大腦支配着身體的大部分生理功能，從複雜的認知、學習和記憶，到基礎體溫、心率和呼吸的調節。創傷性腦損傷（TBI）是最嚴重的創傷性損傷之一，是導致死亡和殘疾的主要原因之一。臨床研究發現，顱腦損傷合併骨折患者相較於單純骨折患者，其骨痂生長更多、更快，骨折癒合時間更短，但機制不明。
最近，來自南方醫科大學的白曉春教授和宋千成教授團隊合作，發現TBI患者和大鼠的血漿小細胞外囊泡（sEV）比可溶性因子更具成骨潛能。損傷的神經元會產生攜帶成骨miRNA的sEV，從而靶向骨祖細胞促進成骨。同時，攜帶含有miRNA sEV的水凝膠可有效促進骨組織修復。
首先，作者通過臨床骨折病人及大鼠股骨遠端骨損傷模型進行了驗證，結果發現，相比於單純的骨損傷組，TBI聯合骨損傷組具有較好的骨修復效果。
為了探究TBI促進骨形成的機制，作者通過比較健康和TBI病人及老鼠的血漿發現，TBI後的血漿具有良好的促成骨作用。接着，作者將血漿分為可溶和不溶兩種組分以篩查TBI刺激成骨的因子，結果發現，TBI患者和大鼠的sEV比可溶性因子更具成骨潛能。不僅如此，作者通過靜脈注射的方式將抑制sEV分泌的GW4869注入股骨遠端損傷的大鼠體內，結果發現，注射GW4869後的大鼠分泌sEV的量及骨修復作用顯著降低。
接下來，作者通過miRNA測序及蛋白質組學分析探究TBI衍生的sEV是如何促進成骨及骨修復的。經驗證，miR-328a-3p和miR-150-5p可有效促進MC3T3-E1和大鼠BMSC成骨分化。有趣的是，TBI病人的sEV中，miR-328a-3p和miR-150-5p也是顯著升高的。
作者使用PicTar and TargetScan尋找miR-328a-3p和miR-150-5p的作用靶點，最終發現，miR-328a-3p可抑制FOXO43′UTRs，而miR-150-5p可顯著抑制CBL 3′UTRs，為了驗證這些靶點基因在骨組織修復中是否有關聯，作者通過大鼠股骨遠端損傷模型發現，相比於骨損傷組，TBI聯合骨損傷組中FOXO4和CBL表達水平下降，不僅如此，細胞轉染miR-328a-3p或miR-150-5p後，MC3T3-E1胞內FOXO4或CBL蛋白水平下降，而抑制miR-328a-3p或miR-150-5p後，MC3T3-E1胞內FOXO4或CBL蛋白水平上升，從而表明FOXO4和CBL參與了TBI刺激的骨損傷修復。
接下來，作者對TBI後成骨的sEV來源進行了探究，結果發現，在大鼠的腦損傷部位，尤其是TBI後海馬體的CA1和DG區，miR-328a-3p的表達明顯上升。重要的是，TBI後CD63在老鼠腦組織中表達上升，而多數CD63在微管相關蛋白2（MAP2）陽性的組織中表達，尤其是海馬體的DG區，表明sEV來源於受損的神經元，且可靶向骨及骨祖細胞。
那麼，sEV是如何靶向骨組織的呢？作者猜測，sEV表面或胞膜上的蛋白會提高sEV與骨組織的粘附性。於是，通過蛋白組學分析發現，TBI後的sEV中蛋白纖連蛋白1（FN1）是健康組織的1.32倍，進一步的實驗均表明FN1可引導sEV靶向骨組織。
最後，作者將具有miR-328a-3p的sEV裝載入甲基丙烯酸酯乙二醇殼聚糖水凝膠中，結果發現，其具有良好的體外促成骨及體內成骨修復性能。
本研究由南方醫科大學的白曉春教授和宋千成教授團隊合作完成，並於2021年10月15日在線發表於Nature Communications。
供稿：李家穎
審校：劉昭
編輯：孟慶琛
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