不同来源间充质干细胞在骨性关节炎及软骨缺损治疗中应用的研究进展

王艾彤，肖建辉(遵义医学院附属医院，贵州遵义563000)

骨性关节炎是一种关节软骨的退行性疾病，其病理特征为关节软骨缺乏血液供应，受损后自我修复能力不足，后期可引起关节软骨退化、疼痛和关节僵硬[1]。骨性关节炎的保守治疗药物主要是非甾体类抗炎药，手术以全膝关节置换术为主[2]，但治疗效果均欠佳。间充质干细胞(MSCs)是最具代表性的成体干细胞，来源丰富、制备简单，是再生医学领域最有临床应用前景的种子细胞[3]。MSCs具有良好的免疫调节活性和旁分泌能力，能够释放合成细胞因子并直接分化成特异性结缔组织细胞，迁移到损伤部位，刺激祖细胞增殖，抑制软骨细胞凋亡和软骨变性，促进组织修复，且不会影响周围未受损软骨细胞的正常生理活动，对于骨性关节炎及软骨缺损的治疗具有重要意义[4,5]。本文就不同来源MSCs在骨性关节炎及软骨缺损治疗中的应用研究进展作一综述。

1 骨髓间充质干细胞(BMSCs)

从骨髓中分离的MSCs具有易分离、易增殖和高分化潜能等优势，在培养基中添加特定物质，如转化生长因子β(TGF-β)、地塞米松、抗坏血酸等，可诱导BMSCs向软骨细胞分化，且移植BMSCs后机体不会发生排斥反应[6]。王鲲等[7]用大鼠BMSCs移植治疗高原大鼠股骨缺损模型，结果显示BMSCs能增加碱性磷酸酶阳性染色。有研究采用大鼠BMSCs移植治疗大鼠半月板缺损模型，结果显示BMSCs能有效促进半月板再生，抑制膝关节骨性关节炎的发展[8]。兔BMSCs联合支架材料治疗软骨缺损动物模型疗效亦明显。Shi等[9]在紫外光下交联小分子Kartogenin与兔BMSCs治疗兔关节软骨缺损模型疗效显著；有研究组将兔BMSCs与磷酸钙骨水泥复合物植入新西兰兔骨-软骨缺损模型，结果发现实验组成骨细胞数量多于非细胞移植组，骨小梁出现时间早于非细胞移植组[10]。此外，采用BMSCs移植治疗骨性关节炎和软骨缺损时，合理添加生物活性因子可发挥明显的协同增强效应。Heck等[11]研究发现，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)激动剂可抑制滑膜炎症，使BMSCs成功分化为功能性软骨。因此，BMSCs对骨性关节炎和软骨缺损的治疗均具有积极作用，但是骨髓抽吸物获取BMSCs数量过少，仅能从吸出物中分离出0.001%～0.02%的单核细胞，且存在引起供区并发症的风险。此外，BMSCs的分化能力与供应者年龄密切相关，供体年龄越大，BMSCs分化能力越低，治疗效果越差。

2 脂肪间充质干细胞(ADSCs)

脂肪组织也是MSCs的重要来源，在实验室可以侵入性较小的方法获得300倍BMSCs数量的ADSCs。抽脂手术产生的医疗废弃脂肪组织也是分离ADSCs的重要原料，且分离方法比制备BMSCs更简便。ADSCs在治疗软骨损伤方面具有一定的优势。骨质疏松供体BMSCs的数量和质量降低，但ADSCs不受骨质情况的影响[12]。ADSCs体积较小，增殖能力更强、可传代次数多、干性特征更稳定。骨形态发生蛋白能促进ADSCs分化为软骨样细胞，ADSCs联合支架材料已成功用于靶向治疗骨性关节炎和软骨缺损，并取得较好效果。有研究组使用壳聚糖水凝胶混合兔皮下脂肪层提取的ADSCs移植至兔软骨缺损模型，结果显示未引起异物炎症反应，软骨缺损处逐渐生成透明软骨样组织[13]。Moutos等[14]将ADSCs移植入白细胞介素1受体拮抗剂和聚己内酯构建的支架内，结果发现可形成有效的软骨构建体，该软骨构建体对受损软骨具有良好的修复作用；同时该研究证实ADSCs能旁分泌抗炎细胞因子，明显减少炎症反应的发生。

3 滑膜间充质干细胞(SMSCs)

