骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療股骨頭壞死的研究進(jìn)展

尹西盟鄭偉作者單位：.0044 沈陽(yáng)，沈陽(yáng)市骨科醫(yī)院脊柱外科；.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院腫瘤內(nèi)科

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骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療股骨頭壞死的研究進(jìn)展

尹西盟1鄭偉2
作者單位：1.110044 沈陽(yáng)，沈陽(yáng)市骨科醫(yī)院脊柱外科；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院腫瘤內(nèi)科

【摘要】骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞多向分化潛能良好，增殖力強(qiáng)，在股骨頭壞死治療中受到越來越多研究者的關(guān)注。文章對(duì)股骨頭壞死病理生理過程及干細(xì)胞治療方法進(jìn)行綜述，以期尋找新的可早期有效治療股骨頭壞死的策略。

【關(guān)鍵詞】股骨頭壞死；干細(xì)胞治療；研究進(jìn)展；骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

股骨頭壞死（ONFH）是骨科常見疾病，病人預(yù)后多不佳，是一種致殘性疾病。臨床病例中以創(chuàng)傷性、激素性和酒精性股骨頭壞死最為多見[1]。ONFH發(fā)病機(jī)理尚未完全闡明，給治療帶來很大難度，目前，股骨頭壞死的治療仍是當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亟待解決的難題之一。臨床上常用的治療方法主要以組織工程技術(shù)為主，如最常見的人工關(guān)節(jié)置換、生物材料支架、植骨植入等[2]，但中青年的人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后長(zhǎng)期療效仍難預(yù)測(cè)。基于此，尋找一種保留股骨頭、進(jìn)行壞死修復(fù)的治療方法迫在眉睫。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BM-MSCs）具有良好的多向性分化能力、增殖力強(qiáng)、體外易于培養(yǎng)等特性，較多地應(yīng)用于股骨頭壞死治療，應(yīng)用前景廣闊，取得許多重大進(jìn)展，本文就BM-MSCs在ONFH中的應(yīng)用研究綜述如下。

1 股骨頭壞死的病因及發(fā)病機(jī)制

股骨頭壞死ONFH是環(huán)境和多種因素共同作用引發(fā)的股骨頭血供減少、骨力學(xué)強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致股骨頭塌陷和髖關(guān)節(jié)功能障礙[3]。該病好發(fā)于中青年，常累及雙側(cè)髖關(guān)節(jié)，加之此部分人群活動(dòng)量相對(duì)較大，病情進(jìn)展情況較快。目前，我國(guó)需要接受治療的ONFH病人近800萬，若無法早期采取有效的治療措施，80%的病人在5年內(nèi)將出現(xiàn)關(guān)節(jié)功能嚴(yán)重受累[4]。

ONFH臨床癥狀主要表現(xiàn)為腹股溝區(qū)疼痛，多位于深部，于運(yùn)動(dòng)時(shí)加劇。臨床表現(xiàn)多呈現(xiàn)隱匿性，患病很長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)癥狀，起始癥狀并不典型，多誤診為椎間盤突出或坐骨神經(jīng)痛。病程進(jìn)展后出現(xiàn)明顯髖部疼痛、行動(dòng)受限時(shí)，關(guān)節(jié)損傷多發(fā)展到不可逆期，錯(cuò)失了最佳治療時(shí)機(jī)[5]。因此，明確患病因素、注意早期癥狀、早期診斷并治療，是決定良好預(yù)后的關(guān)鍵。ONFH已知的病因和危險(xiǎn)因素包括：①骨折、脫位或燒傷、血管創(chuàng)傷等各種創(chuàng)傷；②蛋白C、蛋白S缺乏，活化蛋白C抵抗、纖維溶解酶原激活物缺乏等非創(chuàng)傷性骨壞死；③繼發(fā)性高凝血癥，如酒精中毒、妊娠、高脂血癥、膠原病、雷諾病或糖尿病等；④血液病，如血友病、紅細(xì)胞增多癥等；⑤代謝?。虎尴到y(tǒng)疾病，如胰腺炎、克羅恩??；⑦其他因素，如吸煙或放射性接觸等。

