“軟骨組織工程種子細(xì)胞的研究進(jìn)展”點評

周廣東

(1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科 上海市組織工程重點實驗室 上海 200011；2.組織工程國家工程研究中心 上海 200240)

軟骨缺損的結(jié)構(gòu)修復(fù)與功能重建仍是目前臨床治療的難題。近年來,新興起的組織工程與再生醫(yī)學(xué)技術(shù)為軟骨修復(fù)重建提供了新方向。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,軟骨組織工程技術(shù)獲得了很多重要進(jìn)展。盡管如此，該技術(shù)目前仍未進(jìn)入大規(guī)模的臨床應(yīng)用，其首要瓶頸在于缺乏適合臨床應(yīng)用的種子細(xì)胞來源。盡管前期很多研究已經(jīng)提示軟骨細(xì)胞、成體干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、多能干細(xì)胞等具有較強(qiáng)的軟骨再生能力，但這些種子細(xì)胞在軟骨再生領(lǐng)域中的應(yīng)用前景如何？在臨床轉(zhuǎn)化過程中將會面臨哪些挑戰(zhàn)？針對這些問題，該文展開了較為詳細(xì)的綜述。

1 軟骨細(xì)胞

文中詳細(xì)描述了軟骨細(xì)胞的主要特點及其目前的研究進(jìn)展。軟骨細(xì)胞是軟骨組織工程的經(jīng)典種子細(xì)胞，其最大的優(yōu)勢是軟骨再生穩(wěn)定性好。但人體內(nèi)可供利用的軟骨組織來源極為有限，大量擴(kuò)增后極易發(fā)生老化、去分化。這些局限性一直是限制軟骨細(xì)胞進(jìn)一步臨床轉(zhuǎn)化的重要因素。盡管軟骨細(xì)胞極易去分化，但是調(diào)控軟骨細(xì)胞重分化、恢復(fù)其功能的方法也非常多，比如三維培養(yǎng)、細(xì)胞因子誘導(dǎo)、力學(xué)刺激等。遺憾的是，目前尚未找到一個切實有效的軟骨細(xì)胞重分化調(diào)控體系。組織工程學(xué)是一門交叉學(xué)科，與細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)及材料學(xué)等有著千絲萬縷的聯(lián)系。因此，隨著這些相關(guān)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展以及研究者對軟骨細(xì)胞更深入的認(rèn)識，未來有望找到一個能有效調(diào)控去分化軟骨細(xì)胞功能的培養(yǎng)體系。目前，通過體外大量擴(kuò)增獲取足夠細(xì)胞量已不是技術(shù)難題，如能有效解決軟骨細(xì)胞去分化問題，那么軟骨細(xì)胞來源不足這一難題將迎刃而解。因此，我認(rèn)為軟骨細(xì)胞仍然是未來軟骨組織工程技術(shù)最有臨床應(yīng)用前景的種子細(xì)胞來源。

2 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

正如文中所述，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是軟骨再生領(lǐng)域中應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的成體干細(xì)胞。主要原因在于其軟骨形成能力極強(qiáng)、關(guān)節(jié)微環(huán)境的軟骨再生穩(wěn)定性很好，更重要的是獲取細(xì)胞時無繼發(fā)組織損傷。因此一直是軟骨再生的熱點。然而，BMSCs最大的不足是在皮下環(huán)境的骨化問題。與軟骨共培養(yǎng)雖然能穩(wěn)定其皮下環(huán)境的軟骨再生，但這一模式創(chuàng)傷相對大，患者很難接受，因此臨床上很難推廣。盡管前期研究發(fā)現(xiàn)軟骨調(diào)節(jié)素-1可能是共培養(yǎng)體系中穩(wěn)定BMSCs成軟骨分化的重要細(xì)胞因子[1-2]，但我的前期研究發(fā)現(xiàn)單純上調(diào)軟骨調(diào)節(jié)素-1并未能有效避免BMSCs骨化(文章尚未發(fā)表)。由此可見，軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)抑制骨化的根本機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。實際上，BMSCs的成骨能力較成軟骨能力強(qiáng)，我認(rèn)為其在關(guān)節(jié)骨、軟骨缺損的修復(fù)重建中更具優(yōu)勢。

3 脂肪干細(xì)胞

脂肪干細(xì)胞(adipose derived mesenchymal stem cells， ADMSCs)來源廣、容易獲取、具有多向分化潛能，是目前組織再生的熱點之一。文章提及目前有諸多研究將ADMSCs應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)重建中，且有將同種異體，甚至異種細(xì)胞應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨再生并獲得成功的報道。盡管如此，我在前期研究發(fā)現(xiàn)，ADMSCs的體內(nèi)、體外軟骨形成能力明顯較軟骨細(xì)胞、BMSCs等差。因此，該細(xì)胞能否在臨床應(yīng)用中大力推廣仍值得進(jìn)一步驗證。此外，有關(guān)同種異體或者異體ADMSCs修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損的有效性仍值得推敲，特別是體內(nèi)長期轉(zhuǎn)歸如何？免疫排斥反應(yīng)是否會加重后期軟骨病變？有關(guān)這些問題值得建立模擬臨床的大動物模型長期隨訪以進(jìn)一步明確。

