间充质干细胞外泌体调控软骨再生的关键microRNAs的筛选

Cartilage injury can not be repaired by itself, and there is clinically no effective method to regenerate cartilage. Our early study found that exosomes derived from mesenchymal stem cells could promote cartilage regeneration. The new method not only can fully take advantage of the tissue regenerating ability of stem cells, but also can avoid the risk and difficulty of utilizing stem cells. However, it is still not clear how stem cell exosomes regulate the regeneration of cartilage. Studies have shown that microRNAs carried by exosomes may be an important medium for their role in regulating cell regulation. Therefore, we hypothesize that stem cell exosomes may carry microRNAs closely related to cartilage regeneration, and exosomes may promote cartilage regeneration through these microRNAs. The scientific problems to be solved in this project include: 1. Identifying the expression profile of microRNAs in exosomes derived from mesenchymal stem cells; 2. Screening the key microRNAs in exosomes derived from mesenchymal stem cells for the regulation of cartilage regeneration through bioinformatics analysis and series of experiments in vivo and in vitro, to clarify whether the cartilage regenerating effect is due to the transportation of key microRNAs from stem cell exosomes. The successful implementation of this project is of great significance for the deep exploration of the new technology of stem cells to repair cartilage injuries.

软骨损伤后无法自行修复，目前临床上尚无有效方法再生软骨。我们的前期研究发现间充质干细胞分泌的外泌体具有促进软骨再生的生物学功能，该方法在充分发挥干细胞组织再生能力的同时，避开了干细胞直接移植的风险和难点。然而目前尚不清楚干细胞外泌体是如何调控软骨的再生修复。有研究显示，外泌体携带的microRNAs可能是其发挥细胞间调控作用的重要介质。据此，我们推测干细胞外泌体可能携带有与软骨再生密切相关的microRNAs，并可能通过这些microRNAs促进软骨的再生修复。本课题拟解决的科学问题包括：1、明确间充质干细胞外泌体的microRNAs表达谱；2、通过生物信息学分析和系列体内外实验筛选调控软骨再生修复的关键microRNAs，阐明干细胞外泌体是否通过转运关键microRNAs调控软骨再生。该课题的顺利实施对于深入探索干细胞外泌体新技术修复软骨损伤具有重要意义。

软骨损伤后无法自行修复，目前临床上尚无有效方法再生软骨。我们的前期研究发现间充质干细胞分泌的外泌体具有促进软骨再生的生物学功能，但对其调控机制并不清楚。有研究显示，外泌体携带的microRNAs可能是其发挥细胞间调控作用的重要介质。据此，我们推测干细胞外泌体可能携带有与软骨再生密切相关的microRNAs，并可能通过这些microRNAs促进软骨的再生修复。本课题对比不同来源的干细胞对软骨细胞活性和特异性表型维持的影响，明确了骨髓间充质干细胞和尿液干细胞（BMSCs, USCs）对软骨细胞的代谢具有更强的促进作用。我们提取了两种干细胞分泌的外泌体（BMSC-Exos, USC-Exos），证实两种外泌体具有与干细胞同样的软骨细胞促进作用。我们将两种外泌体作用于软骨细胞，检测该软骨细胞的microRNAs表达谱变化情况，结合过生物信息学分析发现与软骨代谢相关的miRNA-199-5p出现了明显上调，通过体外实验探明该miRNA通过THRAP3通路增强了软骨细胞活性、抑制凋亡、维持特异性表型。我们制造了小鼠膝关节骨软骨磨损动物模型，通过关节注射的方法将USC-Exos定期注射到关节内，检测结果发现USC-Exos具有明显的软骨修复效果，提取修复组织进行蛋白和基因检测，结果显示修复组织高表达miRNA-199-5p及THRAP3通路相关蛋白。该结果进一步证实USC-Exos可以通过上调miRNA-199-5p，调控THRAP3通路，来进行软骨组织修复。本课题阐明了干细胞外泌体调控软骨再生的分子生物学机制，对于深入探索干细胞外泌体新技术修复软骨损伤具有重要意义。