富血小板血漿治療早期股骨頭缺血性壞死的研究進(jìn)展

劉祿林，黃為民，劉午陽(yáng)

（贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科，江西 贛州 341000）

股骨頭缺血性壞死（avascular necrosis of the femoral head，ANFH）的病理特征是股骨頭進(jìn)展性缺血、細(xì)胞壞死、微骨折和關(guān)節(jié)面塌陷，是骨科領(lǐng)域常見(jiàn)的難治性疾病之一。其發(fā)病的主要原因是外傷、糖皮質(zhì)激素的使用和酒精濫用，致病機(jī)制涉及股骨頭循環(huán)中斷和血管生成內(nèi)皮祖細(xì)胞功能障礙，導(dǎo)致骨和骨髓成分壞死，最終使股骨頭裂解崩塌。據(jù)估計(jì)，全世界約有3 000 萬(wàn)人患有股骨頭壞死；在中國(guó)股骨頭壞死病例總數(shù)已達(dá)700 萬(wàn)，每年診斷出10 萬(wàn)至20萬(wàn)新的股骨頭壞死病例，且發(fā)病率還在不斷增加［1］。股骨頭壞死損傷最初發(fā)生在股骨頭的負(fù)重區(qū)，隨后壞死骨的小梁結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下受到損傷（微骨折）；如果股骨頭壞死的致病原因未被消除，壞死進(jìn)展將導(dǎo)致股骨頭的塌陷和變形，髖關(guān)節(jié)炎性改變、關(guān)節(jié)間隙變窄，綜合結(jié)果使關(guān)節(jié)功能障礙、嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量［2］。

全髖關(guān)節(jié)置換（total hip replacement，THA）是治療終末期股骨頭壞死應(yīng)用最廣泛的方法。然而，由于關(guān)節(jié)假體有一定的使用壽命，以及感染、松動(dòng)、脫位等潛在并發(fā)癥發(fā)生后需進(jìn)一步翻修手術(shù)，它并不是年輕或早期股骨頭壞死患者的合適選擇［3］。因此，有早期股骨頭壞死的年輕患者傾向于選擇保守治療，以避免或至少延遲全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。目前，髖關(guān)節(jié)髓芯減壓術(shù)是早期股骨頭壞死最為常用的保髖治療方法。這項(xiàng)技術(shù)的基本原理是通過(guò)降低髓內(nèi)壓力和刺激新血管生成，促進(jìn)成骨細(xì)胞前體細(xì)胞遷移、歸巢和分化來(lái)促進(jìn)骨修復(fù)［4］。然而，對(duì)這一方法的長(zhǎng)期隨訪研究提示，髓芯減壓后在骨壞死區(qū)觀察到的骨重建通常不完全，主要原因是骨再生方面仍有限［5］。特別是在接受高劑量類(lèi)固醇治療的患者中，因激素對(duì)骨骼系統(tǒng)的不良反應(yīng)，其修復(fù)性的成骨作用明顯不足［6］。為了提高髓芯減壓的有效性，一些輔助治療方法，如骨移植、間充質(zhì)干細(xì)胞、鉭棒、富血小板血漿（platelet rich plasma，PRP）等方法的聯(lián)合應(yīng)用，在股骨頭壞死的崩塌前期顯示了良好的效果［7-8］。本文就PRP 的特征及其在股骨頭壞死治療中的作用機(jī)制與臨床研究進(jìn)行綜述。

1 富血小板血漿的特征

PRP濃縮了從全血中提取的富含血小板的血漿蛋白。血小板含有許多α 顆粒結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存了重要的生物活性蛋白和豐富的生長(zhǎng)因子（Growth factors，GFs），如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（Transforming growth factor-β，TGF-β）、血小板衍生生長(zhǎng)因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）、胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-like growth factor，IGF）和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）［9］。血小板活化導(dǎo)致GFs 釋放，從而刺激新血管生成、促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的趨化以及成骨細(xì)胞前體的增殖［10］。最早的臨床應(yīng)用可追溯到20 世紀(jì)80 年代心臟和口腔科領(lǐng)域，隨后PRP 療法在再生醫(yī)學(xué)和其他專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域逐漸普及［11］。PRP在骨科的應(yīng)用始于本世紀(jì)初，被報(bào)道與骨移植相結(jié)合以增強(qiáng)椎骨融合和促進(jìn)骨折愈合［12］。在肌肉骨骼和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PRP 作為可注射生物制劑具有增強(qiáng)肌腱、韌帶、肌肉和軟骨愈合的作用，因其在修復(fù)損傷組織、治療各種退行性疾病和加速恢復(fù)運(yùn)動(dòng)方面的良好效果而變得極具吸引力［13］。近年來(lái)，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究和臨床證據(jù)表明，PRP 可緩解ANFH 患者的疼痛、延緩疾病進(jìn)展，可能在股骨頭壞死治療中發(fā)揮有效作用［14］。

