骨髓间充质干细胞移植治疗股骨头坏死的研究进展

尹西盟郑伟作者单位：.0044 沈阳，沈阳市骨科医院脊柱外科；.中国医科大学附属第四医院肿瘤内科



骨髓间充质干细胞移植治疗股骨头坏死的研究进展

尹西盟1郑伟2
作者单位：1.110044 沈阳，沈阳市骨科医院脊柱外科；2.中国医科大学附属第四医院肿瘤内科

【摘要】骨髓间充质干细胞多向分化潜能良好，增殖力强，在股骨头坏死治疗中受到越来越多研究者的关注。文章对股骨头坏死病理生理过程及干细胞治疗方法进行综述，以期寻找新的可早期有效治疗股骨头坏死的策略。

【关键词】股骨头坏死；干细胞治疗；研究进展；骨髓间充质干细胞

股骨头坏死（ONFH）是骨科常见疾病，病人预后多不佳，是一种致残性疾病。临床病例中以创伤性、激素性和酒精性股骨头坏死最为多见[1]。ONFH发病机理尚未完全阐明，给治疗带来很大难度，目前，股骨头坏死的治疗仍是当前医学领域亟待解决的难题之一。临床上常用的治疗方法主要以组织工程技术为主，如最常见的人工关节置换、生物材料支架、植骨植入等[2]，但中青年的人工关节置换术后长期疗效仍难预测。基于此，寻找一种保留股骨头、进行坏死修复的治疗方法迫在眉睫。骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）具有良好的多向性分化能力、增殖力强、体外易于培养等特性，较多地应用于股骨头坏死治疗，应用前景广阔，取得许多重大进展，本文就BM-MSCs在ONFH中的应用研究综述如下。

1 股骨头坏死的病因及发病机制

股骨头坏死ONFH是环境和多种因素共同作用引发的股骨头血供减少、骨力学强度降低，最终导致股骨头塌陷和髋关节功能障碍[3]。该病好发于中青年，常累及双侧髋关节，加之此部分人群活动量相对较大，病情进展情况较快。目前，我国需要接受治疗的ONFH病人近800万，若无法早期采取有效的治疗措施，80%的病人在5年内将出现关节功能严重受累[4]。

ONFH临床症状主要表现为腹股沟区疼痛，多位于深部，于运动时加剧。临床表现多呈现隐匿性，患病很长时间才出现症状，起始症状并不典型，多误诊为椎间盘突出或坐骨神经痛。病程进展后出现明显髋部疼痛、行动受限时，关节损伤多发展到不可逆期，错失了最佳治疗时机[5]。因此，明确患病因素、注意早期症状、早期诊断并治疗，是决定良好预后的关键。ONFH已知的病因和危险因素包括：①骨折、脱位或烧伤、血管创伤等各种创伤；②蛋白C、蛋白S缺乏，活化蛋白C抵抗、纤维溶解酶原激活物缺乏等非创伤性骨坏死；③继发性高凝血症，如酒精中毒、妊娠、高脂血症、胶原病、雷诺病或糖尿病等；④血液病，如血友病、红细胞增多症等；⑤代谢病；⑥消化系统疾病，如胰腺炎、克罗恩病；⑦其他因素，如吸烟或放射性接触等。

微循环障碍是共同的病理机制，微循环损害诱发骨细胞、骨髓组织坏死、骨髓间充质细胞向成骨细胞分化能力下降，破骨细胞对骨小梁吸收能力增强导致骨小梁稀疏[6]。①血管病变：动、静脉或毛细血管循环障碍，抗原抗体复合物在血管壁沉积诱发炎症反应导致阻塞性炎症；脂肪、镰状细胞或氮气气泡可引起血管栓塞；高凝状态下可引起微血管内凝血；骨髓内压力升高可引起静脉回流受阻；骨髓内脂类堆积导致髓内压升高，股骨头血供减少出现缺血、缺氧。②骨生物力学强度下降：成骨细胞功能减退和破骨细胞功能激活，过度骨质疏松、软骨微骨折使骨生物学强度降低，进一步增加了骨髓腔内压力。③关节腔压力增高：关节外伤、炎症及关节囊内出血可引发关节腔内积液，增加关节腔内压力，压迫关节囊基底部血管，影响股骨头血液供应，导致缺血和缺氧。

各种病因最终导致股骨头血运减少、成骨细胞分化率下降、股骨头坏死修复减弱、骨小梁结构破坏。研究发现，激素性股骨头坏死早期血清脂类水平增高，说明高脂血症导致股骨头微小动脉内脂肪栓子形成，出现缺血性坏死；激素和乙醇可减少成骨基因和蛋白的表达，增加脂肪形成相关基因及蛋白的表达，导致骨髓内脂肪细胞增生，骨髓腔内脂肪堆积导致骨内压升高，髓内血流的减少加重股骨头缺血；大剂量皮质激素治疗，可明显抑制骨形态发生蛋白的表达，降低成骨细胞成骨能力[7-8]。