4 胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cells，ESCs)雖具有強(qiáng)大的分化潛能，但這強(qiáng)大的分化能力同時是一把雙刃劍。這些細(xì)胞群雖可分化成各種成熟的成體細(xì)胞，但也有較高的腫瘤形成風(fēng)險。有研究嘗試通過細(xì)胞表面標(biāo)記物分選特定細(xì)胞以降低其致瘤風(fēng)險，但這些研究目前仍處于較為初級的階段，離實際的臨床應(yīng)用仍有較遠(yuǎn)的距離。此外，ESCs面臨的一個重要挑戰(zhàn)是倫理問題，這是目前爭議較多的問題。不同國家及地區(qū)對ESCs的應(yīng)用持不同的態(tài)度，因此，要大力推廣難度較大。盡管如此，對無法利用自體軟骨細(xì)胞或其他成體干細(xì)胞的患者而言，ESCs無疑是十分合適的種子細(xì)胞來源，但免疫排斥問題仍需有效解決。

5 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells， iPSCs)是Takahashi等[3]在2006年通過將終末分化的成纖維細(xì)胞重編程獲得的多功能干細(xì)胞。這是細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的偉大發(fā)現(xiàn)。此后，有關(guān)iPSCs在各個領(lǐng)域的應(yīng)用研究迅速興起，其在軟骨再生領(lǐng)域的研究也有諸多進(jìn)展。但經(jīng)過10余年的發(fā)展，基于iPSCs的軟骨組織工程技術(shù)在大動物研究乃至實際臨床應(yīng)用中均未獲得重要突破。其主要原因在于，iPSCs是通過慢病毒將Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4等轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)入成體細(xì)胞內(nèi)獲得，慢病毒的轉(zhuǎn)染以及外源性基因的導(dǎo)入是否會引起宿主細(xì)胞的瘤變、畸變？是否會改變?nèi)祟惖倪z傳信息？有關(guān)這些問題目前均未明確。因此，生物安全性仍是iPSCs面臨的最大挑戰(zhàn)。要明確這些問題進(jìn)一步實現(xiàn)其臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化，或許還需數(shù)十年甚至上百年的有效性、安全性驗證。

6 經(jīng)血源子宮內(nèi)膜干細(xì)胞

經(jīng)血源子宮內(nèi)膜干細(xì)胞(menstrual blood-derived mesenchymal stem cells, MenSCs)與iPSCs均是近10年來組織再生領(lǐng)域的研究熱點，同時也是軟骨組織工程的新型種子細(xì)胞來源。子宮內(nèi)膜在女性的一生中，脫落再生和成熟有400次循環(huán)[4]，這說明這些細(xì)胞具有非常強(qiáng)大的再生能力。因此，如果其軟骨形成能力足夠強(qiáng)大，那么將是非常理想的種子細(xì)胞來源(獲取無繼發(fā)組織缺損，可反復(fù)取材，無倫理問題)。有研究證實，MenSCs具有較強(qiáng)的軟骨形成能力，但實際上關(guān)于MenSCs的軟骨形成能力目前仍存在較大爭議[5]。如Chen等[5]報道MenSCs的軟骨形成能力顯著低于BMSCs。因此，有關(guān)MenSCs的軟骨再生能力問題，仍需全面、科學(xué)、合理的評估。

7 展望

自軟骨細(xì)胞首次被分離培養(yǎng)以來，組織工程技術(shù)便獲得了前所未有的發(fā)展?；谲浌羌?xì)胞的組織工程軟骨修復(fù)重建技術(shù)獲得了諸多進(jìn)展，臨床試用也獲得了一定成功。但軟骨細(xì)胞擴(kuò)增后的去分化問題、繼發(fā)組織缺損問題仍是其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。近年來有關(guān)調(diào)控軟骨重分化的研究也獲得了很多重要發(fā)現(xiàn)，這些研究將為軟骨細(xì)胞的臨床轉(zhuǎn)化提供重要研究基礎(chǔ)。

除了軟骨細(xì)胞、BMSCs等經(jīng)典的種子細(xì)胞外，近年新開發(fā)的如MenSCs、ESCs、iPSCs等為軟骨組織工程技術(shù)的臨床應(yīng)用提供了新方案。當(dāng)然，正如文中所描述的那樣，這些細(xì)胞的進(jìn)一步發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如BMSCs的皮下骨化問題，ADMSCs、MenSCs的軟骨形成能力問題，iPSCs、ESCs的免疫排斥問題、生物安全問題等。此外，除了文中提及的這些細(xì)胞外，還有臍帶血干細(xì)胞、滑膜干細(xì)胞等均具有一定的軟骨形成能力，在后續(xù)的研究中也可作為軟骨再生的候選種子細(xì)胞。盡管目前的各類種子細(xì)胞在臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化中均面臨著各種挑戰(zhàn)，但隨著細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、材料學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展與促進(jìn)，目前的挑戰(zhàn)與瓶頸問題在未來將會獲得有效解決。