肌腱干细胞来源的外泌体通过传递microRNA促进损伤肌腱的修复

Tendon injuries are common and present a clinical challenge to orthopedic surgery mainly because these injuries often respond poorly to treatment and require prolonged rehabilitation. Exosomes derived from various cells have proven to be able to promote tissue repair. The aims of this study are to determine whether exosomes derived from tendon-derived stem cells (TDSCs) promote tendon repair and to explore the underlying mechanism. We have isolated and identified TDSC-derived exosomes. First, we plan to identify the effects of exosomes on tenocytes and TDSCs. We found that exosomes could promote proliferation and migration of tenocytes and TDSCs. Exosomes could also protect tenocytes and TDSCs against serum deprivation and oxidative stress. We will determine if exosomes can induce the tenogenesis of TDSCs and promote the secretion of collagen in tenocytes. Second, we plan to determine if exosomes can promote tendon repair in a rat patellar tendon window defect model. Third, we will explore the underlying mechanism by studying the microRNAs in exosomes derived from TDSCs.

肌腱损伤是运动医学领域常见的疾病，但是目前的治疗方法均不能达到理想的效果。近年来逐渐有研究证实各种细胞来源的外泌体可以起到促进组织修复的作用。本课题旨在验证肌腱干细胞来源的外泌体是否可以促进损伤肌腱的修复，并探究其分子机制。本项目组首次分离得到肌腱干细胞来源的外泌体，并对其进行了鉴定。（1）首先，我们从细胞水平验证外泌体对肌腱细胞及肌腱干细胞的作用，发现外泌体可以促进同种异体来源的肌腱细胞和TDSC的增殖，保护细胞免受营养供给不足及氧化应激的影响，并且可以促进细胞的迁移。除此之外，我们还计划进一步验证外泌体是否可以促进TDSC向成肌腱方向分化，以及是否可以促进肌腱细胞分泌细胞外基质，从而为外泌体修复肌腱提供更多细胞水平的证据。（2）随后，我们拟通过建立大鼠髌腱缺损模型，明确外泌体修复肌腱损伤的效果。（3）最后，通过研究外泌体内microRNA的功能，深入探究其促进肌腱修复的分子机制。

目的：肌腱损伤是运动医学领域常见疾病，干细胞治疗已被证实可以修复损伤的肌腱，但是细胞治疗存在局限性，例如潜在成瘤、医源性感染、运输储存不便、临床使用限制较多等。近年来逐渐有研究证实各种细胞分泌的外泌体可以代替细胞起到促进组织修复的作用。外泌体是由细胞分泌的囊泡样物质，直径在30-100nm，其内部含有蛋白质、DNA、mRNA、miRNA等多种物质，被靶细胞摄入后可以起到调节细胞功能的作用。本课题旨在验证肌腱干细胞（TDSC）来源的外泌体是否可以促进损伤肌腱的修复。.方法：从大鼠髌腱组织中分离培养TDSC，并在其上清中提取外泌体（TDSC-Exo），通过扫描电镜、粒径大小分布测定及western blot予以鉴定。体外实验部分主要探究了TDSC-Exo对肌腱细胞在增殖、迁移、细胞保护、合成胶原及肌腱特异标志物表达等方面的影响。为了在体内验证TDSC-Exo的肌腱修复效果，我们制备了载有TDSC-Exo的光固化透明质酸胶体（pHA-TDSC-Exos），并使用其治疗大鼠髌腱缺损模型。为了探究机制，我们通过进行RNA测序及生信分析明确了在TDSC-Exo中高表达的miRNA，并且预测了其靶基因。miR-144-3p被发现在TDSC-Exo中富集，其预测的靶基因（ARID1A）也被双荧光素酶实验所证实。为了进一步探究miR-144-3p及其靶基因ARID1A在TDSC-Exo修复肌腱损伤中的作用，我们将miRNA mimic和inhibitor转染至肌腱细胞以明确其对细胞增殖和迁移的影响。.结果：我们对分离得到的TDSC-Exo进行了鉴定，证实了所得到的外泌体的可靠性。我们首先从细胞水平验证外泌体对肌腱细胞的影响，发现外泌体可以促进肌腱细胞的增殖和迁移，保护细胞免受营养供给不足及氧化应激的影响，并且可以促进肌腱细胞合成胶原及表达肌腱组织特异性标志物。随后，我们建立了大鼠髌腱缺损模型，并运用外泌体治疗缺损的髌腱。通过组织学及生物力学分析发现，外泌体可以促进损伤肌腱的修复。在机制方面，我们发现miR-144-3p在TDSC-Exo中富集，并且可以通过与ARID1A结合促进肌腱细胞的增殖和迁移。.结论：TDSC-Exo通过传递miR-144-3p促进肌腱细胞的增殖和迁移，从而起到促进损伤肌腱修复的效果。因此，TDSC-Exo可以作为治疗肌腱损伤的潜在工具，具有一定的应用前景。