脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎應(yīng)用進展

周立波 李克文 張國秋

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是骨科常見疾病，也是引起老年人膝關(guān)節(jié)疼痛、功能減退和殘疾的主要原因[1]。膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎（KOA）作為常見的OA 類型[2]，其發(fā)病率逐年升高。由于關(guān)節(jié)軟骨無血運，自我修復(fù)受到限制，最終導(dǎo)致進行性軟骨丟失和關(guān)節(jié)退行性變[3]。目前KOA 治療方法包括保守治療（功能鍛煉、藥物治療、關(guān)節(jié)內(nèi)注射激素）和手術(shù)治療[4-6]。盡管這些治療方法可在一定程度上減輕患者的疼痛癥狀及改善關(guān)節(jié)活動度，但并不能促進受損關(guān)節(jié)軟骨的再生[7]。以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的治療方法已逐漸應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)和再生，并取得一定效果。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（ADMSC）作為種子細(xì)胞，具有成軟骨潛能、自我更新能力和免疫調(diào)節(jié)能力，使其成為KOA 治療中可修復(fù)受損軟骨的理想工具[8]。

1 ADMSC 的特征及應(yīng)用基礎(chǔ)

ADMSC 可使組織修復(fù)的機制主要表現(xiàn)在以下方面：①可以分化為目標(biāo)細(xì)胞，修復(fù)受損傷區(qū)域；②具有旁分泌作用，能夠向鄰近細(xì)胞分泌各種細(xì)胞因子和生長因子，促進受傷組織血管化和細(xì)胞增殖；③具有免疫調(diào)節(jié)作用，可以降低受損組織的炎癥反應(yīng)[9]。有學(xué)者認(rèn)為，ADMSC 在免疫抑制、防止OA 病情進展方面的表現(xiàn)更為突出[10]。與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）相比，ADMSC 具有以下優(yōu)勢：①免疫原性低，無倫理問題，受供體年齡影響??；②更易獲取且并發(fā)癥發(fā)生率低；③長期培養(yǎng)遺傳性能更穩(wěn)定，增殖速度更快；④脂肪組織中間充質(zhì)干細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量明顯高于其它來源組織[11]。

2 ADMSC 治療KOA 的臨床應(yīng)用

2.1 局部注射

局部注射ADMSC 是治療KOA 最常用、最簡便的方法[12]，可緩解疼痛、改善功能，其優(yōu)勢在于操作簡便、可重復(fù)進行、創(chuàng)傷小。

為比較不同劑量ADMSC 對KOA 的療效，Jo 等[13]對18 例KOA 患者采用不同劑量的自體ADMSC 進行關(guān)節(jié)腔注射治療。他們將患者隨機分為低劑量組（劑量為1.0×107個細(xì)胞）、中劑量組（劑量為5.0×107個細(xì)胞）和高劑量組（劑量為1.0×108個細(xì)胞）進行治療，治療后6 個月時顯示，高劑量組患者的臨床癥狀明顯改善，關(guān)節(jié)鏡和組織學(xué)檢查均顯示軟骨再生情況明顯優(yōu)于其它兩組。他們又進行了2 年的隨訪研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高劑量組患者臨床療效趨于穩(wěn)定，而中、低劑量組臨床療效在1 年后趨于惡化。該研究提示，ADMSC 關(guān)節(jié)腔注射治療時細(xì)胞數(shù)量與治療效果呈正相關(guān)[14]。另一項研究將18 例重度KOA 患者隨機分為低劑量組（2.0×106個細(xì)胞）、中劑量組（1.0×107個細(xì)胞）和高劑量組（5.0×107個細(xì)胞）接受ADMSC 關(guān)節(jié)腔注射治療，結(jié)果顯示低劑量組患者臨床療效明顯優(yōu)于其他兩組。該研究認(rèn)為，此結(jié)果可能由于低劑量組患者最初炎癥水平較高，而治療后炎癥改善更明顯，臨床癥狀緩解也更顯著[15]。目前的研究證據(jù)表明，ADMSC 局部注射治療的療效與注射劑量相關(guān)，采用高劑量可獲得更佳的療效。

