脂肪干细胞治疗骨关节炎的研究现状及展望

陈忠义 叶嘉靖

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种常见的慢性关节疾病，是一种以关节软骨退变、软骨下骨硬化或囊性变、骨质增生、滑膜增生或炎症为表现的慢性关节病。关节软骨主要由Ⅱ型胶原蛋白和蛋白多糖组成，其结构改变导致软骨功能丧失[1]。OA最常见的发病部位是膝关节，其他还包括髋关节、手部关节、脚部关节和脊柱等大型负重关节[2]。OA最初的发病特征是关节内组织代谢的改变；接着是生理结构损伤，包括软骨退化、骨重塑、骨赘形成；最终导致正常关节功能丧失[3]。近年来，女性OA发病率增加了1倍，男性则增加了3倍[4]。目前60岁以上人群OA患病率约为12%，未来20年将明显增加[5]。OA发生的高风险因素包括遗传、肥胖、既往创伤史和年龄等。此外，软骨细胞产生的炎症介质（细胞因子、趋化因子和蛋白水解酶等）也是造成关节损害的因素之一[6]。疼痛是OA最初的症状之一，直接导致患者运动功能障碍和生活质量受损[5，7]。疼痛发生的原因和关节周围组织结构的改变有关，如滑膜炎症、软骨破坏和骨重塑等[8]。理想的治疗应先镇痛，再阻止软骨退化、修复软骨结构的损伤，最后再改善关节功能[9]。而传统的OA治疗方法，如物理疗法、氨基葡萄糖和软骨素补充、关节镜手术、软骨细胞植入、软骨下钻孔和微骨折等效果均不理想[10-11]。因此，人们希望能够找到一种更加方便可靠、创伤更小、疗效更佳的治疗方法，用来改进现有治疗手段的不足。随着医学及相关领域的迅速发展，再生医学利用干细胞以及细胞因子发挥治疗效应，已逐渐成为一种新的治疗OA的手段。脂肪干细胞（adipose derived stem cells，ADSCs）由于具有多分化潜能，用于软骨再生被认为是一个很有前景的选择[12]。ADSCs是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，属成体干细胞，来源于自身脂肪组织，因其来源丰富、获取方便、损伤小等优势近年来受到广泛关注。本文就ADSCs治疗OA的研究进展作一述评。

1 OA治疗的现状和存在的问题

目前OA患病率和发病率在全球范围内均明显增加，但是针对OA的治疗主要以对症缓解疼痛及控制炎症为主，并不能逆转关节组织的进行性退变，至今没有一种方法可以治愈OA[13]。常规的治疗方法包括非药物治疗、药物治疗以及外科手术治疗。非药物治疗包括健康教育、物理治疗、支具辅助、针灸推拿、减肥、增强关节周围肌肉力量及改变运动方式等；药物治疗包括口服消炎止痛药、氨基葡萄糖及中药治疗、局部注射糖皮质激素和透明质酸钠；手术治疗包括关节镜手术治疗，主要有关节镜下清理、冲洗、半月板成形术，关节镜下游离体摘除术，关节镜下钻孔减压术，截骨术（胫骨高位截骨、腓骨截骨等），人工关节置换术等。

传统的OA治疗方法存在很多的局限性和缺点，比如传统药物治疗后存在胃肠道甚至心血管不良反应的风险，关节腔内药物注射存在感染的风险。虽然目前人工关节置换术取得了非常大的成绩，但也局限在终末期OA，而且创伤大，并不是所有患者都能获得满意的治疗效果。一些外科治疗方法，如关节镜下自体软骨细胞植入和基质诱导自体软骨细胞植入等确实可以重建部分退化的软骨，但不能阻止OA的进展[14]。而且这些治疗需要额外的手术来获取自体软骨，可能出现移植处软骨整合不良与周围软骨的移植缺损[15]。

近年来，人们对富生长因子血浆（plasma rich in growth factors，PRGFs）的关注度也在提高。PRGFs是富血小板血浆制剂的一种，其含有中等浓度血小板、多种生长因子和纤维蛋白，但是不含白细胞，可以抑制炎症，缓解OA症状[16]。当PRGFs被注入关节腔时，纤维蛋白构成天然的三维支架，为种子细胞的增殖和分化提供良好的微环境，帮助生物软骨修复[17]。Raeissadat等[18]报道PRGFs关节腔内注射可以有效减少6个月内有症状的轻中度膝关节OA患者的疼痛，并改善关节的功能。

