中的miR-26b-5p通过靶向Toll样受体3和X型胶原蛋白α1调节巨噬细胞极化和软骨细胞肥大，从而缓解骨关节炎[101]。地高辛通过下调滑膜巨噬细胞M1样极化及其衍生的外泌体miR-146b-5p/Usp3&Sox5轴，改善关节炎症微环境[102]。SI等[103]揭示了M1型巨噬细胞来源外泌体中的miR-363通过靶向Ras-GTP酶激活蛋白2显著抑制软骨细胞的增殖和存活，并增强炎症反应。
关节中的组织和细胞分泌的外泌体亦可对骨关节炎产生影响，例如软骨祖细胞、骨细胞和滑膜成纤维细胞。LIU等[104]研究表明，敲低环状RNA PRKCH可以通过调节miR-502-5p/血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5轴减轻白细胞介素1β处理的软骨细胞表型变化，而软骨细胞分泌的外泌体能够在细胞间转移环状RNA PRKCH。在小鼠软骨损伤模型中，MRL/MpJ“超级愈合”小鼠软骨源性祖细胞分泌的外泌体可以增强关节软骨修复[105]。XU等[106]研究表明，来自软骨干细胞/祖细胞的外泌体能显著促进亚急性骨关节炎大鼠膝关节软骨修复，这主要得益于外泌体中的周期蛋白依赖性激酶9，它对软骨细胞的生长和迁移起关键作用。骨细胞来源外泌体通过调节DLX2/Wnt通路，缓解骨关节炎，并介导软骨修复。滑膜成纤维细胞来源外泌体miR-214-3p抑制骨关节炎大鼠软骨组织的炎症和变性[107]。滑液外泌体来源miR-182-5p通过下调肿瘤坏死因子α诱导蛋白8和通过微管相关蛋白轻链 3信号促进自噬来缓解骨关节炎[27]。
此外， LIU等[108]研究表明过表达 miR-140-5p人尿源干细胞来源外泌体通过下调血管内皮生长因子A缓解大鼠膝骨关节炎。鹿茸也可作为一种干细胞来源，其外泌体可以缓解间充质干细胞衰老和骨关节炎[109]。来源于宿主和肠道微生物群的细胞外囊泡可作为靶向治疗骨质疏松和骨关节炎的有前途的纳米载体[110]。LIU等[111]证实大蒜衍生外泌体能通过抑制丝裂原活化蛋白激酶信号通路，减少软骨基质的降解和炎症，从而在体内外模型中有效缓解骨关节炎。
综上所述，外泌体通过多种机制发挥作用，包括促进软骨细胞增殖、减少凋亡、减轻炎症、调节巨噬细胞极化以及调控软骨基质代谢等。它们不仅直接作用于受损的软骨细胞，还通过调节免疫和炎症反应间接改善关节环境。尽管干细胞外泌体在骨关节炎治疗中展现出广阔的前景，但仍面临一些挑战。首先，需进一步深入研究外泌体的具体分子机制，以明确各类外泌体中关键成分的作用模式；其次，间充质干细胞及其外泌体的制备、纯化和质量控制方法亟需进一步优化，以确保在临床应用中的安全性和有效性；此外，尽管已有研究探讨了不同来源外泌体在骨关节炎治疗中的疗效和机制，但目前关于不同来源外泌体疗效的系统性比较研究尚不充分。因此，未来应开展更全面的研究，以系统评估不同来源外泌体的疗效和机制差异。由于外泌体的提取方法和使用剂量尚未统一，这可能导致临床效果的变异，因此标准化外泌体的提取、纯化过程及剂量使用，也是未来研究的方向。表2对不同来源外泌体进行归纳讨论。
2.4 外泌体改善骨关节炎疗效的增强策略 天然外泌体在骨关节炎治疗中的效果和机制已得到广泛研究。然而，由于外泌体的治疗效果受到多种因素的影响，具不可控性，这是其临床应用的重要障碍之一。将药物递送到软骨细胞，仍然是骨关节炎分子治疗的一个重大挑战[112]。外泌体在治疗中需要满足高产量、靶向性、稳定性和有效性的要求。近年来，工程化外泌体因在生物医学领域的巨大潜力而备受关注。与天然外泌体相比，工程化外泌体通过表面修饰和内部治疗分子的修饰，具备更强的靶向性、更高的载药能力以及更优越的治疗效果[113]。对外泌体来源细胞的预处理可以提高外泌体的产量。优化外泌体的载体可有助于保持稳定性。随着生物材料科学的发展，凝胶作为外泌体的稳定载体，通过延长外泌体的作用时间、控制释放速率和增强靶向性，显著提高了外泌体的治疗效果[114]。以下就外泌体在骨关节炎治疗中疗效增强策略进行综述(表3)。
