膝關節(jié)軟骨損傷的治療進展*

黃福均 張益民 王軍 王聰聰 曹學軍*

關節(jié)軟骨屬于透明軟骨，是一種無神經(jīng)、血管及淋巴管的終末分化組織，是非常復雜的組織結構。關節(jié)軟骨在關節(jié)活動中主要起著減少摩擦、負重及緩沖的作用。膝關節(jié)作為人體承重最大的關節(jié)，最易發(fā)生軟骨損傷，尤其以股骨內側髁多見。軟骨損傷治療主要有3 個目標：恢復關節(jié)運動、緩解疼痛、延遲或消除骨關節(jié)炎。目前關于膝關節(jié)軟骨損傷的治療方式有以下幾種。

1 自體骨軟骨移植技術（馬賽克移植技術）

自體骨軟骨移植技術是一種利用專門的軟骨移植設備將非負重區(qū)域骨軟骨植入軟骨缺損區(qū)的技術。由于骨軟骨移植柱中含有軟骨和松質骨，移植柱中的松質骨在植入后可與受區(qū)骨腔中的松質骨融合，能夠維持軟骨的生物力學和組織學特性，實現(xiàn)缺損區(qū)域的透明軟骨修復。其最大的缺點在于供區(qū)軟骨來源十分有限，以及大塊缺損時形合度差，并且存在供區(qū)的相關并發(fā)癥，故該移植技術的最佳適應證為軟骨下骨損傷深度≤6 mm 且軟骨缺損直徑<2.5 cm 的小到中等全層骨軟骨缺損病例[1]。

手術適應證：負重區(qū)軟骨損傷ICRS 評分Ⅲ-Ⅳ級、缺損直徑在2.5 cm 以內（或面積≤4 cm2伴有骨量丟失），并且年齡在45 歲以下的下肢力線良好的膝關節(jié)骨性關節(jié)炎（非重度）、創(chuàng)傷性關節(jié)炎及剝脫性關節(jié)炎患者[2-3]。對于膝關節(jié)合并其他損傷的患者（如前后交叉韌帶損傷、半月板損傷及側副韌帶損傷等），處理合并損傷是第一位的。對于軟骨缺損面積較大、膝關節(jié)伴有感染、膝關節(jié)內有骨折、膝關節(jié)重度骨性關節(jié)炎和類風濕性關節(jié)炎以及罹患腫瘤的患者，則為該手術的禁忌證[4]。

鄭榮宗等[4]在關節(jié)鏡下采用自體骨軟骨鑲嵌式移植技術治療22 例股骨髁負重區(qū)軟骨缺損，術后平均隨訪21 個月，結果顯示關節(jié)鏡下自體骨軟骨移植術后效果良好，并發(fā)癥少，是修復軟骨缺損的一種可靠方式。劉嘉鑫等[5]對15例自體骨軟骨移植患者進行了10 年左右的隨訪，結果顯示所有患者術后無膝關節(jié)疼痛、彈響及關節(jié)絞鎖癥狀，膝關節(jié)活動功能良好。術后10 年KSS 評分均優(yōu)于術前。

2 同種異體骨軟骨移植技術

同種異體骨軟骨移植技術（osteochondral allograft，OCA）是通過移植來自供體的成熟軟骨細胞和穩(wěn)定的基質及軟骨下骨來實現(xiàn)的。這些來自供體的軟骨細胞在受者體內繼續(xù)存活，并且能夠分泌軟骨基質，從而起到支撐關節(jié)的作用。OCA 可以同時解決軟骨、軟骨下骨的病變[6]。故OCA 可以實現(xiàn)軟骨缺損部位的透明軟骨修復，重建膝關節(jié)的生物力學功能。能夠進行同種異體骨軟骨移植的理論基礎是軟骨是天然的免疫豁免組織，軟骨細胞被其分泌的軟骨基質所包裹，而軟骨基質又高度保守，從而避免其與人體免疫系統(tǒng)直接接觸[6]，故移植術后不需要使用免疫抑制劑。

關于OCA 的常見手術適應證：骨壞死、軟骨損傷面積>2 cm2且ICRS 評分Ⅲ-Ⅳ級、髕股關節(jié)炎、膝關節(jié)骨性關節(jié)炎（非重度）、創(chuàng)傷性關節(jié)炎及剝脫性關節(jié)炎、早期軟骨損傷接受微骨折或軟骨細胞移植失敗者。禁忌證:膝關節(jié)伴有感染、膝關節(jié)內有骨折、下肢力線改變和關節(jié)不穩(wěn)而未予以糾正者。所以，OCA 術前或術中必須對力線進行糾正。而關于膝關節(jié)重度骨關節(jié)炎、代謝性骨關節(jié)炎（如痛風等）、多間室軟骨損傷及不明原因滑膜炎是其相對禁忌證[6]。此外，年齡因素也應考慮其中，有研究指出對于年齡<50 歲的患者，術后效果會更好[7]。

