脂肪源性干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎研究進(jìn)展

杜轄東 王萬春

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是最常見的關(guān)節(jié)退行性病變，隨著我國人口老齡化加劇，OA已逐步成為嚴(yán)重的醫(yī)療衛(wèi)生問題。研究顯示，中國40歲以上中老年人膝關(guān)節(jié)OA總患病率高達(dá)17.0%，其中男性12.3%,女性22.2%[1-3]。目前OA的確切發(fā)病機(jī)制暫不明確，可能與遺傳、年齡、肥胖有關(guān)，但不論原發(fā)性或繼發(fā)性O(shè)A，都是以關(guān)節(jié)軟骨、軟骨周圍組織、細(xì)胞基質(zhì)、軟骨下骨合成與降解失衡為病理基礎(chǔ)，主要包括以下幾個方面：①軟骨細(xì)胞凋亡；②細(xì)胞基質(zhì)蛋白酶降解；③多種細(xì)胞因子失平衡，如轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β等抑制軟骨細(xì)胞成熟的細(xì)胞因子被激活，或胰島素樣生長因子(IGF)等促進(jìn)軟骨再生與重塑的細(xì)胞因子缺失，進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨退變、缺失，隨著疾病進(jìn)展，由于關(guān)節(jié)軟骨缺失和缺失軟骨表面纖維化，關(guān)節(jié)軟骨下骨外露，關(guān)節(jié)兩端骨骼直接摩擦引發(fā)關(guān)節(jié)疼痛，摩擦刺激導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，繼而出現(xiàn)關(guān)節(jié)粘連、僵硬、變形，進(jìn)一步使疼痛加重，引發(fā)關(guān)節(jié)強(qiáng)直。

近年來，隨著組織工程及再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，脂肪源性干細(xì)胞(ADSC)具有促進(jìn)軟骨修復(fù)的作用，成為治療軟骨缺損與關(guān)節(jié)退行性變的新方向。脂肪干細(xì)胞不僅具有取材方便、對患者創(chuàng)傷小、分化能力好、不易凋亡等特點(diǎn)，而且能促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨增殖與分化。本文對ADSC治療OA研究進(jìn)展作一綜述。

1 ADSC來源

ADSC是從脂肪組織的血管基質(zhì)成分(SVF)中經(jīng)膠原酶消化離心得到的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)，它位于脂肪組織內(nèi)大血管的毛細(xì)血管和血管外膜中，在形態(tài)和分化潛能上與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)有共同特點(diǎn)。Im[4]研究發(fā)現(xiàn)，與BMSC相比，ADSC具有在培養(yǎng)液中增殖較快、分化能力強(qiáng)、不易凋亡等特點(diǎn)，且在特定環(huán)境及組織條件誘導(dǎo)下，可分化成為軟骨細(xì)胞、骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，理論上可用于治療多種疾病如OA、心肌缺血、神經(jīng)系統(tǒng)損傷等。

ADSC來源十分廣泛，目前絕大多數(shù)ADSC是通過脂肪抽吸術(shù)或脂肪切除術(shù)并經(jīng)過膠原酶消化、離心分離得到，1 g脂肪經(jīng)分離約可得到1.0×106個ADSC。國外較經(jīng)典的ADSC獲得方法來源于匹茲堡大學(xué)ADSC中心，將抽脂術(shù)或術(shù)中切除的廢棄脂肪組織通過膠原酶酶解，再通過離心器離心，棄上層脂肪細(xì)胞，用尼龍網(wǎng)過濾下層細(xì)胞，在特定培養(yǎng)基上培養(yǎng)、孵育，最后用磷酸鹽緩沖溶液(PBS)洗滌殘留的非黏附紅細(xì)胞，即可得到ADSC[5-6]。Housman等[7]研究認(rèn)為，脂肪抽吸術(shù)不良事件發(fā)生率僅為0.068%，較為安全；相對于抽取骨髓獲得BMSC等途徑，通過脂肪組織獲得ADSC較簡便且創(chuàng)傷小，可作為組織工程ADSC的主要來源。