2 PRP在股骨頭壞死治療中的作用機(jī)制

2.1 PRP 促進(jìn)股骨頭壞死的血管生成和成骨自從YOKOTA K 等［15］證實(shí)使用PRP 是治療股骨頭壞死的有效管理策略后，許多臨床和流行病學(xué)研究開(kāi)始對(duì)PRP 在股骨頭壞死治療中的作用機(jī)制進(jìn)一步研究。研究提示，促進(jìn)成骨和血管生成以重建壞死區(qū)域的骨結(jié)構(gòu)是PRP 治療早期股骨頭壞死的主要機(jī)制［16］。PRP 可通過(guò)啟動(dòng)和調(diào)節(jié)增殖、分化和增加血管生成的各種細(xì)胞因子水平，提高早期股骨頭壞死髓芯減壓和骨植入的治療效果［17］。PRP 含有的GFs中，一些細(xì)胞因子如PDGF、TGF-β、FGF、VEGF、IGF 等，它們的濃度已能被有效檢測(cè)。有研究報(bào)道，將FGF-2給藥與血管束植入相結(jié)合可增強(qiáng)對(duì)兔髖關(guān)節(jié)缺血性壞死的治療［18］。VEGF 干預(yù)可促進(jìn)壞死骨區(qū)域動(dòng)靜脈束植入術(shù)術(shù)后1 周的新生血管形成［19］。在體實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與未接受VEGF 轉(zhuǎn)染治療的對(duì)照組相比，轉(zhuǎn)染VEGF 基因治療的兔股骨頭缺血性壞死的骨形成增加［20］。值得提出的是，雖已有報(bào)道每種生長(zhǎng)因子單獨(dú)都有誘導(dǎo)血管生成和成骨的作用，但濃度超過(guò)一定的閾值則可能抑制骨生長(zhǎng)，如TGF-β（在肱骨犬模型335 微克的劑量）的單次高劑量給藥可抑制骨再生［21］。VEGF 和堿性FGF 對(duì)血管形成過(guò)程具有協(xié)同作用，它們的聯(lián)合干預(yù)比單獨(dú)干預(yù)效果更為顯著［22］。PRP可通過(guò)調(diào)節(jié)多種生長(zhǎng)因子與不同系統(tǒng)的相互作用創(chuàng)造一個(gè)良好環(huán)境，提高ANFH 的修復(fù)能力。除了PRP 本身含有豐富的血管生成因子外，有研究提出PRP 還可上調(diào)VEGF、PDGF、IGF-1以及TGF-β等基因表達(dá)，增加血管生成因子的產(chǎn)生，提高ANFH模型小鼠的血管生成［23-24］。

2.2 PRP 抑制股骨頭壞死炎癥反應(yīng)有研究提出，ANFH 與滑膜炎有關(guān)，因壞死病灶和滑膜中都存在炎癥細(xì)胞和促炎細(xì)胞因子［25］。以往研究發(fā)現(xiàn)，在ANFH 病理進(jìn)展過(guò)程中，滑膜中富含CD4+T 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和一些CD8+T 細(xì)胞［26］。一些促炎細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素-1β（Interleukin-1β，IL-1β）、IL-6、腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）和IL-17也參與ANFH 的病理生理過(guò)程［27］。已有研究證實(shí)，炎癥細(xì)胞因子為ANFH 發(fā)病的關(guān)鍵介質(zhì)。在ANFH小鼠模型中，與對(duì)照組相比，PRP干預(yù)組滑膜細(xì)胞的炎性細(xì)胞因子如IL-1β、TNF-α、IL-17A 和核因子-κB配體受體激活劑（Receptor activator of nuclear factorκB ligand，RANKL）的表達(dá)均顯著下調(diào)［24］。IL-6 和IFN-γ 等炎癥因子的下調(diào)可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，這有助于關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)［28］。總的來(lái)說(shuō)，PRP治療下調(diào)了炎癥反應(yīng)，可能通過(guò)中斷炎癥損傷過(guò)程來(lái)延緩ANFH的進(jìn)展并減輕髖關(guān)節(jié)疼痛。

