近日，华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科杨操教授团队于国际高水平杂志《Biomaterials》（2019年IF=10.317）上发表最新研究论文“Metformin facilitates mesenchymal stem cell-derived extracellular nanovesicles release and optimizes therapeutic efficacy in intervertebral disc degeneration”，该研究发现：二甲双胍可促进间充质干细胞的小细胞外囊泡释放增多，同时也提高了囊泡内调节细胞增殖的蛋白水平，可优化细胞外囊泡在椎间盘再生修复中的应用效果。

椎间盘退变（intervertebral disc degeneration， IDD）是引起下腰痛的主要原因，开发IDD的有效治疗措施是椎间盘研究中的焦点。干细胞治疗是实现组织修复的重要手段之一，目前已运用于修复心肌梗死、脊髓损伤和骨关节炎等的研究当中。其中，小细胞外囊泡（small extracellular vesicles， small EVs）是干细胞产生的纳米型囊泡，在组织修复和再生中起重要作用，可作为干细胞治疗的有效替代手段。纳米型EVs是细胞产生的天然性囊泡，为大小50-200 nm的双层膜结构，内含重要的RNA、蛋白及脂质分子，参与细胞间信息交流及细胞功能的调控。EVs用于组织修复治疗中存在着产量低、质量不稳定等问题，如何提高EVs的产量及稳定性是优化干细胞囊泡治疗的关键问题。

本研究中，主要关注干细胞EVs的“量”与“质”的变化。在“量”上，课题组成员发现二甲双胍处理后的间充质干细胞（mesenchymal stem cells， MSCs）可释放更多的囊泡成分（直径100nm左右），囊泡标志物蛋白水平检测、透射电镜及粒径分析结果表明：二甲双胍处理后的MSCs释放更多数量的纳米级别囊泡，且该效应与MSCs内自噬活性水平改变有关。进一步研究发现，二甲双胍激活MSCs自噬活性，促进细胞内外的囊泡样结构增多；抑制自噬活性后，该效应亦同时受到抑制。通过对参与转运的关键蛋白进行筛选，发现SNAP29蛋白在介导MSCs内囊泡生成及转运中发挥了重要作用。在明确二甲双胍对干细胞EVs“量”的影响后，进一步关注EVs“质”的变化。EVs的蛋白组学分析发现：二甲双胍处理后的MSCs来源EVs（M-EVs）与正常组EVs（C-EVs）相比，M-EVs中与细胞增殖相关的蛋白水平增高，这也解释了M-EVs在逆转髓核细胞衰老中的更佳效果。另一方面，构建大鼠尾椎的椎间盘退变模型，对比M-EVs及C-EVs在延缓椎间盘退变中的体内治疗效果。综上，本研究发现二甲双胍可提升干细胞EVs的“质”与“量”水平，由此提示二甲双胍在干细胞囊泡治疗中的应用潜能，也为椎间盘再生修复提供了新的思路。

华中科技大学同济医学院附属协和医院杨操教授和华文彬医师为文章的通讯作者，课题组成员廖志伟博士、李帅医师为本文的共同第一作者。

课题组专家介绍：杨操教授，华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科副主任，二级教授，主任医师，博士生导师，医学博士，美国哈佛大学博士后，美国斯坦福大学访问助理教授，国家重点研发计划首席科学家，教育部新世纪优秀人才。现任中华医学会骨科分会青年委员，中华医学会骨科分会微创学组委员，中国康复医学会脊柱脊髓损伤专业委员会青年委员，国际内固定学会（AO）会员，湖北省骨科学会脊柱组副组长，中国骨与关节损伤杂志编委，中华现代中西医杂志编委，国家自然科学基金评审专家，以及多家国际知名期刊的受邀审稿专家。杨操教授带领的课题组在椎间盘退变机制和再生修复，以及组织工程领域开展了大量的研究工作，并积极探索外泌体、壳聚糖、石墨烯、 聚醚醚酮、钛金属等相关生物材料在椎间盘、软骨及骨组织再生修复工程中的应用，获得 1 项国家重点研发计划及 17 项国家自然科学基金项目， 在 Materials Today（ IF=26.416， Q1）、Biomaterials （ IF=10.317, Q1）、 Science advances （ IF=13.116, Q1）、Redox Biology（ IF=9.986， Q1）、 Theranostics（ IF=8.579， Q1）、 ACS Applied Materials & Interfaces（IF=8.758， Q1）等国际知名期刊发表 SCI 论文 100 余篇，并获得国家专利 30 余项。（骨科）

文章链接：

Zhiwei Liao#, Shuai Li#, Saideng Lu, Hui Liu, Gaocai Li, Liang Ma, Rongjin Luo, Wencan Ke, Bingjin Wang, Qian Xiang, Yu Song, Xiaobo Feng, Yukun Zhang, Xinghuo Wu, Wenbin Hua*, Cao Yang*, Metformin facilitates mesenchymal stem cell-derived extracellular nanovesicles release and optimizes therapeutic efficacy in intervertebral disc degeneration, Biomaterials, 2021, 120850, ISSN 0142-9612.

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120850.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221002064)