2.4.1 细胞预处理 在天然外泌体的制备过程中，细胞培养条件的复杂性直接影响外泌体的数量及其内容物，从而影响治疗效果。因此，优化细胞的培养环境，以提高外泌体的产量和生物活性，成为了当前研究的热点。
通过改变细胞培养的理化环境，可以调控外泌体的分泌。与二维培养相比，三维球状培养策略可以提高间充质干细胞衍生外泌体的产量，并通过增强间充质干细胞的旁分泌效应改善细胞的修复功能[115]。将人滑液间充质干细胞种植在微载体珠上并在动态三维培养系统中培养，可以生产大量符合良好生产规范(GMP)级别的外泌体[116]。SAKAMOTO等[117]研究发现与二维培养的脂肪间充质干细胞相比，使用无抗原胶原微球培养的脂肪间充质干细胞来源外泌体中白细胞介素10分泌显著增加，且多种与细胞外基质和免疫调节相关的基因表达发生了改变。去细胞外基质预处理的支架为间充质干细胞的生长和外泌体分泌提供了适宜微环境，来源于去细胞外基质预处理的骨髓间充质干细胞外泌体通过miR-3473b/磷酸酶和张力蛋白同源物轴增强了对骨关节炎的治疗效果[118]。
PFEIFER等[119]发现炎症显著影响滑膜间充质干细胞来源外泌体中miR-140的表达，尤其是在三维培养体系中暴露于炎症条件下miR-140水平显著增加，表明三维培养的滑膜干细胞在炎症环境下能够更快地表达并通过外泌体运输miR-140，有助于调节骨关节炎的炎症反应。缺氧也是一种有效处理方法，缺氧处理的脂肪间充质干细胞来源外泌体中生长因子水平高于常氧处理的外泌体，并且具有更高的促进脂肪移植后血管生成能力[120]。ZHAO等[121]发现低氧处理的脂肪间充质干细胞来源外泌体减轻了腰椎小关节骨关节炎。低强度脉冲超声通过激活自噬促进间充质干细胞外泌体的释放，体内实验结果显示，低强度脉冲超声显著增强了间充质干细胞对骨关节炎软骨的积极作用[122]。徐扬等[123]发现脉冲电磁场调控间充质干细胞外泌体抑制软骨细胞凋亡。
在一些研究中，通过使用特定药物干预细胞，可以调控外泌体的产量或增加特定的内容物以增强疗效。例如，桂苓二仙胶提取物通过促进外泌体释放，促进间充质干细胞诱导的软骨形成，并延缓间充质干细胞在衰老过程中的老化[124]。CAI等[125]可增强骨髓间充质干细胞来源外泌体在软骨修复中的治疗作用。褐藻糖胶预处理的间充质干细胞衍生外泌体中富含miR-146b-5p，通过靶向肿瘤坏死因子受体相关因子6保护骨关节炎软骨细胞[126]。姜黄素处理的间充质干细胞来源外泌体显著恢复了骨关节炎软骨细胞中下调的
miR-143和miR-124表达，并上调了核因子κB和Rho关联含卷曲螺旋蛋白激酶1的表达，从而增强了间充质干细胞来源外泌体在减轻骨关节炎中的作用[127]。甲状旁腺激素预处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体通过抑制促炎细胞因子的产生，增加体外骨关节炎软骨细胞的迁移、增殖和软骨基质的形成，治疗效果优于未预处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体 [128]。槲皮素处理的骨髓间充质干细胞来源外泌体通过向软骨细胞传递miR-124-3p抑制骨关节炎的进展[129]。转化生长因子β1刺激增强了间充质干细胞外泌体中miR-135b的表达，负调控Sp1的表达，同时靶向丝裂原活化蛋白激酶6促进M2滑膜巨噬细胞极化，从而促进软骨修复，并抑制软骨下骨中的异常血管生成，对骨关节炎引起的疼痛和骨吸收具有保护作用[130-132]。原弹性蛋白预处理增加了脂肪间充质干细胞分泌外泌体的能力，并且此外泌体可以有效增强体外软骨细胞的基质合成，促进软骨修复[133]。