有學(xué)者對ADMSC 治療KOA 時采用多次膝關(guān)節(jié)注射與單次膝關(guān)節(jié)注射的治療效果進行比較研究。Freitag 等[16]將30 例KOA患者隨機分為3組，治療組1 接受單次膝關(guān)節(jié)ADMSC 注射（劑量為1.0×108個細(xì)胞），治療組2 接受2 次膝關(guān)節(jié)ADMSC 注射（間隔6 個月，每次劑量為1.0×108個細(xì)胞），對照組采用保守治療。治療后12 個月時顯示，與對照組相比，關(guān)節(jié)內(nèi)注射ADMSC 的患者臨床癥狀均顯著改善，其中接受2 次注射的患者獲得更佳的臨床療效。該研究結(jié)果不僅證實增加ADMSC 注射頻次可獲得更好的臨床療效，同時也表明使用較高劑量（1.0×108個細(xì)胞）的ADMSC治療KOA 是安全的。另一項研究首次在臨床試驗中對18 例KOA 患者進行3 次關(guān)節(jié)內(nèi)自體ADMSC注射治療。受試者被隨機分為低劑量組(1.0×107個細(xì)胞)、中劑量組(2.0×107個細(xì)胞)和高劑量組(5.0×107個細(xì)胞)，2 年隨訪結(jié)果顯示，高劑量組患者膝關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量均得到長期改善，且軟骨厚度增加程度較低、中劑量組更顯著。該研究團隊認(rèn)為，接受高劑量的關(guān)節(jié)內(nèi)自體ADMSC 注射治療且間隔一定時間進行重復(fù)注射，對KOA 患者的療效是肯定的。不過，該研究的樣本量較小且無對照組，可能影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性[11]。目前關(guān)于關(guān)節(jié)內(nèi)ADMSC 多次注射與單次注射的臨床比較研究較少，還需要更多的研究結(jié)果加以驗證。

既往研究已證實，自體ADMSC 治療KOA 具有確切效果，為了更好地驗證同種異體ADMSC的療效與安全性，2020 年Lu 等[17]突破性采用同種異體ADMSC 行關(guān)節(jié)內(nèi)注射治療。他們將22 例輕、中度KOA 患者隨機分為3 組，分別采用低劑量（1×107個細(xì)胞）、中劑量（2×107個細(xì)胞）、高劑量（5×107個細(xì)胞）ADMSC 治療，所有患者均接受2 次雙側(cè)關(guān)節(jié)內(nèi)注射。I 期試驗結(jié)果顯示， 3 組患者的疼痛視覺模擬評分（VAS）、健康調(diào)查簡表（SF-36）評分、西安大略和麥克馬斯特大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)（WOMAC）均明顯改善，表明關(guān)節(jié)內(nèi)注射同種異體ADMSC 治療KOA 安全有效。不過，針對同種異體ADMSC 治療KOA 的研究較少，尚需開展更大規(guī)模的臨床試驗加以證實。

2.2 支架材料復(fù)合ADMSC 治療KOA

治療KOA 時，需將相應(yīng)支架植入軟骨缺損區(qū)域，以達到三維立體增殖培養(yǎng)的目的，同時植入的支架也能夠誘導(dǎo)種子細(xì)胞的定向分布，以促使軟骨功能及形態(tài)的修復(fù)。有學(xué)者認(rèn)為，支架材料的選取在治療KOA 的過程中具有重要意義，材料不同治療效果也存在差異。

纖維蛋白膠是由纖維蛋白原和凝血酶組成的天然高分子物質(zhì)，可作為組織再生的三維微結(jié)構(gòu)。Jung 等[18]開展體內(nèi)生成軟骨的探索性研究，他們將人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（hADMSC）分化的軟骨源性干細(xì)胞與纖維蛋白膠混合后皮下注射于裸鼠背部，發(fā)現(xiàn)裸鼠皮下層形成新的軟骨。該實驗表明，纖維蛋白膠支架可為ADMSC 增殖提供新的基質(zhì)，促進ADMSC 分化為軟骨細(xì)胞形成軟骨。纖維蛋白膠支架的應(yīng)用為開發(fā)有效的人工軟骨提供了基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β3 是軟骨生成過程中最重要的生長因子，TGF-β3與ADMSC 聯(lián)合應(yīng)用在體內(nèi)外均能誘導(dǎo)ADMSC 分化為軟骨細(xì)胞，這些軟骨細(xì)胞具有與成熟軟骨細(xì)胞相同的Ⅱ型膠原表達[19]。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）微球支架擁有良好的緩釋性和生物相容性，更有利于維持干細(xì)胞的存活、生長以及TGF-β3 的持續(xù)釋放，為此Sun 等[20]采用含有hADMSC 和TGF-β3的PLGA 微球支架治療兔OA 模型。他們將30 只OA 模型兔隨機分為3 組，聯(lián)合治療組同時注射含hADMSC 和TGF-β3 的PLGA 微球支架，hADMSC組注射hADMSC，對照組注射生理鹽水。注射后12 周，組織學(xué)分析表明,聯(lián)合治療組軟骨修復(fù)效果最好，其次是hADMSC 組，對照組軟骨修復(fù)最差，且聯(lián)合治療組的Ⅱ型膠原蛋白和聚集蛋白聚糖的基因表達均顯著上調(diào)。研究結(jié)果證實，hADMSC、TGF-β3 和PLGA 微球支架的聯(lián)合使用可顯著促進關(guān)節(jié)軟骨再生，減輕OA 嚴(yán)重程度。

