单个核细胞治疗骨关节炎临床研究进展

张文博 赵东宝

细胞制剂关节腔内注射是近年来骨关节炎(OA)治疗的新趋势，干细胞和单个核细胞（MNC）是主要细胞类型。干细胞关节腔内注射治疗OA 展现了优良的临床效果和安全性，但我国干细胞产品均纳入药品管理，目前尚无任何新药上市，且除了新药报批周期长、开展应用的医院级别受限制外，还存在费用高昂等问题，限制了其临床广泛应用。MNC 是指具有单个细胞核的细胞总称，包含有干、祖细胞等多种异质性细胞群。研究证明，MNC 关节腔内注射对OA 有较好治疗效果，安全性高，且相比于干细胞，具有制备技术简单、设备要求低、制备时间短、费用低、污染少等优点，且手术室中可直接处理细胞，无需培养，一般医疗机构均可开展。为给大量OA 患者探寻一种便捷、经济、安全、可靠的临床治疗方法，本文对MNC 制备方法、主要成分及治疗OA 的有效性、安全性、可行性等进行综述。

1 MNC 治疗OA

1.1 骨髓单个核细胞治疗OA

临床研究发现，骨髓单个核细胞（BMNC）治疗早、中、晚期OA 均具有减轻疼痛、改善关节症状、提高关节功能、延缓或阻滞病程进展的效果，且安全性好。Rodriguez-Fontan 等[1]采用自体BMNC关节腔内注射治疗Kellgren-Lawrence （K-L）分级Ⅰ～Ⅱ级（膝关节）和Tönnis 分级Ⅰ～Ⅱ级（髋关节）的OA 患者，发现关节腔内注射自体BMNC 可使西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(WOMAC)从基线的40.8%±18.3%改善到20.6%±17%，满意度达到63.2%，64%的患者达到了9.15 分的最低限度临床重要差异临界值，且安全性好。Goncars 等[2]采用BMNC 单次关节内注射治疗了K-L 分级Ⅱ级和Ⅲ级的KOA 患者，结果显示单次注射BMNC可明显改善早期临床症状，随访12 个月，膝关节损伤与骨关节炎评分(KOOS)改善15.3 分，膝关节协会评分（KSS）改善21.45 分，功能评分改善27.08 分，全器官磁共振成像评分(WORMS)由44.31 分改善到42.93 分，且注射BMNC 后未见不良反应；表明单剂量注射BMNC 可部分降低Ⅱ级和Ⅲ级KOA 患者的临床症状，减少关节结构组织退行性改变。Themistocleous 等[3]回顾性评估单次注射BMNC 的121 例K-L 分级Ⅲ～Ⅳ级KOA(121个膝关节)的临床疗效和安全性，结果显示平均随访11 个月（6～30 个月）时，平均神经病理性疼痛量表评分(NPS)从术前8.33 分减少到术后4.49 分，平均牛津膝关节评分(OKS)从术前20.20 分增加到术后32.92 分，且无并发症发生；因此认为，单次关节内注射BMNC 是一种安全可靠的治疗KOA 方法。Kim 等[4]研究自体BMNC 关节内注射治疗K-L分级Ⅰ～Ⅳ级膝关节退行性关节炎的效果，结果显示注射BMNC 后3、6、12 个月，疼痛视觉模拟评分(VAS)由术前7.0 分分别降至4.1 分、3.5 分、3.3 分，国际膝关节文献委员会膝关节主观评估表(IKDC 评分)从术前37.7 分提高到59.3、66.3、69.3分，健康状况调查问卷SF-36 评分从31.5 分提高到43.5、45.6、47.7 分，膝关节和骨关节炎结局评分从43.1 分 提 高 到64.9、68.5、70.6 分，Lysholm 膝关节功能评分从37.3 分提高到65.4、68.6、71.0 分，证明BMNC 关节内注射能明显减轻膝关节退行性关节炎患者疼痛，改善膝关节功能。

目前一般认为，干细胞在MNC 治疗OA 中发挥了较重要的作用，特别是在修复软骨损伤、延缓病程进展中，但目前尚未有MNC 内干细胞含量与临床治疗OA 效果的相关分析报道。骨髓干细胞数量和活性受年龄影响较大，而OA 患者一般年龄较大，BMNC 是否是治疗OA 的理想选择，尚不得而知。此外，BMNC 获取需进行骨髓穿刺，因此创伤较大，患者依从性较低。