牛膝醇提物调控滑膜成纤维细胞外泌体抑制软骨细胞外基质降解[134]。SANKARANARAYANAN等[135]通过水相二相系统隔离的肉桂醛处理骨髓间充质干细胞衍生外泌体能显著减少白细胞介素1β诱导的软骨细胞炎症和组织分解，调节促炎信号通路。WU等[136]研究表明肿瘤坏死因子α预处理的脂肪垫间充质干细胞衍生外泌体对骨关节炎有显著治疗效果，主要通过激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路增强了外泌体的分泌和治疗潜力。康俊峰等[76]研究发现脂肪垫间充质干细胞来源外泌体及膝痹宁Ⅱ均可以通过促进PTEN诱导激酶1/Parkin信号通路表达，提高软骨细胞线粒体自噬水平，延缓软骨组织退变，且二者联用可以增强疗效。脂多糖诱导的两种滑膜细胞来源外泌体均可通过调控Toll样受体/核因子κB信号通路，引起软骨炎症，巨噬细胞样滑膜细胞外泌体致炎效果强于成纤维细胞样滑膜细胞外泌体，但两种细胞共培养情况下的外泌体致炎效果弱于单纯巨噬细胞样滑膜细胞外泌体[137]。
总之，通过优化细胞培养环境和引入特定的药物干预，可以显著提高外泌体的产量和生物活性，从而增强外泌体在骨关节炎治疗中的效果。
2.4.2 工程化外泌体 近年来，外泌体的工程化改造引起了广泛关注，它们在药物传递、疾病治疗和生物标志物开发等领域展示了巨大潜力。工程化外泌体通过基因工程改造表面结构和内容物，提高了外泌体的靶向性和药物含量，从而增强了外泌体的疗效。
(1)外泌体软骨靶向编辑：在骨关节炎的治疗中，外泌体通常通过关节内给药，但由于关节腔的结构复杂，外泌体可能被其他组织吸收，从而影响其进入软骨的效率，导致疗效降低。因此，如何将外泌体靶向运输至软骨组织是一个重要的研究方向。软骨细胞亲和肽是一种能够特异性结合软骨细胞的短肽序列，通过与治疗性分子、药物或载体(如外泌体、纳米颗粒等)结合，实现药物向软骨细胞的靶向递送。通过基因工程，将软骨细胞亲和肽与在外泌体表面锚定的溶酶体相关膜蛋白 2b的N末端融合，使外泌体具有靶向软骨细胞的能力[138-139]。LIN等[140]研究发现，靶向软骨细胞的外泌体递送核因子E2相关因子2，通过调节线粒体分裂来缓解软骨终板退变。CHEN等[141]使用了一种基于CRISPR/Cas9的方法，通过结合软骨细胞亲和肽的混合外泌体(CAP/FGF18-hyEXO)携带的成纤维细胞生长因子18基因编辑工具，在体内有效激活骨关节炎软骨细胞的成纤维细胞生长因子18基因，起到促进软骨再生、减少炎症和防止细胞外基质降解的作用。ZHAO等[142]发现带有软骨细胞亲和肽的间充质干细胞来源外泌体能够在体外特异地将miR-199a-3p递送到软骨细胞中，并在体内递送到深层关节软骨组织中，从而促进内侧半月板切除诱导的骨关节炎小鼠受损软骨的修复，通过脐带间充质干细胞来源软骨细胞靶向外泌体缓释实现无细胞治疗骨关节炎，以恢复老化软骨细胞活力。ZHANG等[143]开发了一种外泌体表面功能化方法，通过软骨细胞亲和肽靶向传递siRNA，有效抑制基质金属蛋白酶13表达并增强骨关节炎大鼠的软骨再生。除了软骨细胞亲和肽，还有研究开发了软骨亲和性WYRGRL肽，其负载在外泌体表面，可以靶向至软骨细胞[144]。