微循環(huán)障礙是共同的病理機(jī)制，微循環(huán)損害誘發(fā)骨細(xì)胞、骨髓組織壞死、骨髓間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化能力下降，破骨細(xì)胞對(duì)骨小梁吸收能力增強(qiáng)導(dǎo)致骨小梁稀疏[6]。①血管病變：動(dòng)、靜脈或毛細(xì)血管循環(huán)障礙，抗原抗體復(fù)合物在血管壁沉積誘發(fā)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致阻塞性炎癥；脂肪、鐮狀細(xì)胞或氮?dú)鈿馀菘梢鹧芩ㄈ?；高凝狀態(tài)下可引起微血管內(nèi)凝血；骨髓內(nèi)壓力升高可引起靜脈回流受阻；骨髓內(nèi)脂類堆積導(dǎo)致髓內(nèi)壓升高，股骨頭血供減少出現(xiàn)缺血、缺氧。②骨生物力學(xué)強(qiáng)度下降：成骨細(xì)胞功能減退和破骨細(xì)胞功能激活，過度骨質(zhì)疏松、軟骨微骨折使骨生物學(xué)強(qiáng)度降低，進(jìn)一步增加了骨髓腔內(nèi)壓力。③關(guān)節(jié)腔壓力增高：關(guān)節(jié)外傷、炎癥及關(guān)節(jié)囊內(nèi)出血可引發(fā)關(guān)節(jié)腔內(nèi)積液，增加關(guān)節(jié)腔內(nèi)壓力，壓迫關(guān)節(jié)囊基底部血管，影響股骨頭血液供應(yīng)，導(dǎo)致缺血和缺氧。

各種病因最終導(dǎo)致股骨頭血運(yùn)減少、成骨細(xì)胞分化率下降、股骨頭壞死修復(fù)減弱、骨小梁結(jié)構(gòu)破壞。研究發(fā)現(xiàn)，激素性股骨頭壞死早期血清脂類水平增高，說明高脂血癥導(dǎo)致股骨頭微小動(dòng)脈內(nèi)脂肪栓子形成，出現(xiàn)缺血性壞死；激素和乙醇可減少成骨基因和蛋白的表達(dá)，增加脂肪形成相關(guān)基因及蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致骨髓內(nèi)脂肪細(xì)胞增生，骨髓腔內(nèi)脂肪堆積導(dǎo)致骨內(nèi)壓升高，髓內(nèi)血流的減少加重股骨頭缺血；大劑量皮質(zhì)激素治療，可明顯抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白的表達(dá)，降低成骨細(xì)胞成骨能力[7-8]。

2 股骨頭壞死的治療

2.1 非手術(shù)治療 積極治療原發(fā)病，減少或避免負(fù)重，去除激素、乙醇等外源性致病因素，促進(jìn)股骨頭自身修復(fù)。非手術(shù)治療適用于青少年病人和早期病人，受累或損失范圍越小，治療效果越好，治療目標(biāo)是修復(fù)股骨頭血運(yùn)、促進(jìn)壞死骨修復(fù)。治療期間使用拐杖保護(hù)或臥床休息，早期病人可輔助應(yīng)用血管活性藥物、降脂抗凝藥物等。研究顯示[9]，應(yīng)用抑制破骨細(xì)胞活性或抗骨質(zhì)疏松類藥物治療激素或乙醇因素引起的ONFH具有一定療效。此外，還可采用電刺激療法、體外沖擊波療法，刺激血管再生、誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)、改變組織結(jié)構(gòu)及重建骨骼。高壓氧作為一種無創(chuàng)手段，與其他治療方法相結(jié)合，可提高治療效果。

2.2 姑息性手術(shù)治療 常見術(shù)式包括股骨頭成形術(shù)、髓芯減壓術(shù)、植骨術(shù)、股骨頭表面置換術(shù)等。但是，姑息性手術(shù)具有無法防止廣泛壞死的股骨頭塌陷、遠(yuǎn)期效果不佳等缺點(diǎn)。

2.3 人工髖關(guān)節(jié)成形術(shù)（THA） 對(duì)于晚期且伴發(fā)股骨頭塌陷和繼發(fā)骨性關(guān)節(jié)炎的病人，THA是緩解癥狀和恢復(fù)關(guān)節(jié)功能的唯一有效治療方法。隨著骨水泥型、生物型及混合型置換假體的進(jìn)步，手術(shù)技術(shù)的成熟，THA手術(shù)的適應(yīng)證逐漸擴(kuò)大，近95%的病人假體生存＞12年[10]，晚期病人的最佳治療方法為生物型假體置換。