OCA 是自體骨軟骨移植技術的有效補充，并且取材面積相對而言沒有太大限制。目前研究顯示，行OCA 早中期效果均較好，但遠期仍可能發(fā)生移植軟骨塌陷、退變并且移植軟骨在受體中容易吸收等問題[8]。關于這些問題是否與人體的免疫應答有關，目前尚未找到與免疫排斥相關的直接證據(jù)。另一方面由于供體來源非常有限，加上供體的篩查、獲取相對嚴格及儲存時間不會太長，且價格可能比較昂貴，以及可能導致疾病的傳播等因素，限制了OCA 技術在臨床上的應用。有文獻報道移植物從獲取到進行OCA 手術一般在體外平均保存時間為24（15～43）d[9]，保存時間越長，存活的軟骨細胞越少，移植的成功率越低。

3 自體軟骨細胞移植

自體軟骨細胞移植（autologous chondrocyte implantation，ACI）是將自體軟骨細胞在體外擴增，然后在關節(jié)軟骨缺損處將擴增的軟骨細胞按密度比移植，來修復缺損的關節(jié)軟骨。ACI 技術的發(fā)展經(jīng)歷了以下階段:第一代骨膜―自體軟骨細胞移植術，把細胞留存于缺損區(qū)，再取自體骨膜覆蓋于缺損處加以縫合，這種方法不僅操作復雜、對自體損傷大，而且軟骨細胞容易流失，最終導致軟骨修復僅為骨膜修復，且易導致移植物過度增生，療效差[10]；第二代膠原膜―自體軟骨細胞移植術，二代支架為單層Ⅰ/Ⅲ膠原膜，其療效與第一代技術無明顯差異，仍未解決移植物過度增生、細胞分布不均及容易流失等問題[11]；第三代基質誘導的自體軟骨細胞移植術，其支架是雙層Ⅰ/Ⅲ型膠原膜及經(jīng)其發(fā)展的Ⅰ/Ⅱ型膠原膜，這是一種更適于細胞的分布和生長、不易流失的三維支架，能夠更好地維持細胞的表型穩(wěn)定，其不僅克服了前兩代的缺點，而且具有切口小、不需骨膜縫合或額外固定，操作更簡單；第四代自體軟骨移植系統(tǒng)，其支架基于凝膠基質而制成，原理是在關節(jié)軟骨缺損區(qū)將軟骨細胞和凝膠制成的混合物涂在其上，該方法相比前三代具有操作、制備簡單，凝固快，不需額外用生物膠固定等優(yōu)點[12]。經(jīng)過四代的發(fā)展，一步步解決了細胞外溢脫落、分布不均及供區(qū)并發(fā)癥等問題。目前大量臨床研究發(fā)現(xiàn)，移植的軟骨細胞能較好地維持其細胞特性，這對缺損處軟骨的修復非常有利[13]。其中，第三代技術臨床應用相對成熟，第四代技術應用了比第三代技術更新的方法，如間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）干細胞與組織工程技術結合、基因治療及三維打印等，采用的是加以改進的組織工程三元素，即支架材料、種子細胞和細胞因子[4]。目前，也有學者提出一種基于納米技術和3D 打印技術的第五代支架，即3D 支架，其能夠兼顧軟骨下骨和軟骨組織，從而模擬人體正常的骨組織，這種技術有望在將來解決軟骨缺損修復過程中骨與軟骨部分的連接問題[14]。

基質誘導自體軟骨細胞移植是將帶有軟骨細胞的生物膜移植到軟骨缺損的位置，以此來修復缺損的軟骨，與傳統(tǒng)方法相比，這種移植方式需先在生物膜上預先種植再移植，優(yōu)點是軟骨細胞的固定效果好，手術后不易導致細胞的流失[15-17]。其次，膠原膜作為第三代軟骨細胞移植技術的細胞載體，具有良好的生物相容性，且對受區(qū)的封閉效果良好，故不需要切開骨膜且無需縫合，術后并發(fā)癥少[18]。孫棟等[19]對50 例膝關節(jié)軟骨損傷的患者應用第三代ACI 技術進行治療，術后12 個月的隨訪結果顯示，所有軟骨細胞移植患者均實現(xiàn)透明軟骨修復，且癥狀較術前明顯改善。軟骨細胞移植技術雖能有效修復局部軟骨缺損，防止早期膝關節(jié)骨性關節(jié)炎的進展，但有臨床研究發(fā)現(xiàn)該手術適用于骨軟骨炎及中等軟骨缺損（2～10 cm2）的患者，而對局部感染、傳染性疾病及關節(jié)炎的效果不佳[13]。其主要不足在于整個手術需分兩次進行，耗時長、花費較高，并且需在專業(yè)的醫(yī)療中心完成細胞培養(yǎng)，而且存在術后移植物脫落、原位疼痛和骨膜肥厚等缺點。