(2)混合外泌体的制备：混合外泌体是指通过将不同来源或不同类型的外泌体进行混合，或者通过人工方法对外泌体进行改造以结合多种功能和特性，这种策略旨在增强外泌体的生物学功能，扩大应用范围，提高疗效。通过将外泌体和脂质体杂交形成混合纳米囊泡，可以加载更大的分子并保持外泌体的表面特性[145]。LIANG 等[138]报告了一种通过关节内靶向递送基质金属蛋白酶13的基因编辑工具，即通过外泌体和脂质体融合生成的混合外泌体封装CRISPR/Cas9质粒，在大鼠模型中验证了治疗骨关节炎的效果。
(3)外泌体药物的装载：外泌体通过蛋白质、RNA等特定的内容物发挥治疗作用。然而，在天然外泌体中，某些有效成分的表达量可能不足，通过工程化外泌体装载药物分子可以增强外泌体的疗效。外泌体药物装载的方法不断发展，旨在提高药物传递的效率和靶向性[146]。
共孵育法是一种被动装载方法，操作简便，但装载效率较低，适用于小分子药物或脂溶性药物。主动装载方法包括电穿孔法、超声波法、挤压法、冷冻-解冻循环法，这些方法可以提高装载效率，但可能对外泌体结构产生一定影响。基因工程方法通过基因编辑技术(如CRISPR/Cas9)改造外泌体来源细胞，使其分泌含有特定治疗性分子的外泌体。例如，通过在细胞中表达携带药物的融合蛋白，药物分子可以直接装载到外泌体中；也可以通过融合蛋白技术，将目标药物与外泌体膜蛋白(如Lamp2b)融合表达，使药物在外泌体生成过程中被直接装载。化学修饰方法则通过化学偶联，将药物分子与外泌体表面的功能基团(如氨基、羧基等)偶联，使药物固定在外泌体表面[146-147]。ZHANG等[148]通过声波处理24 h，将葛根素成功负载到外泌体中，促进软骨细胞的生长和迁移来增强软骨再生，其调节的关键因子是周期依赖性激酶9。
在骨关节炎的治疗研究中，基因工程是最常用的外泌体药物装载方法。通过改造外泌体来源细胞，使其特异性表达调控骨关节炎的蛋白或非编码RNA，以增强对骨关节炎的疗效。例如，来源于人尿干细胞的外泌体过表达miR-140-5p，在大鼠模型中通过下调血管内皮生长因子A缓解膝骨关节炎[108]。从过表达miR-140-5p滑膜间充质干细胞中提取的外泌体促进大鼠软骨组织再生并预防膝骨关节炎[149]。过表达miR-140-5p的人牙髓干细胞衍生外泌体抑制骨关节炎大鼠软骨细胞凋亡[150]。采用海藻酸钠/胶原水凝胶负载过表达miR-140的外泌体，通过抑制炎症、维持软骨稳态、抑制软骨细胞焦亡来减轻骨关节炎大鼠的疼痛反应，改善软骨损伤，发挥骨关节炎治疗作用[151]。此外，来源于过表达miR-155-5p滑膜间充质干细胞的外泌体通过促进软骨细胞的增殖和迁移、减少细胞凋亡并调节细胞外基质的分泌来预防骨关节炎[152]。在骨关节炎大鼠模型中，来源于miR-126-3p过表达滑膜成纤维细胞的外泌体能够抑制软骨细胞的炎症和软骨降解[153]。此外，来源于过表达miR-212-5p的人滑膜间充质干细胞的外泌体通过靶向上皮转录因子3抑制软骨细胞的变性和炎症[154]。WANG等[155]发现源自过表达miR-146a纤维母细胞样滑膜细胞的外泌体通过调节炎症反应、增强软骨修复、减少软骨降解并促进M2型巨噬细胞极化，展示了作为骨关节炎新型治疗剂的潜力。综上所述，miRNA是外泌体搭载的最常用药物分子，且多种miRNA靶点已进行了深入研究，表现出治疗骨关节炎的潜力。通过在外泌体中过表达细胞因子也可对骨关节炎有治疗作用，吴志文等[156]发现高表达软骨调素1的骨髓间充质干细胞来源外泌体促进骨关节炎软骨细胞的增殖。