2.3 PRP 可抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死細(xì)胞凋亡糖皮質(zhì)激素的使用可通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡引起ANFH，這是骨丟失和血管生成障礙的重要原因［29］。糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）應(yīng)激，激活蛋白激酶R 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase,PERK）通路、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［30］。作用的具體機(jī)制方面，糖皮質(zhì)激素主要通過(guò)真核翻譯起始因子2α（eukaryotic translation initiation factor 2α，eIF2α）的磷酸化激活PERK 通路，然后激活游蛋白CCAAT-增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（enhance-binding proteinhomologous protein,CHOP），通過(guò)抑制B細(xì)胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2,Bcl-2）蛋白表達(dá)使半胱天冬酶-3被裂解從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡［31］。因此，如果可通過(guò)靶向PERK 通路抑制細(xì)胞凋亡，則可能逆轉(zhuǎn)ANFH 的進(jìn)展。在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow derived mesenchymal stem cells, BMSCs）中加入PRP 和地塞米松后，發(fā)現(xiàn)抗凋亡作用過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白Bcl-2表達(dá)明顯升高［30］。除了能抑制地塞米松誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡外，PRP 還能減輕地塞米松的毒性作用。TONG S C 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，PRP 干預(yù)組的ANFH 模型小鼠血清抗糖皮質(zhì)激素IgG 水平降低，這表明PRP降低了血清糖皮質(zhì)激素濃度。

3 PRP在股骨頭壞死治療中的臨床研究

3.1 PRP 聯(lián)合干細(xì)胞治療股骨頭壞死間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells, MSCs）能通過(guò)分化成各種間充質(zhì)表型，如成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞來(lái)增強(qiáng)組織再生［32］。當(dāng)MSCs 與PRP 聯(lián)合治療股骨頭壞死時(shí)，PRP含有的生長(zhǎng)因子可促進(jìn)MSCs分化為新骨和新血管的潛力，促進(jìn)早期股骨頭壞死的愈合。HOUDEK M T 等［33］報(bào)道了梅奧診所22 例早期ANFH患者在髓芯減壓后接受PRP聯(lián)合骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BmMSCs）治療的一項(xiàng)前瞻性研究，觀察到在3 年的隨訪中93%以上的患者未出現(xiàn)股骨頭塌陷，84%的患者未進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換。除了BmMSCs，PRP聯(lián)合脂肪源性MSCs（adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells, AdMSCs）也用于股骨頭缺血性壞死的治療。PAK J［34］發(fā)表4 例Ⅳ期ANFH 患者在超聲引導(dǎo)下通過(guò)向股骨頭注射PRP/AdMSC 混合物接受治療的病例報(bào)告顯示，術(shù)后7 至12 個(gè)月MRI 均提示有骨再生，疼痛和活動(dòng)范圍也得到了長(zhǎng)期改善。另一個(gè)病例報(bào)告中的1 例Ⅰ期ANFH 患者接受了一次PRP/AdMSC 混合治療，隨后每周接受PRP 治療4 周用于后續(xù)治療，最終，該患者在21 個(gè)月的隨訪中表現(xiàn)出髖關(guān)節(jié)疼痛和運(yùn)動(dòng)功能異常的完全緩解，磁共振成像顯示PRP/AdMSC 治療前后股骨頭T1 和T2 像均有顯著的信號(hào)變化［35］。這是第一次報(bào)道了通過(guò)經(jīng)皮注射PRP/AdMSC 徹底治愈股骨頭壞死。PAK J等［35］的研究也提到，AdMSC 中含有的細(xì)胞濃度（約200 000/g）明顯高于BmMSCs（約6 000～60 000/g），與BmMSCs/PRP 治療相比，AdMSC 和PRP 聯(lián)合治療股骨頭缺血性壞死可能產(chǎn)生更好的治療效果。