2 股骨头坏死的治疗

2.1 非手术治疗 积极治疗原发病，减少或避免负重，去除激素、乙醇等外源性致病因素，促进股骨头自身修复。非手术治疗适用于青少年病人和早期病人，受累或损失范围越小，治疗效果越好，治疗目标是修复股骨头血运、促进坏死骨修复。治疗期间使用拐杖保护或卧床休息，早期病人可辅助应用血管活性药物、降脂抗凝药物等。研究显示[9]，应用抑制破骨细胞活性或抗骨质疏松类药物治疗激素或乙醇因素引起的ONFH具有一定疗效。此外，还可采用电刺激疗法、体外冲击波疗法，刺激血管再生、诱导骨生长、改变组织结构及重建骨骼。高压氧作为一种无创手段，与其他治疗方法相结合，可提高治疗效果。

2.2 姑息性手术治疗 常见术式包括股骨头成形术、髓芯减压术、植骨术、股骨头表面置换术等。但是，姑息性手术具有无法防止广泛坏死的股骨头塌陷、远期效果不佳等缺点。

2.3 人工髋关节成形术（THA） 对于晚期且伴发股骨头塌陷和继发骨性关节炎的病人，THA是缓解症状和恢复关节功能的唯一有效治疗方法。随着骨水泥型、生物型及混合型置换假体的进步，手术技术的成熟，THA手术的适应证逐渐扩大，近95%的病人假体生存＞12年[10]，晚期病人的最佳治疗方法为生物型假体置换。

3 BM-MSCs的生物学特性

BM-MSCs又称脊髓基质干细胞或间充质祖细胞，是一类具有多向分化能力的非造血干细胞。因其获取方法简单、易于培养传代及转染稳定表达外源基因，是临床治疗中理想的细胞工程靶细胞。20世纪70年代，研究者才开始认识到BMMSCs[11]。BM-MSCs具有多向分化潜能，特定培养环境下增殖分化速度较快，分化方向与培养条件具有相关性[12]。BM-MSCs可表达多种基因，在骨折愈合修复过程中发挥重要作用。

健康个体骨髓中BM-MSCs含量较少，细胞培养结果发现，体外环境下的BM-MSCs体积较大，呈梭形，少数细胞处于活跃复制期，大多数细胞在G0/G1期，多次传代后，细胞仍可保留多向潜能。在不同的培养条件下，BM-MSCs可分化为成纤维细胞、脂肪细胞、成软骨细胞及成骨细胞等，还有分化为其他组织的潜能。动物实验及临床研究结果发现，移植自体或同种异体BM-MSCs，受体移植排斥反应较小，耐受性良好。可能与BM-MSCs免疫抑制特性有关，其具备低免疫原性和较低的抗原递呈能力，这种特性有利于移植的成功。BMMSCs免疫调节机制可能包括：①抑制T细胞增殖；②上调抑制性T细胞CD8+和CD28-；③抑制细胞毒性T细胞，逃避T细胞和NK细胞的识别[13]。

4 BM-MSCs与股骨头坏死

随着研究的深入，近年来对ONFH的具体发病机制有了新的认识，许多研究结果显示，凋亡在ONFH发生发展过程中也起到了重要作用，间充质干细胞（MSCs）的复制能力与ONFH相关[14]。MSCs成骨和脂肪分化能力改变与ONFH的病理机制有关。研究发现[15]，激素性ONFH，骨髓脂类堆积、髓腔压力增大是重要的病理过程，可能与MSCs向脂肪分化，导致MSCs的脂肪分化能力提高，ONFH早期脂肪细胞增多有关。动物实验显示，MSCs脂肪细胞分化与成骨细胞分化能力呈负相关，激素的干预可增强脂肪细胞的分化能力。研究显示[16]，激素诱导下脂肪生成增多、ONFH进展加快，细胞学和mRNA检测均可证实脂肪表达增多。

BM-MSCs对ONFH的治疗包括骨髓细胞移植、转基因MSCs移植及MSCs与相关生物活性物质共移植[17]。具体术式有髓芯减压结合多种骨髓移植术，骨髓包含成骨前体细胞（如MSCs），移植入坏死区域可起到治疗效果，而且髓芯减压能显著缓解髓腔高压症状，改善血流供应，减压通道可供BM-MSCs植入，修复坏死区，便于新骨生成，替代坏死骨组织[18]。

近年来，基因转染技术成为研究热点，有研究者采用基因转染和介入方法移植BM-MSCs，应用不同的载体材料将目标基因和BM-MSCs植入坏死区[19-20]。介入移植治疗避免了传统手术的开放性损伤，创伤更小，安全性高，是早期ONFH的治疗新方案。

5 小结与展望

间充质干细胞治疗ONFH具有较好的前期基础与广阔的应用前景，但缺少长期稳定的随访数据，细胞及基因相关诊疗技术也存在争议，因此，应进一步进行相关基础和临床实验及转化研究，为新的治疗策略提供理论基础。

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临床经验荟萃

收稿日期：（2016-01-15）

【文章编号】1672-7185（2016）02-0032-03

doi:10.3969/j.issn.1672-7185.2016.02.016

【中图分类号】R681.8

【文献标识码】A