2.4.3 外泌体载体的优化 外泌体通常保存于PBS中，而凝胶作为一种高分子材料，具有三维网状结构、高含水量和良好的生物相容性，能够提供稳定的微环境，保护外泌体免受降解，并促进外泌体在体内的靶向传递和控制释放。
PANG等[157]开发了含间充质干细胞来源纳米囊泡的明胶甲基丙烯酰基水凝胶，其通过调节软骨生成和巨噬细胞极化缓解骨关节炎。WAN等[144]使用新型光交联球形明胶甲基丙烯酰(GelMA)水凝胶包裹的软骨亲和性WYRGRL肽修饰的工程外泌体用于骨关节炎治疗，并研究了负载小分子抑制剂LRRK2-IN-1的工程外泌体在体外和体内的性能，结果显示靶向能力和滞留性增强，表现出优越的抗骨关节炎活性和软骨修复能力。ZHANG等[158]发现结合外泌体的贻贝仿生高黏附性水凝胶(MIH-Gel-Exo)促进软骨再生和内源性细胞招募，表现出显著的骨关节炎治疗潜力。可注射热凝胶中装载atf5修饰mRNA的工程化外泌体通过靶向线粒体未折叠蛋白反应缓解骨关节炎[159]。ZHOU等[160]开发的由氧化硫酸软骨素和甲基丙烯酰明胶组成的水凝胶能有效搭载骨髓间充质干细胞来源外泌体，通过激活转化生长因子β1/核因子E2相关因子2信号通路，显著促进了骨关节炎大鼠的软骨再生，并抑制了中性粒细胞胞外陷阱的形成，有助于减缓骨关节炎的进展。SONG等[161]研究显示，注射用热敏感水凝胶负载M2型巨噬细胞衍生外泌体能有效促进滑膜淋巴管生成，通过改善滑膜淋巴引流功能从而减缓骨关节炎的进展。CAO等[162]研究表明，富含超氧化物歧化酶3的滑膜源生物纳米粒子负载外泌体通过增强软骨细胞的抗氧化能力和调节软骨基质，有效缓解骨关节炎的进展。KANG等[163]制备了一种注射型脱细胞化Wharton’s jelly水凝胶，其中包含CD56+脐带间充质干细胞衍生外泌体，能够促进大鼠半月板撕裂愈合并保护软骨。YANG等[164]开发了磁性多糖水凝胶微载体，通过协同释放抗炎药物和外泌体，有效缓解骨关节炎症状并促进软骨修复。LIU等[165]研究表明，骨髓间充质干细胞来源外泌体联合透明质酸凝胶通过调节由线粒体活性氧诱导的氧化应激损伤，显著改善创伤后骨关节炎患者的软骨机械性能。LI等[166]研究表明，通过微针技术传递的聚多巴胺@外泌体(PDA@Exo)复合物通过调节磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，有效缓解骨关节炎症状。YANG等[167]开发了用于骨关节炎治疗的干细胞负载多肽水凝胶微载体，这些载体封装外泌体，通过持续释放和有效招募内源性干细胞，展示了增强软骨修复的潜力。陈明伟等[151]发现携带miR-140外泌体的海藻酸钠/胶原水凝胶可修复关节软骨损伤。
这些研究在凝胶材料方面有所突破，使外泌体在凝胶中保持稳定性状，从而提高膝关节注射后外泌体的稳定性，还可以达到外泌体缓释的效果。
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骨关节炎是一种机制复杂的关节退行性疾病，危险因素包括年龄增长、女性、肥胖、遗传因素及严重关节损伤，对其早期诊断和有效治疗尤为重要[1-4]。然而，传统的诊断方法如临床症状、体格检查和X射线片在早期不足以准确诊断，MRI等技术虽可评估骨关节炎的早期损伤但成本高、灵敏度有限，因而开发更敏感的早期诊断方法成为研究重点[5-6]。现有治疗主要集中在药物、物理方法、生活方式调整和手术等缓解症状的手段，尚无法逆转病程或治愈骨关节炎，因此，开发新治疗策略以有效修复软骨或逆转病程，对提高骨关节炎患者生活质量具有重要意义。