2 ADSCs的研究现状

2.1 ADSCs的来源 ADSCs来源广泛，且易于获取，获取时局部使用麻醉药即可，创伤也较小[19]。关于获取ADSCs的首例报道发表于2001年，它是从脂肪组织中分离出的血管基质成分中提取出来的[20]。在之后的十几年中，这类细胞引起了人们极大的关注，因为ADSCs已被证实对软骨再生有疗效，而且是安全的。Bashir等[21]报道ADSCs具有促血管生成、抗氧化和免疫耐受调节等作用，组织中的多能干细胞可合成介质（细胞因子、神经调节肽、营养因子）参与组织修复和调节炎症及免疫反应，而且可以被诱导分化为脂肪细胞、软骨细胞或骨细胞系谱。Bianchi等[22]发明了一种仪器，可以从很小的脂肪组织中分离出富含间充质干细胞又带有完整血管的脂肪提取物，而且已有学者在临床中将这种自体脂肪提取物直接进行关节腔注射来修复损伤的软骨[23]。ADSCs最主要来源于皮下脂肪组织，但近年来也有学者从髌上及髌下脂肪垫中获取ADSCs[24]。

2.2 ADSCs治疗OA的动物及临床研究 ADSCs作为一种新的治疗OA的方法已经进行了大量的动物实验研究，取得了非常好的效果。Dragoo等[25]将大白兔自身的ADSCs经过体外诱导后种植到纤维环支架上培养1周，最后移植到自身软骨缺损区，移植8周后进行检测，结果显示实验组大白兔表面软骨缺损区被透明样软骨填充，软骨下骨全部得以修复，实验取得了非常好的效果。Ahern等[26]使用马的动物实验模型，通过马自身的脂肪获取ADSCs注射到关节腔内来治疗关节疾病，结果同样取得了非常好的效果，且无明显不良反应。虽然ADSCs的临床运用还比较少，但是从已有的研究来看也取得了不错的效果。Koh等[27]将30例OA患者通过关节镜行关节腔清理后在关节腔内注射自体ADSCs，经过2年随访，疗效显著，不但疼痛缓解，而且功能也明显改善，最后通过关节镜检查证实其可有效促进软骨再生。Pak等[28]研究发现在老年膝OA患者关节腔注射自体ADSCs与富血小板血浆，效果显著，且治疗过程中均未发现明显不良反应。Koh等[29]报道使用相似方法取得了良好的结果。Jo等[30]报道18例OA患者，在膝关节腔内注射从自体脂肪中分离出的ADSCs，经过6个月治疗后，膝关节疼痛明显减轻，而活动度也增加，通过磁共振成像显示原膝关节软骨缺损处软骨厚度增加；通过关节镜检查确认原软骨缺损区域有了光滑的新生软骨，没有发现与实验相关的不良反应，证明了ADSCs治疗OA的安全性。Spasovski等[31]研究显示从膝OA患者皮下脂肪中提取ADSCs注入膝关节腔后，3个月时疼痛明显改善，6个月时达到最好的临床结果。Song等[32]使用ADSCs多次膝关节腔内注射治疗膝OA，经过平均96周的随访发现疼痛症状、膝关节功能及软骨面积方面都取得了明显改善。Lv等[33]分别在关节腔内注射自体ADSCs联合透明质酸钠与自体基质血管成分联合透明质酸钠，分别在术后12周及15周行磁共振成像评估软骨情况，结果显示关节腔内注射自体ADSCs联合透明质酸钠可以更好地促进软骨再生及阻止OA的进展。

3 总结与展望

OA已经成为老年人主要的健康问题，而且随着预期寿命的延长和社会老龄化的进展，这个问题会越来越严重，人们的生活方式和生活质量会因为关节疼痛和功能丧失而发生显著改变。传统的治疗方法已经无法满足患者的需求，因此需要找到一种新的治疗方法。ADSCs提供了一种新的细胞治疗途径，并且已经引起了人们的关注。它的出现为治愈OA带来了希望。虽然目前ADSCs治疗OA已成为当前的研究热点，而且取得了不错的效果，但仍主要处于基础实验研究阶段，运用到临床的研究还比较少，而且缺乏长期的随访研究，因此需要有更大的样本量及更可靠的研究来提供更高等级的证据。总之，ADSCs治疗OA是一项前景广阔的技术，值得期待。