4 合成或生物支架植入（組織工程技術）

由于軟骨和細胞來源有限并且軟骨細胞在獲取時相對復雜，所以有學者提出一種理想化的修復手段，即用合成或生物支架植入來修復缺損的軟骨。因支架材料及細胞因子具有軟骨細胞誘導特征，可利用其將骨髓內的祖細胞向透明軟骨細胞分化，同時支架又可為缺損處提供初始的細胞生長環(huán)境及生物力學支持，如目前處于研究階段的膠原水凝膠等材料[20]。相對于單純微骨折來說，該理論為軟骨人工修復提供了一種更為簡潔的思路，其不僅能增加自體MSC 誘導、歸巢，還能為MSC 提供生長的空間，并且具有一定的生物力學特性，有助于縮短康復過程[1]。目前，組織工程材料還停留在動物實驗階段。

5 微骨折技術

微骨折技術曾是臨床一線的首選技術。其原理是將損壞的軟骨在關節(jié)鏡下清理至正常軟骨邊緣，再通過在軟骨下骨鉆孔，讓骨髓中血液形成血凝塊附著于軟骨缺損處，血凝塊中的骨髓干細胞會形成纖維軟骨填充在軟骨缺損的地方。微骨折技術典型的適應證為軟骨缺損面積在2 cm2以下的單級Ⅲ、Ⅳ級缺損，且不伴有軟骨下骨缺損者[1]；有研究指出，對于小于45 歲、病灶小于2 cm2、體重指數(shù)小于30 kg/m2的患者，微骨折的治療效果最佳[21]。

鄧光茂[22]對50 例膝關節(jié)骨性關節(jié)炎合并軟骨損傷的患者進行關節(jié)鏡下微骨折手術及僅行關節(jié)清理術的療效作對比，結果顯示術后3 個月微骨折組療效明顯優(yōu)于僅行關節(jié)清理組；Silva 等[23]比較僅行微骨折和行自體膠原誘導軟骨形成（autologous collagen-induced chondrogenesis，ACIC）的微骨折患者術后6 個月和24 個月的預后。結果兩組患者術后6 個月和24 個月SF-36 和IKDC 評分均有改善。微骨折技術實現(xiàn)的軟骨修復為纖維軟骨修復，修復性纖維軟骨主要為Ⅰ型、Ⅲ型膠原，而Ⅱ型膠原明顯少于周圍的透明軟骨[17]，故其生物學效應較正常透明軟骨差，能夠在早期改善膝關節(jié)的功能，但是遠期效果不佳。

6 粉碎軟骨修復技術

粉碎軟骨修復技術是利用軟骨細胞粉碎后仍能夠在體內復制或生產(chǎn)膠原以及軟骨細胞外基質，從而形成透明軟骨的特點，術中在支架中置入自體粉碎軟骨或在術前用異體粉碎軟骨做成軟骨支架復合體，接種于支架或纖維蛋白膠中的軟骨碎片就成為活的軟骨細胞來源，然后在活體內產(chǎn)生軟骨細胞外基質和膠原，從而修復缺損的軟骨[1]。目前，這種方法尚處于早期臨床試驗階段。

7 生物制劑輔助治療

（1）骨髓抽吸濃縮物（bone marrow aspirate concentrate，BMAC）。BMAC 含有多種細胞因子，如血管內皮生長因子、血小板衍生生長因子、轉化生長因子-（transforming growth factor-，TGF-）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）-2 和-7，這些因子的含量均較富小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）中更高。除此之外，還有軟骨細胞增殖相關的生長因子，如促進間充質干細胞分化、傷口愈合和抑制促炎的細胞因子[24-26]。有學者在動物模型或在存在膝關節(jié)軟骨缺損的患者中應有BMAC 聯(lián)合微骨折或者生物支架治療膝關節(jié)軟骨缺損，發(fā)現(xiàn)BMAC 可以增加透明樣軟骨修復、改善預后且無不良事件發(fā)生，提示BMAC 是一種安全、有效的軟骨缺損輔助治療方法[27]。