外泌体作为细胞外囊泡的一种类型，在骨关节炎病程中起到重要作用，可作为骨关节炎早期诊断和治疗的靶点[7]。外泌体是细胞在正常或病理状态下释放的纳米级囊泡，广泛存在于体液中，如血液、尿液等，主要用于细胞间通讯。外泌体直径为30-150 nm，通过细胞内多泡体分泌，携带RNA、DNA、蛋白质等分子，能够远距离传递信息并调控目标细胞的基因表达和功能，在疾病发展、免疫调节等方面发挥重要作用[8]。外泌体的提取和检测方法已日趋成熟，极大地降低了研究门槛，成为众多课题组关注的研究方向。外泌体不仅自身具有治疗效果，还可通过工程化手段载入特定的分子药物，成为高效的药物载体，实现靶向运输[9]。
此综述概述了外泌体在骨关节炎中的作用机制以及在骨关节炎诊断和治疗中的研究进展，以期为骨关节炎及其他疾病的研究提供新的思路。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程
外泌体作为细胞外囊泡的一种类型，在骨关节炎病程中起到重要作用，可作为骨关节炎早期诊断和治疗的靶点[7]。外泌体是细胞在正常或病理状态下释放的纳米级囊泡，广泛存在于体液中，如血液、尿液等，主要用于细胞间通讯。外泌体直径为30-150 nm，通过细胞内多泡体分泌，携带RNA、DNA、蛋白质等分子，能够远距离传递信息并调控目标细胞的基因表达和功能，在疾病发展、免疫调节等方面发挥重要作用[8]。外泌体的提取和检测方法已日趋成熟，极大地降低了研究门槛，成为众多课题组关注的研究方向。外泌体不仅自身具有治疗效果，还可通过工程化手段载入特定的分子药物，成为高效的药物载体，实现靶向运输[9]。
此综述概述了外泌体在骨关节炎中的作用机制以及在骨关节炎诊断和治疗中的研究进展，以期为骨关节炎及其他疾病的研究提供新的思路。
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1.1 研究方案设计 见图1。
1.2 资料来源
1.2.1 检索人及检索时间 作者在2024年10月进行检索。
1.2.2 检索文献时限 2010年1月至2024年10月发表的相关文献。
1.2.3 检索数据库 中文数据库为中国知网、万方数据库和维普数据库；英文数据库为PubMed数据库。
1.2.4 检索词 中文检索词：“外泌体，骨性关节炎，骨关节炎，OA”； 英文检索词：“Exosome、Osteoarthritis、OA”。
1.2.5 检索文献类型 综述、述评、研究论文、会议论文、荟萃分析。
1.2.6 文献检索策略 见图2。
1.2.7 检索文献量 共检索到580篇文献。
1.3 纳入和排除标准
1.3.1 纳入标准 ① 与研究主题高度相关，能够直接回答研究问题的文献；②近10年内发表的文献；③实验设计科学，研究结果可信，具有较高证据等级的文献；④可获得全文的中、英文文献；⑤数据明确，统计分析方法合理的文献；⑥研究对象、干预措施、结果指标与研究目的匹配的文献。
1.3.2 排除标准 ①重复性文献以及与研究目的不符的文献；②观点陈旧、研究设计不科学的文献；③无法获得全文的文献；④非中英文文献；⑤中文非核心期刊文献。
1.4 文献质量评价 按纳入和排除标准，排除428篇文献，加入手工检索文献16篇，最终纳入167篇文献，包括7 篇中文文献和160篇英文文献。文献筛选流程见图3。
