联合应用软骨再生支架与突变型HIF-1α修饰BMSCs分泌的外泌体对晚期软骨缺损修复的促进作用

目的:探讨突变型低氧诱导因子1α(HIF-1α)修饰骨髓间充质干细胞(BMSCs)分泌的外泌体对软骨细胞的保护作用,阐明其联合软骨再生支架促进晚期软骨缺损修复的可能机制。方法:采用超速离心法从野生型HIF-1α和突变型HIF-1α修饰的BMSCs中分别提取外泌体(BMSCs-ExoWT与BMSCs-ExoMU),同时对其进行鉴定。在体外,采用白细胞介素1β(IL-1β)诱导软骨细胞发生炎症反应,分别将等量PBS、BMSCs-ExoWT(80mg·L-1)和BMSCs-ExoMU(80mg·L-1)分别与炎症反应下的软骨细胞共培养,实验分为空白组、炎症组、BMSCs-ExoWT组和BMSCs-ExoMU组,利用Hoechst33342染色检测各组软骨细胞凋亡小体数目;应用Western blotting法检测各组软骨细胞中AKT/p-AKT、ERK/p-ERK和p38/p-p38表达水平。12只新西兰兔随机分为4组,建立兔膝关节软骨缺损模型,分别将等量的生理盐水、支架+生理盐水、支架+BMSCs-ExoWT和支架+BMSCs-ExoMU作用于4组兔软骨缺损处。术后6周取材,通过大体观察、苏木素-伊红(HE)染色和蕃红O-固绿染色观察和比较各组软骨缺损的修复效果。结果:成功提取并鉴定BMSCs-ExoWT与BMSCs-ExoMU,电镜观察外泌体形态为近圆形,直径为40～100nm;Western blotting法显示两者分别表达特异性蛋白CD63和CD81。在体外实验中,炎症环境下BMSCs-ExoMU组软骨细胞凋亡小体数目低于炎症组和BMSCs-ExoWT组(P<0.01);Western blotting法,BMSCs-ExoMU组和BMSCs-ExoWT组软骨细胞中p-ERK1和p-ERK2水平低于炎症组(P<0.05),p-AKT和p-p38水平高于炎症组(P<0.05);且BMSCs-ExoMU的作用强于BMSCs-ExoWT(P<0.05)。在兔膝关节晚期软骨缺损模型中,支架+BMSCs-ExoMU组缺损处修复效果优于空白组、支架组和支架+BMSCs-ExoWT组。结论:软骨支架与BMSCs-ExoMU共同作用于软骨缺损处可促进缺损修复。