Pak 等[21]將ADMSC 和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）聯(lián)合透明質(zhì)酸、富血小板血漿（PRP）注射于3 例KOA 患者膝關(guān)節(jié)內(nèi)，連續(xù)注射3 周，發(fā)現(xiàn)3 例患者的臨床癥狀均較治療前顯著改善，磁共振成像（MRI）檢查均顯示軟骨樣組織再生。該研究顯示，ADMSC 和ECM 聯(lián)合透明質(zhì)酸、PRP 注射是一種安全有效的微創(chuàng)治療方法，可用于治療KOA。但該研究僅包含3 例患者，且僅使用MRI 檢查進行評估，而缺乏對關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)分析，其臨床應(yīng)用效果尚需進一步證實。

關(guān)于支架材料聯(lián)合ADMSC 治療KOA 的臨床研究報道不多，但目前的研究結(jié)果表明，支架材料聯(lián)合ADMSC 植入患者受損的關(guān)節(jié)軟骨處，可獲得組織病理學(xué)改善和軟骨組織再生。

2.3 ADMSC 外泌體對KOA 的作用

外泌體是直徑50 ～150 nm，內(nèi)含核酸、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等多種活性物質(zhì)的小脂質(zhì)雙層膜囊泡[22]。ADMSC 來源外泌體的生物學(xué)效應(yīng)與ADMSC 相似，但可彌補直接細(xì)胞移植的缺點，為其在骨關(guān)節(jié)疾病中的臨床應(yīng)用提供了可能。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體已用于KOA 治療，而ADMSC 外泌體治療KOA 的研究報道很少。Tofi?o-Vian 等[23]通過體外實驗觀察ADMSC 微囊泡和外泌體對KOA軟骨細(xì)胞的作用。結(jié)果顯示，ADMSC 外泌體可減少OA 軟骨細(xì)胞中腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細(xì)胞介素（IL）-6 等炎性因子的產(chǎn)生，明顯增加抗炎因子IL-10 產(chǎn)生和Ⅱ型膠原表達。此外，ADMSC外泌體可以減少前列腺素E2 生成并降低基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）活性和MMP-13 的表達。因此，ADMSC 外泌體能有效降低軟骨細(xì)胞中炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，增加軟骨細(xì)胞ECM 成分的表達，最終促進軟骨組織再生，其可作為KOA 軟骨修復(fù)的替代療法。有學(xué)者單獨分離出ADMSC 外泌體驗證其抗炎作用并解釋其成軟骨機制。Zhao 等[24]開展相關(guān)研究，他們首先測試患者來源的ADMSC 是否可以分化為軟骨源性譜系，他們檢測到細(xì)胞中軟骨分化的指標(biāo)（糖胺聚糖），表明研究中的ADMSC是多能的。隨后他們自ADMSC 中分離出外泌體，與活化的滑膜成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，ADMSC外泌體可下調(diào)細(xì)胞的IL-6、TNF-α 和核因子-κB 水平，上調(diào)IL-10 水平，同時可明顯降低軟骨細(xì)胞凋亡，且當(dāng)ADMSC 與外泌體共同培養(yǎng)時，ADMSC 具有更高的分化潛能，包括成軟骨、成骨和成脂肪分化。這些結(jié)果提示ADMSC 外泌體在促進KOA 的軟骨再生和抗炎方面具有巨大潛力。

對于ADMSC 外泌體治療KOA 的安全性和療效的更多認(rèn)識，尚需開展進一步的體內(nèi)研究試驗。

3 結(jié)語

綜上所述，ADMSC 在KOA 臨床治療中取得一定效果，但相關(guān)研究仍處于初級階段，存在以下一些待解決問題：①ADMSC 注射治療KOA 的短期療效顯著，但長期療效有待進一步觀察；②治療所需ADMSC 的最大安全劑量尚需進一步探索；③支架存在免疫原性、支架降解產(chǎn)物的長期安全性、引起感染或疾病傳播風(fēng)險等問題。此外，對于外泌體治療KOA 的作用機制應(yīng)開展更多研究。