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3.1 既往外泌体研究的贡献和存在的问题 外泌体作为一种重要的细胞间通讯工具，在骨关节炎的诊断和治疗中展现出潜力。外泌体不仅可以作为早期诊断的生物标志物，还可以通过工程化改造提升治疗效果。通过对外泌体的药物装载、靶向性增强和稳定性优化，学者们不断推动外泌体在骨关节炎治疗中的应用前景。然而，外泌体的临床应用仍面临诸多挑战，如大规模生产、标准化制备及生物安全性等问题。未来的研究应继续深入探讨外泌体的作用机制，并致力于开发更为高效的工程化策略，推动外泌体在骨关节炎及其他退行性疾病中的广泛应用。随着技术的不断进步，外泌体有望成为再生医学和精确治疗领域的重要工具，为骨关节炎患者带来更有效的治疗选择和更高的生活质量。
3.2 作者综述区别于他人他篇的特点 相较于其他相关综述，此综述从外泌体的生物学到外泌体在骨关节炎中的诊断、治疗研究进展进行了详细的总结与讨论。在诊断方面，生物体液中的外泌体表现出作为新型生物标志物的巨大潜力。外泌体中所含的miRNA、长链非编码RNA 及蛋白和脂类都可作为生物标志物，诊断骨关节炎的同时还可以评估骨关节炎的病程阶段，可成为骨关节炎早期诊断的良好工具。在治疗方面，文章总结了不同来源外泌体治疗骨关节炎的作用机制、治疗进展及存在问题，还总结了目前能够增强外泌体疗效的策略，包括对细胞的预处理、工程化外泌体以及外泌体的凝胶载体。其中工程化外泌体通过软骨靶向编辑、装载特定药物，可以实现药物靶向运输，极大提升了对于骨关节炎的疗效；混合外泌体通过与聚合物纳米颗粒或脂质体结合，增强外泌体的生物学功能，提高治疗效果。
3.3 综述的局限性 由于细胞外囊泡的亚型分类仍在进一步完善，且目前的分离技术提取出的不是纯外泌体而是细胞外囊泡不同亚型的合集，故许多研究中外泌体亦称为细胞外囊泡，而此综述仅收集了关键词带有外泌体的文献，未对细胞外囊泡作更为系统的总结讨论。此外，由于筛选标准的主观性和多样性，可能存在一定的误差与偏倚。为了尽可能减少这些潜在问题，对检索到的文献进行严格的筛选和评估，在综合考虑文献质量、研究方法和结果可靠性的基础上，归纳总结了最新研究内容和成果。尽管无法完全避免误差和偏倚，希望通过这种方式为读者提供一个全面而准确的研究概况。
3.4 综述的重要意义 此篇综述从外泌体生物学、外泌体对骨关节炎诊断、外泌体对骨关节炎治疗3个方面总结了新近研究进展，希望能给科研人员和临床工作者带来资料参考，更好地服务于基础研究及临床工作。
3.5 课题组专家对未来的建议 外泌体作为研究热点，展现了在多种疾病中的诊断和治疗潜力。关于外泌体的货物装载和分泌机制仍需进一步研究，以帮助开发更精准、高效的药物装载方式。此外，外泌体的细胞来源、提取和保存方法仍有优化空间。未来对工程化外泌体的研究，有望实现特异性药物的装载和运输，为精准医疗提供更有效的载体。
在骨关节炎治疗中，关键在于找到有效的治疗靶点。利用外泌体将药物精准作用于这些靶点，可以大幅提升疗效。为推动这一领域的发展，外泌体研究人员应加强与生物材料工程师、生物学家和临床医生的合作。随着医疗技术的发展以及生物医学与工程技术的紧密结合，外泌体研究将在骨关节炎及其他疾病治疗中带来新的突破。