2 ADSC治療OA的機(jī)制

van Pham等[8]研究表明，從脂肪抽吸術(shù)或手術(shù)切除的脂肪組織中獲得的ADSC可以在特定條件下表達(dá)與軟骨細(xì)胞信號通路結(jié)合的基因和基質(zhì)標(biāo)記物。體外試驗(yàn)也證實(shí)，ADSC有軟骨形成作用，提示ADSC具有CD73、CD90、CD105等細(xì)胞分化為軟骨所必需的表面標(biāo)記物[9]。ADSC在增殖分化時可分泌多種細(xì)胞因子如TGF-β[10]、神經(jīng)生長因子(NGF)[11]、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)[12]、肝細(xì)胞生長因子(HGF)等，這些細(xì)胞因子可促進(jìn)軟骨細(xì)胞分化、成軟骨細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)、軟骨細(xì)胞增殖，起到促進(jìn)軟骨再生與修復(fù)的作用。同時，ADSC對軟骨細(xì)胞也有旁分泌作用，不僅能夠調(diào)節(jié)相關(guān)T細(xì)胞增殖，降低炎癥標(biāo)志物，減輕炎癥反應(yīng)，改善臨床癥狀，而且還能促進(jìn)血管生成與組織存活[13]。目前雖然ADSC治療OA機(jī)制尚未完全闡明，但其促進(jìn)軟骨分化與再生的作用已得到肯定。

3 ADSC治療OA的應(yīng)用

Schiavone-Panni等[14]對52例早期膝關(guān)節(jié)OA患者行關(guān)節(jié)鏡下清理關(guān)節(jié)腔后進(jìn)行自體ADSC關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射，平均隨訪15.3個月，通過國際膝關(guān)節(jié)協(xié)會(IKS)評分和疼痛視覺模擬評分(VAS)對患者進(jìn)行評估，結(jié)果顯示平均IKS評分從術(shù)前57.2分提高到近期隨訪83.0分(P<0.01)，平均VAS評分從術(shù)前8.5分下降到近期隨訪5.1分(P<0.01)，尤其對于術(shù)前VAS評分較高的患者療效更明顯。Lee等[15]將24例早期膝關(guān)節(jié)OA患者隨機(jī)分為兩組，每組各12例，實(shí)驗(yàn)組予以關(guān)節(jié)腔注射自體ADSC，對照組予以注射相同劑量生理鹽水，隨訪6個月，并應(yīng)用MRI檢查對注射后軟骨缺損變化進(jìn)行評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組膝關(guān)節(jié)美國西部Ontario和McMaster大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)(WOMAC)評分明顯提高，6個月時對照組WOMAC評分無明顯變化，且實(shí)驗(yàn)組關(guān)節(jié)軟骨缺損無明顯增加，對照組關(guān)節(jié)軟骨缺損面積持續(xù)擴(kuò)大，兩組均無不良事件發(fā)生。Stoddard等[16]研究認(rèn)為，ADSC在膝關(guān)節(jié)OA中具有減輕疼痛和改善功能的作用，并可能延緩關(guān)節(jié)置換。Spasovski等[17]對9例OA患者予以定期關(guān)節(jié)腔注射自體ADSC治療，隨訪18個月，發(fā)現(xiàn)所有患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)協(xié)會(KSS)評分、特殊外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評分標(biāo)準(zhǔn)(HSS-KS)評分、VAS評分均有明顯改善，MRI結(jié)果提示關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨明顯修復(fù)，膝關(guān)節(jié)無明顯進(jìn)一步退變。Elnahal等[18]選擇了20例無其他系統(tǒng)并發(fā)癥的膝關(guān)節(jié)OA患者，局麻下從下腹部取50 g的脂肪組織，經(jīng)膠原酶分解，在超聲引導(dǎo)下將ADSC注入膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)，隨訪6個月，20例患者膝關(guān)節(jié)WOMAC評分均有所上升，治療期和隨訪期間未發(fā)現(xiàn)與抽脂或ADSC注射相關(guān)并發(fā)癥，僅有4例患者訴膝關(guān)節(jié)注射后關(guān)節(jié)輕度疼痛，但經(jīng)保守治療后均好轉(zhuǎn)。Koh等[19]將80例膝關(guān)節(jié)OA患者分為兩組，每組40例，實(shí)驗(yàn)組予自體ADSC移植聯(lián)合關(guān)節(jié)鏡下膝關(guān)節(jié)清理術(shù)，對照組僅予單純關(guān)節(jié)鏡下膝關(guān)節(jié)清理術(shù)，術(shù)后隨訪24個月，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組軟骨覆蓋率、Lysholm評分、膝關(guān)節(jié)損傷和骨關(guān)節(jié)炎評分(KOOS)、VAS評分、軟骨修復(fù)組織MR觀察評分(MOCART)均優(yōu)于對照組。