关节腔内的滑膜组织也存在一定数量的MSCs。早在本世纪之初，比利时Luyten研究组成功从人滑膜组织中分离SMSCs，而且发现供体年龄、冷冻保存和细胞传代数均不会影响SMSCs的分化潜能。滑膜可通过关节镜以低侵入性方式获取，因此制备SMSCs时供体所受伤害较小。以往研究表明，SMSCs比与供体匹配的其他MSCs具有更强的成软骨分化潜能，提示SMSCs移植治疗软骨缺损的效果更好[15]。Santhagunam等[16]采用动态培养法培养SMSCs，结果显示其呈自动向软骨细胞分化的趋势。其他MSCs移植治疗骨性关节炎和软骨缺损短期内即有一定治疗效果，但在移植24周后疗效开始减退，而SMSCs移植治疗的中长期疗效较明显，且疗效稳定。分析原因，SMSCs形成的组织是透明软骨，更适应关节内微环境[17]；SMSCs作为关节软骨主要内环境因子，其修复受损软骨特异性较强。临床试验结果提示，SMSCs能促进机体产生透明软骨以修复软骨缺损组织，患者术后随访3年定性组织学评分和膝关节Lysholm评分均有所改善[18]。

4 外周血间充质干细胞(PBMSCs)

PBMSCs一直颇受争议，直到2000年Zvaifler才从外周血中分离出非造血干细胞PBMSCs，但现有的分离方法分离效率较低[19]。单层培养环境中，在添加TGF-β3的情况下PBMSCs会形成软骨样细胞并分泌Ⅱ型胶原，其产生蛋白聚糖的浓度与BMSCs相似，但仍然低于软骨细胞。Frisch等[20]借助重组相关腺病毒载体感染PBMSCs，以实现长期高表达TGF-β，结果显示其增殖和成软骨分化能力均明显增强。有研究将新西兰兔同种异体PBMSCs直接原位注射到兔液氮冷冻股骨头坏死模型关节腔内，结果显示治疗8周开始出现较多的新生骨小梁和骨髓组织，修复效果显著[21]。在临床上，软骨缺损患者需首先行软骨下钻探手术，术后1周获取自体PBMSCs，将其混合透明质酸注射至关节腔，1周内重复注射4次，共5次，二次镜检结果显示机体新生成的透明软骨与天然软骨整合良好[22]。

5 人羊膜间充质干细胞(hAMSCs)

羊膜来源于胚胎早期产物，具有较低的免疫原性，属于医疗废弃物，无伦理道德问题约束。hAMSCs取材方便、来源广泛，还具旁分泌和自分泌功能，可分泌免疫抑制因子、神经营养因子等多种生物活性因子。hAMSCs衍生自胚胎发育过程中的中胚叶和外胚层，分布在羊膜上皮单层下面的胶原基质中，但有关hAMSCs成软骨分化及其治疗骨性关节炎、软骨缺损的报道较少。Wei等[23]的体外研究结果显示，在含有重组人骨形态发生蛋白2(rHuBMP-2)的情况下，hAMSCs培养2周即可检测到成软骨相关蛋白表达；其将hAMSCs植入含有rHuBMP-2的细胞扩散室后，共同移植入大鼠软骨缺损模型，结果显示移植5周后可观察到软骨细胞形成并存在Ⅱ型胶原沉积。

6 其他来源的MSCs

MSCs也能从骨膜、小梁骨、脐带血、羊水和骨骼肌中分离得到。在TGF-β存在的条件下，骨膜祖MSCs和脐带血MSCs均可诱导分化成软骨细胞谱系[24]。骨膜MSCs已经成功应用于修复体内软骨缺损模型，骨膜MSCs在传代过程中表型稳定且增殖能力强，但受限于供体，可获得性较低。脐带血与骨髓或脂肪组织相比，分离效率低但增殖效率高。李兴福等[25]使用人脐带血MSCs与人关节软骨细胞直接共培养，结果显示在其细胞比例为5∶1时，具有诱导效率高、成本低、避免软骨细胞发生去分化、可稳定保持软骨表型等优点。在缺氧环境下，培养人脐带血MSCs向软骨细胞分化可避免软骨肥大的发生[26]。肌肉中获取的MSCs类似于BMSCs，分化能力强，但其依赖于供体性别，男性肌肉来源的MSCs具有更高的软骨形成分化和软骨再生潜力。有研究表明，经过基因修饰的MSCs能提高组织修复能力，如使用BMP-2重组腺相关病毒感染小鼠BMSCs，同时使用小鼠α4整合素质粒瞬时转染，可显著提高细胞归巢能力，明显改善卵巢切除小鼠的骨骼生长[27]。

综上所述，MSCs移植修复骨性关节炎及软骨缺损拥有广泛的应用前景，并已逐渐用于局灶性缺陷和广泛性骨性关节炎的临床治疗。但是临床上仍存在许多亟待解决的问题：①安全性。MSCs来源广泛，有些MSCs注射后机体会发生轻度不良反应，最严重的是长期培养的MSCs可能会促进肿瘤生长和转移。②有效性。这一问题既涉及到种子细胞来源，同时又与治疗方案(移植数量、移植方式、移植途径等)、受体治疗窗口期(治疗时机)以及适应证等密切相关，尚需加强基础研究。③可控性。目前干细胞移植的临床研究不足，尚未建立可操作的技术体系，加之各大医院治疗水平问题，导致干细胞临床应用问题较多。

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