（2）微細化的同種異體關節(jié)軟骨和富血小板血漿（PRP）。對于局灶性軟骨缺損患者的另一種生物學選擇是將顆?；ɑ蛭⒒┑耐N異體關節(jié)軟骨與PRP 結合。這種技術最常用于微骨折的強化，以形成更持久的透明狀軟骨，而不是纖維狀軟骨。與ACI 不同，生物制品和PRP 的應用可以在一個階段完成。在準備好缺陷床后，通常使用骨髓刺激技術，生物制品和PRP 混合物被放入損傷處，然后用纖維蛋白膠密封膠覆蓋，幫助其融入周圍的軟骨并防止排出[21,28-29]。陳玉泉等[30]對132 例膝關節(jié)軟骨損傷的患者進行分組，分別在關節(jié)腔內注射不同濃度的PRP 進行療效觀察，結果顯示PRP可以有效改善膝關節(jié)軟骨損傷且具有創(chuàng)傷小、疼痛感輕、安全性高的特點，其中血漿濃度在（1.3～1.6）×1012/L 最為適宜。對于微細化的同種異體關節(jié)軟骨加PRP 在臨床上的應用有限，至于其療效如何目前缺乏相關數(shù)據(jù)，有待進一步研究。

（3）脂肪來源的干細胞（adipose-derived stem cells，ASCs）。脂肪來源的干細胞（ASCs）是通過抽脂術獲得的，其具有抗炎作用，并有可能在缺損處再生新的軟骨。Bosetti等[31]在體外分析了ASCs 的軟骨誘導特性，發(fā)現(xiàn)ASCs 可誘導軟骨細胞增殖和細胞外基質的產(chǎn)生。JO 等[32]進行了隨機對照試驗，在膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者6 個月隨訪中ASCs注射可顯著改善WOMAC 評分，顯著減少缺陷的大小，并顯著增加關節(jié)的軟骨。表明ASCs 是一種可行的局部軟骨缺損的治療方法，因為它允許在缺損內進行單階段的軟骨再生。但是目前關于這種治療方式的臨床數(shù)據(jù)太少，其安全性和有效性尚無法評估[27,32]。

8 其他治療

對于膝關節(jié)軟骨損傷治療的其他方式，如基因治療、基因聯(lián)合骨髓干細胞治療等。有學者將Runx2 基因轉染骨髓間充質干細胞注入新西蘭大耳兔膝關節(jié)軟骨損傷模型中，探索其是否可以促進膝關節(jié)軟骨損傷的修復。結果發(fā)現(xiàn)，Runx2基因在某種程度上可以調控骨髓間充質干細胞增殖分化，從而促進損傷修復，但主要的作用機制仍需進一步研究；同時也發(fā)現(xiàn)Runx2 基因在體內的時間越長，其對軟骨損傷修復的促進作用更好[33]。李鵬等[34]在大鼠膝關節(jié)模型中研究發(fā)現(xiàn)復合淀粉水凝膠可提高軟骨細胞Ⅱ型膠原基因的表達量并能在體內促進骨-軟骨缺損的修復，而且其具有可注射性、可降解性及生物相容性好，在未來或許是一個發(fā)展方向。

9 小結與展望

綜上所述，每種手術方式都有其自身的優(yōu)缺點和相應的適應證。其中能夠實現(xiàn)透明軟骨修復的技術有自體骨軟骨移植、異體骨軟骨移植、軟骨細胞移植；微骨折技術雖然性價比高，早期能夠明顯緩解患者癥狀，但其實現(xiàn)的軟骨修復為纖維軟骨修復，不能阻止骨關節(jié)炎的發(fā)展；關于組織工程的合成或生物支架技術及粉碎軟骨修復技術目前還處于試驗階段，理論上可以實現(xiàn)透明軟骨修復，其有以下優(yōu)點，細胞來源容易獲得，并發(fā)癥的風險小，細胞產(chǎn)量高，增殖和分化潛力好，沒有年齡相關性的下降，是理想的選擇，可用于老年人群的最佳軟骨細胞組織修復治療[35]。對于PRP 聯(lián)合微骨折技術或單純關節(jié)腔內注射目前臨床應用比較熱門，短期內效果較好，但其具體療效如何需等待長期的隨訪結果，其他干細胞相關的生物制劑聯(lián)合外科手術的治療，目前多停留在試驗階段，臨床數(shù)據(jù)太少，具體效果如何尚不明確。值得注意的是，無論選擇何種技術，其至關重要的是同時處理合并的導致膝關節(jié)磨損加重的相關損傷，如半月板損傷、前后交叉韌帶損傷及側副韌帶損傷等，只有在處理好相關導致軟骨損傷的合并疾病的同時行軟骨移植等保膝治療才是有意義的。