Zhou等[20]建立大鼠膝關(guān)節(jié)OA模型，將ADSC植入其關(guān)節(jié)腔，采用免疫組化檢測關(guān)節(jié)軟骨中基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-13、Ⅱ型膠原蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3、聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)、p62蛋白、自噬微管相關(guān)蛋白輕鏈β3抗體(LC3b)、絡(luò)氨酸激酶(DDR)-2、堿性成纖維細(xì)胞生長因子受體(bFGFR)-1、Wnt等細(xì)胞因子表達(dá)水平，采用實(shí)時定量基因擴(kuò)增熒光檢測系統(tǒng)和蛋白質(zhì)切跡法檢測軟骨細(xì)胞標(biāo)志物mRNA和蛋白水平，并評估軟骨細(xì)胞凋亡水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ADSC可減輕大鼠OA癥狀，ADSC通過誘導(dǎo)自噬來減少促炎細(xì)胞因子分泌，抑制軟骨細(xì)胞凋亡。Yamasaki等[21]使用由ADSC組成的人工無支架構(gòu)建物，應(yīng)用生物3D打印技術(shù)，以豬股骨滑車軟骨缺損為模型，將打印物植入其中，分別于術(shù)后3個月及6個月行CT、MRI檢查，發(fā)現(xiàn)植入處軟骨組織學(xué)評分、顯微病理評分均表現(xiàn)良好。Xu等[22]通過兔耳軟骨缺損模型評價同種異體ADSC聯(lián)合富血小板血漿治療軟骨缺損的療效，發(fā)現(xiàn)同種異體ADSC聯(lián)合富血小板血漿可明顯加速軟骨再生，且不會引起明顯的免疫排斥反應(yīng)。Feng等[23]研究發(fā)現(xiàn)，ADSC可抑制OA進(jìn)展，促進(jìn)軟骨再生。Jacer等[24]研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射自體ADSC，可培養(yǎng)出肉眼可見的新生軟骨組織，且原先軟骨缺損及磨損處可見自發(fā)形成的纖維軟骨。多項(xiàng)研究[25-28]對ADSC治療膝關(guān)節(jié)OA的機(jī)制進(jìn)行了更深層次的探討，認(rèn)為ADSC可增加關(guān)節(jié)液中IGF-1水平，下調(diào)關(guān)節(jié)軟骨中MMP和Ⅱ型膠原蛋白水平，同時釋放細(xì)胞外小泡(EV)，ADSC通過這些機(jī)制修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷。

4 結(jié)語

雖然目前人工關(guān)節(jié)置換已成為重癥OA患者的唯一有效治療手段，但對于大部分輕中度或早期OA患者，目前僅有的治療手段并不能完全阻止關(guān)節(jié)退變進(jìn)展。ADSC治療軟骨缺損與關(guān)節(jié)退行性變是骨科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。ADSC不僅取材方便、對患者創(chuàng)傷小、分化能力好、不易凋亡，還可促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨增殖與分化，這為終止OA進(jìn)一步進(jìn)展，甚至逆轉(zhuǎn)OA發(fā)展提供了可能。目前還存在以下問題。①ADSC的最佳取材部位。目前尚無文獻(xiàn)或循證醫(yī)學(xué)證據(jù)證實(shí)ADSC的最佳取材部位，且不同取材部位ADSC含量、活性、分化能力尚不相同，因此尚需進(jìn)一步探討。②如何調(diào)控ADSC分化，促使ADSC向軟骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞分化，且避免無限制的分化與增長。③ADSC治療OA最佳的應(yīng)用方式、劑量、療程等。