3 BM-MSCs的生物學(xué)特性

BM-MSCs又稱脊髓基質(zhì)干細(xì)胞或間充質(zhì)祖細(xì)胞，是一類具有多向分化能力的非造血干細(xì)胞。因其獲取方法簡(jiǎn)單、易于培養(yǎng)傳代及轉(zhuǎn)染穩(wěn)定表達(dá)外源基因，是臨床治療中理想的細(xì)胞工程靶細(xì)胞。20世紀(jì)70年代，研究者才開始認(rèn)識(shí)到BMMSCs[11]。BM-MSCs具有多向分化潛能，特定培養(yǎng)環(huán)境下增殖分化速度較快，分化方向與培養(yǎng)條件具有相關(guān)性[12]。BM-MSCs可表達(dá)多種基因，在骨折愈合修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。

健康個(gè)體骨髓中BM-MSCs含量較少，細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，體外環(huán)境下的BM-MSCs體積較大，呈梭形，少數(shù)細(xì)胞處于活躍復(fù)制期，大多數(shù)細(xì)胞在G0/G1期，多次傳代后，細(xì)胞仍可保留多向潛能。在不同的培養(yǎng)條件下，BM-MSCs可分化為成纖維細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞等，還有分化為其他組織的潛能。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，移植自體或同種異體BM-MSCs，受體移植排斥反應(yīng)較小，耐受性良好?？赡芘cBM-MSCs免疫抑制特性有關(guān)，其具備低免疫原性和較低的抗原遞呈能力，這種特性有利于移植的成功。BMMSCs免疫調(diào)節(jié)機(jī)制可能包括：①抑制T細(xì)胞增殖；②上調(diào)抑制性T細(xì)胞CD8+和CD28-；③抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞，逃避T細(xì)胞和NK細(xì)胞的識(shí)別[13]。

4 BM-MSCs與股骨頭壞死

隨著研究的深入，近年來對(duì)ONFH的具體發(fā)病機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)，許多研究結(jié)果顯示，凋亡在ONFH發(fā)生發(fā)展過程中也起到了重要作用，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的復(fù)制能力與ONFH相關(guān)[14]。MSCs成骨和脂肪分化能力改變與ONFH的病理機(jī)制有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)[15]，激素性O(shè)NFH，骨髓脂類堆積、髓腔壓力增大是重要的病理過程，可能與MSCs向脂肪分化，導(dǎo)致MSCs的脂肪分化能力提高，ONFH早期脂肪細(xì)胞增多有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，MSCs脂肪細(xì)胞分化與成骨細(xì)胞分化能力呈負(fù)相關(guān)，激素的干預(yù)可增強(qiáng)脂肪細(xì)胞的分化能力。研究顯示[16]，激素誘導(dǎo)下脂肪生成增多、ONFH進(jìn)展加快，細(xì)胞學(xué)和mRNA檢測(cè)均可證實(shí)脂肪表達(dá)增多。

BM-MSCs對(duì)ONFH的治療包括骨髓細(xì)胞移植、轉(zhuǎn)基因MSCs移植及MSCs與相關(guān)生物活性物質(zhì)共移植[17]。具體術(shù)式有髓芯減壓結(jié)合多種骨髓移植術(shù)，骨髓包含成骨前體細(xì)胞（如MSCs），移植入壞死區(qū)域可起到治療效果，而且髓芯減壓能顯著緩解髓腔高壓癥狀，改善血流供應(yīng)，減壓通道可供BM-MSCs植入，修復(fù)壞死區(qū)，便于新骨生成，替代壞死骨組織[18]。

近年來，基因轉(zhuǎn)染技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，有研究者采用基因轉(zhuǎn)染和介入方法移植BM-MSCs，應(yīng)用不同的載體材料將目標(biāo)基因和BM-MSCs植入壞死區(qū)[19-20]。介入移植治療避免了傳統(tǒng)手術(shù)的開放性損傷，創(chuàng)傷更小，安全性高，是早期ONFH的治療新方案。

5 小結(jié)與展望

間充質(zhì)干細(xì)胞治療ONFH具有較好的前期基礎(chǔ)與廣闊的應(yīng)用前景，但缺少長(zhǎng)期穩(wěn)定的隨訪數(shù)據(jù)，細(xì)胞及基因相關(guān)診療技術(shù)也存在爭(zhēng)議，因此，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)和臨床實(shí)驗(yàn)及轉(zhuǎn)化研究，為新的治療策略提供理論基礎(chǔ)。

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臨床經(jīng)驗(yàn)薈萃

收稿日期：（2016-01-15）

【文章編號(hào)】1672-7185（2016）02-0032-03

doi:10.3969/j.issn.1672-7185.2016.02.016

【中圖分類號(hào)】R681.8

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A