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3.2 作者综述区别于他人他篇的特点 相较于其他相关综述，此综述从外泌体的生物学到外泌体在骨关节炎中的诊断、治疗研究进展进行了详细的总结与讨论。在诊断方面，生物体液中的外泌体表现出作为新型生物标志物的巨大潜力。外泌体中所含的miRNA、长链非编码RNA 及蛋白和脂类都可作为生物标志物，诊断骨关节炎的同时还可以评估骨关节炎的病程阶段，可成为骨关节炎早期诊断的良好工具。在治疗方面，文章总结了不同来源外泌体治疗骨关节炎的作用机制、治疗进展及存在问题，还总结了目前能够增强外泌体疗效的策略，包括对细胞的预处理、工程化外泌体以及外泌体的凝胶载体。其中工程化外泌体通过软骨靶向编辑、装载特定药物，可以实现药物靶向运输，极大提升了对于骨关节炎的疗效；混合外泌体通过与聚合物纳米颗粒或脂质体结合，增强外泌体的生物学功能，提高治疗效果。
3.3 综述的局限性 由于细胞外囊泡的亚型分类仍在进一步完善，且目前的分离技术提取出的不是纯外泌体而是细胞外囊泡不同亚型的合集，故许多研究中外泌体亦称为细胞外囊泡，而此综述仅收集了关键词带有外泌体的文献，未对细胞外囊泡作更为系统的总结讨论。此外，由于筛选标准的主观性和多样性，可能存在一定的误差与偏倚。为了尽可能减少这些潜在问题，对检索到的文献进行严格的筛选和评估，在综合考虑文献质量、研究方法和结果可靠性的基础上，归纳总结了最新研究内容和成果。尽管无法完全避免误差和偏倚，希望通过这种方式为读者提供一个全面而准确的研究概况。
3.4 综述的重要意义 此篇综述从外泌体生物学、外泌体对骨关节炎诊断、外泌体对骨关节炎治疗3个方面总结了新近研究进展，希望能给科研人员和临床工作者带来资料参考，更好地服务于基础研究及临床工作。
3.5 课题组专家对未来的建议 外泌体作为研究热点，展现了在多种疾病中的诊断和治疗潜力。关于外泌体的货物装载和分泌机制仍需进一步研究，以帮助开发更精准、高效的药物装载方式。此外，外泌体的细胞来源、提取和保存方法仍有优化空间。未来对工程化外泌体的研究，有望实现特异性药物的装载和运输，为精准医疗提供更有效的载体。
在骨关节炎治疗中，关键在于找到有效的治疗靶点。利用外泌体将药物精准作用于这些靶点，可以大幅提升疗效。为推动这一领域的发展，外泌体研究人员应加强与生物材料工程师、生物学家和临床医生的合作。随着医疗技术的发展以及生物医学与工程技术的紧密结合，外泌体研究将在骨关节炎及其他疾病治疗中带来新的突破。
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文题释义：
外泌体：是一种由细胞分泌的直径为30-150 nm膜性小囊泡，来源于多泡体的胞吐过程，广泛存在于血液、尿液等体液中。外泌体携带蛋白、核酸、脂质等活性分子，能参与细胞间通讯、调节免疫反应、传递信号等功能，已被广泛应用于疾病诊断、生物标志物筛选和药物递送等领域，外泌体的稳定性和靶向性使其成为再生医学与肿瘤治疗研究的热点。
骨关节炎：是一种常见的慢性退行性关节疾病，主要表现为关节软骨退化、骨赘形成、滑膜炎症及关节功能障碍，多见于膝、髋、手及脊柱关节，症状包括关节疼痛、僵硬、肿胀和活动受限。骨关节炎的病因与年龄、肥胖、关节损伤及遗传因素相关。
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骨关节炎是一种常见的退行性疾病，当前治疗多集中在缓解症状，缺乏根本治愈方法。近年，间充质干细胞外泌体作为一种新兴的治疗手段，因其多种生物活性和修复功能，逐渐成为骨关节炎研究的热点。研究关注的重点包括外泌体的来源、工程化改造和靶向递送等，结合纳米技术和精准医学，外泌体在骨关节炎治疗中的应用前景广阔。尽管已有较多实验研究，但临床转化仍面临挑战，如何提高外泌体的疗效一致性和安全性是未来研究的关键。本文研究有助于推动外泌体在骨关节炎治疗中的应用。
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