3.2 PRP 聯(lián)合人工骨或自體骨移植治療髓芯減壓術(shù)后股骨頭壞死一項(xiàng)對(duì)30 例ANFH 患者的40 個(gè)髖關(guān)節(jié)行髓芯減壓、復(fù)合髂骨移植和PRP 治療的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，34髖（85%）疼痛明顯緩解，為期4年的隨訪發(fā)現(xiàn)，Harris 髖關(guān)節(jié)評(píng)分（HHS）從術(shù)前的平均46 分提高到術(shù)后的平均90 分［36］。這個(gè)結(jié)果比另一項(xiàng)報(bào)道的單獨(dú)應(yīng)用髓芯減壓和髂骨移植治療的效果明顯改善［37］。隨著運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和關(guān)節(jié)鏡的普及，有研究采用微創(chuàng)技術(shù)對(duì)ANFH 患者關(guān)節(jié)鏡下髓芯減壓，后進(jìn)行PRP 和自體骨移植治療，平均隨訪14 個(gè)月后4 例患者都保留了軟骨的完整性，患者疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分（VAS）均顯著降低、MRI 評(píng)估可觀察到明顯的骨形成［38］。這些結(jié)果表明，骨植入聯(lián)合PRP 和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的混合物理論上可提高減壓成功率。骨植入在去除壞死病灶后提供暫時(shí)的機(jī)械支持，而PRP 刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化，促進(jìn)成骨和血管生成，誘導(dǎo)骨愈合。然而，與髓芯減壓的其他研究結(jié)果相似，PRP 并未被證明是治療晚期ANFH的有效方法［39］。D'AMBROSI R等［40］檢查了16 例患者的24 個(gè)髖關(guān)節(jié)，這些患者包括了Ficat分期的各階段，他們通過(guò)髓芯減壓和注射合成骨、PRP和MSCs的混合物進(jìn)行治療，研究表明，F(xiàn)icat早期患者股骨頭存活率為80%，而Ficat進(jìn)展期的患者股骨頭存活率只有28.6%。因此，對(duì)于早期ANFH 的治療，通過(guò)結(jié)合PRP 和其他再生療法，髓芯減壓的結(jié)果可能會(huì)得到改善，但PRP 不適合壞死病灶大于50%或晚期ANFH的患者［41］。

除了與MSCs 和骨移植方面的應(yīng)用，隨著生物材料制備技術(shù)和工藝的發(fā)展，PRP 和一些新型材料如陶瓷、細(xì)胞支架等的聯(lián)合治療也取得了良好的效果［42-44］。在顯微技術(shù)的聯(lián)用方面，有報(bào)道PRP 聯(lián)合吻合血管游離腓骨移植治療早期股骨頭缺血性壞死術(shù)后平均隨訪1.35 年優(yōu)良率高達(dá)91.7%［45］。PRP 聯(lián)合傳統(tǒng)中藥在增加股骨頭血供、促進(jìn)壞死區(qū)新骨形成方面也有特殊優(yōu)勢(shì)［23］。

4 總結(jié)與展望

PRP 可刺激和加速軟組織的愈合和再生，是臨床中涉及組織再生難題時(shí)的一種有效解決方法[12]。而對(duì)于ANFH 的治療，由于它的病理特征是血液供應(yīng)中斷和細(xì)胞凋亡，PRP 可結(jié)合髓芯減壓和其他治療發(fā)揮作用，有效促進(jìn)成骨和血管生成以重建關(guān)節(jié)表面的支撐。國(guó)際骨循環(huán)研究會(huì)（Association Research Circulation Osseous，ARCO）建議針對(duì)ARCO分期Ⅰ期和Ⅱ期患者，PRP 被推薦為髓芯減壓聯(lián)合干細(xì)胞和骨移植(自體或異體骨)的輔助療法，以誘導(dǎo)成骨活性并刺激干細(xì)胞分化［40］?？傊鲗W(xué)科技術(shù)的發(fā)展和交叉，將使PRP 應(yīng)用于股骨頭缺血性壞死的治療選擇越來(lái)越豐富和多樣化。隨著PRP制劑的標(biāo)準(zhǔn)化，相關(guān)基礎(chǔ)研究的深入以及更多高質(zhì)量、前瞻性隨機(jī)臨床試驗(yàn)的開(kāi)展、治療效果的改善也將推動(dòng)PRP相關(guān)療法的普及和推廣。