“软骨组织工程种子细胞的研究进展”点评

周广东

(1.上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科 上海市组织工程重点实验室 上海 200011；2.组织工程国家工程研究中心 上海 200240)

软骨缺损的结构修复与功能重建仍是目前临床治疗的难题。近年来,新兴起的组织工程与再生医学技术为软骨修复重建提供了新方向。经过几十年的发展,软骨组织工程技术获得了很多重要进展。尽管如此，该技术目前仍未进入大规模的临床应用，其首要瓶颈在于缺乏适合临床应用的种子细胞来源。尽管前期很多研究已经提示软骨细胞、成体干细胞、胚胎干细胞、多能干细胞等具有较强的软骨再生能力，但这些种子细胞在软骨再生领域中的应用前景如何？在临床转化过程中将会面临哪些挑战？针对这些问题，该文展开了较为详细的综述。

1 软骨细胞

文中详细描述了软骨细胞的主要特点及其目前的研究进展。软骨细胞是软骨组织工程的经典种子细胞，其最大的优势是软骨再生稳定性好。但人体内可供利用的软骨组织来源极为有限，大量扩增后极易发生老化、去分化。这些局限性一直是限制软骨细胞进一步临床转化的重要因素。尽管软骨细胞极易去分化，但是调控软骨细胞重分化、恢复其功能的方法也非常多，比如三维培养、细胞因子诱导、力学刺激等。遗憾的是，目前尚未找到一个切实有效的软骨细胞重分化调控体系。组织工程学是一门交叉学科，与细胞生物学、分子生物学及材料学等有着千丝万缕的联系。因此，随着这些相关学科的进一步发展以及研究者对软骨细胞更深入的认识，未来有望找到一个能有效调控去分化软骨细胞功能的培养体系。目前，通过体外大量扩增获取足够细胞量已不是技术难题，如能有效解决软骨细胞去分化问题，那么软骨细胞来源不足这一难题将迎刃而解。因此，我认为软骨细胞仍然是未来软骨组织工程技术最有临床应用前景的种子细胞来源。

2 骨髓间充质干细胞

正如文中所述，骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是软骨再生领域中应用最广、发展最快的成体干细胞。主要原因在于其软骨形成能力极强、关节微环境的软骨再生稳定性很好，更重要的是获取细胞时无继发组织损伤。因此一直是软骨再生的热点。然而，BMSCs最大的不足是在皮下环境的骨化问题。与软骨共培养虽然能稳定其皮下环境的软骨再生，但这一模式创伤相对大，患者很难接受，因此临床上很难推广。尽管前期研究发现软骨调节素-1可能是共培养体系中稳定BMSCs成软骨分化的重要细胞因子[1-2]，但我的前期研究发现单纯上调软骨调节素-1并未能有效避免BMSCs骨化(文章尚未发表)。由此可见，软骨细胞共培养抑制骨化的根本机制仍需进一步探讨。实际上，BMSCs的成骨能力较成软骨能力强，我认为其在关节骨、软骨缺损的修复重建中更具优势。

3 脂肪干细胞

脂肪干细胞(adipose derived mesenchymal stem cells， ADMSCs)来源广、容易获取、具有多向分化潜能，是目前组织再生的热点之一。文章提及目前有诸多研究将ADMSCs应用于关节软骨修复重建中，且有将同种异体，甚至异种细胞应用于关节软骨再生并获得成功的报道。尽管如此，我在前期研究发现，ADMSCs的体内、体外软骨形成能力明显较软骨细胞、BMSCs等差。因此，该细胞能否在临床应用中大力推广仍值得进一步验证。此外，有关同种异体或者异体ADMSCs修复关节软骨缺损的有效性仍值得推敲，特别是体内长期转归如何？免疫排斥反应是否会加重后期软骨病变？有关这些问题值得建立模拟临床的大动物模型长期随访以进一步明确。

4 胚胎干细胞

胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)虽具有强大的分化潜能，但这强大的分化能力同时是一把双刃剑。这些细胞群虽可分化成各种成熟的成体细胞，但也有较高的肿瘤形成风险。有研究尝试通过细胞表面标记物分选特定细胞以降低其致瘤风险，但这些研究目前仍处于较为初级的阶段，离实际的临床应用仍有较远的距离。此外，ESCs面临的一个重要挑战是伦理问题，这是目前争议较多的问题。不同国家及地区对ESCs的应用持不同的态度，因此，要大力推广难度较大。尽管如此，对无法利用自体软骨细胞或其他成体干细胞的患者而言，ESCs无疑是十分合适的种子细胞来源，但免疫排斥问题仍需有效解决。

5 诱导多能干细胞

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells， iPSCs)是Takahashi等[3]在2006年通过将终末分化的成纤维细胞重编程获得的多功能干细胞。这是细胞生物学领域的伟大发现。此后，有关iPSCs在各个领域的应用研究迅速兴起，其在软骨再生领域的研究也有诸多进展。但经过10余年的发展，基于iPSCs的软骨组织工程技术在大动物研究乃至实际临床应用中均未获得重要突破。其主要原因在于，iPSCs是通过慢病毒将Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4等转录因子转入成体细胞内获得，慢病毒的转染以及外源性基因的导入是否会引起宿主细胞的瘤变、畸变？是否会改变人类的遗传信息？有关这些问题目前均未明确。因此，生物安全性仍是iPSCs面临的最大挑战。要明确这些问题进一步实现其临床应用转化，或许还需数十年甚至上百年的有效性、安全性验证。

6 经血源子宫内膜干细胞

经血源子宫内膜干细胞(menstrual blood-derived mesenchymal stem cells, MenSCs)与iPSCs均是近10年来组织再生领域的研究热点，同时也是软骨组织工程的新型种子细胞来源。子宫内膜在女性的一生中，脱落再生和成熟有400次循环[4]，这说明这些细胞具有非常强大的再生能力。因此，如果其软骨形成能力足够强大，那么将是非常理想的种子细胞来源(获取无继发组织缺损，可反复取材，无伦理问题)。有研究证实，MenSCs具有较强的软骨形成能力，但实际上关于MenSCs的软骨形成能力目前仍存在较大争议[5]。如Chen等[5]报道MenSCs的软骨形成能力显著低于BMSCs。因此，有关MenSCs的软骨再生能力问题，仍需全面、科学、合理的评估。

7 展望

自软骨细胞首次被分离培养以来，组织工程技术便获得了前所未有的发展。基于软骨细胞的组织工程软骨修复重建技术获得了诸多进展，临床试用也获得了一定成功。但软骨细胞扩增后的去分化问题、继发组织缺损问题仍是其进一步发展的瓶颈。近年来有关调控软骨重分化的研究也获得了很多重要发现，这些研究将为软骨细胞的临床转化提供重要研究基础。

除了软骨细胞、BMSCs等经典的种子细胞外，近年新开发的如MenSCs、ESCs、iPSCs等为软骨组织工程技术的临床应用提供了新方案。当然，正如文中所描述的那样，这些细胞的进一步发展仍面临诸多挑战，如BMSCs的皮下骨化问题，ADMSCs、MenSCs的软骨形成能力问题，iPSCs、ESCs的免疫排斥问题、生物安全问题等。此外，除了文中提及的这些细胞外，还有脐带血干细胞、滑膜干细胞等均具有一定的软骨形成能力，在后续的研究中也可作为软骨再生的候选种子细胞。尽管目前的各类种子细胞在临床应用转化中均面临着各种挑战，但随着细胞生物学、分子生物学、材料学等相关学科的发展与促进，目前的挑战与瓶颈问题在未来将会获得有效解决。