1.2 脂肪单个核细胞治疗OA

1.2.1 消炎止痛

疼痛是OA 的早期警示信号,也是OA 的主要症状。在OA 中，炎症细胞侵润滑膜等关节组织，释放白细胞介素（IL）-1β、IL-6、IL-8、IL-15 和肿瘤坏死因子(TNF)-α 等炎症介质，引起关节痛觉感受器阈值降低及敏感性增高，导致疼痛产生与发展[5]。Lapuente 等[6]的回顾性非对照研究评估50 例K-L 分级Ⅲ或Ⅳ级的双侧KOA(100 个关节)患者临床资料，在每个关节接受了3.21×106±0.44×106浓度、7 mL体积的脂肪单个核细胞（SVF）细胞悬液关节腔内注射1 年后，患者疼痛水平和炎症因子表达改变，SVF 治疗使Ⅲ级KOA 患者的VAS 评分由初始平均值7.08 分降低到2.12 分，Ⅳ级KOA 患者的VAS 由7.70 降低为3.96，炎症因子L1-β 表达下降32.26%，IL-6 表达下降58.25%，IL-8 表达下降36.77%，抗炎因子IL-10 表达上升70.80%。Santoprete 等[7]回顾性分析84 例接受关节内注射SVF 的KOA(K-L 评分≥2)患者临床资料, 治疗12 个月后，疼痛数字评分(NRS)从术前平均（5.8±1.3）分改善至（2.3±0.9）分；WOMAC 疼痛评分从（9.67±3.45）分降低到（2.65±3.45）分；60%患者在术后能停止使用所有止痛药，而其余40%患者能减少每天止痛药摄入量。Mehling 等[8]对经自体SVF 治疗的350 例髋关节OA 和KOA 患者临床资料进行回顾性研究，其中受累部位包括膝关节(63%)、髋关节(31%)、膝关节伴髋关节(6%)，经临床和X 线或MRI 检查诊断为Ⅱ期64 例(18.3%)，Ⅲ期63 例(18%)，Ⅱ～Ⅲ期57例(16.4%)，Ⅲ～Ⅳ期50例(14.3%)，Ⅳ期27例(8%)。该研究显示，SVF 治疗7 d 后，45.2%的患者感到疼痛水平有所改善；治疗后3、6、12 个月，疼痛水平改善的患者者分别达到75.3%、84.4%和84.9%。Garza 等[9]前瞻性双盲随机对照研究不同剂量SVF关节内注射治疗KOA 的有效性和安全性，高剂量治疗组采用3.0×107个SVF 细胞，低剂量治疗组采用1.5 ×107个SVF 细胞，安慰剂对照组采用0 个SVF 细胞。该研究显示，注射后6 个月，高剂量组、低剂量组和安慰剂组WOMAC 评分中位数百分比分别为83.9%、51.5%和25.0%，高剂量组优于低剂量组；治疗12 个月时下降更明显，且无严重不良事件报告。该研究表明，关节内注射SVF 可明显减轻KOA 症状和疼痛，是一种安全、有效的治疗KOA 的方法,且有剂量相关性。

可见，SVF 治疗可以减轻OA 疼痛，病变早期治疗效果好于晚期，高剂量优于低剂量，抗炎作用可能是降低疼痛的主要机制之一，但SVF 治疗OA 的最合适剂量尚缺乏系统研究。

1.2.2 修复关节软骨损伤及促进软骨再生

OA 是以关节退行性变、关节软骨破坏为主要病变的慢性关节病，理想的治疗方案应是先镇痛，再阻止软骨退化，修复软骨结构损伤，从而改善关节功能[10]。2011 年，Pak 等[11]进行了首次自体SVF 治疗OA 疗效的病例系列报道，1 例70 岁的韩国女性OA 患者存在超过5 年的右膝关节疼痛,多次注射类固醇和透明质酸（HA）无效，SVF关节腔内注射治疗12 周后，MRI 检查显示内侧半月板软骨和关节软骨厚度增加；另1 例79 岁的韩国女性由于OA，有超过7 年的双侧膝关节疼痛史，多次注射类固醇和HA 无效，SVF 关节腔内注射治疗12 周后，MRI 检查显示软骨再生。该研究认为，63%接受自体SVF 的患者软骨缺损得到改善。Bansal 等[12]研究发现，SVF 治疗的10 例KOA患者中有6 例患者在治疗后1 年MRI 检查显示软骨厚度至少增加了0.2 mm。Koh 等[13]二次关节镜观测了16 例经SVF 治疗的KOA 患者，发现87.5%的患者术后至少2 年内软骨状况得到改善或保持不变。Tran 等[14]一项单中心非随机的对照研究采用SVF 治疗33 例KOA 患者，结果显示治疗后24个月骨髓水肿均减轻，12、24 个月后软骨损伤程度Outerbridge 评分从（3.0± 0.8）分分别下降到（2.7± 0.7）分和（2.0± 0.7）分。Lapuente 等[6]回顾性评估SVF 治疗50 例双侧KOA 患者临床资料，治疗后1 年, 分解代谢和促炎因子如基质金属蛋白酶（MMP）-2、IL-1B、IL-6 和IL-8 等表达显著减少，而合成代谢和抗炎因子如胰岛素样生长因子（IGF）-1、IL-10 等表达显著增加，其中MMP-2 表达下降80.24%，IGF-1 表达上升330.64%。

以上实验证明，SVF 治疗KOA 确实具有阻滞OA 关节软骨损伤进展、修复软骨缺损、促进软骨再生的作用，可抑制分解代谢及促炎分子表达，促进合成代谢及抗炎分子分泌。

1.2.3 改善关节功能

Bansal 等[12]采用一次性关节腔内注射SVF 治疗特发性KOA，治疗后3 个月、6 个月、1 年、1.5年和2 年，WOMAC 平均总评分分别自治疗前的64 分 显 著 降 低 至52 分、46 分、42 分、38 分、41分，关节僵硬评分从基线时的6 分减少到5 分（3、6 个月时）和4 分（1、1.5、2 年时），关节功能障碍评分从基线的50 分下降到44 分、38 分、32 分、30 分、31 分，6 分钟步行距离自治疗前的1 310 英尺提高到1 400 英尺（3 个月时）和1 400 英尺以上（6 个 月、1 年、1.5 年 和2 年 时）。Fodor 等[15]采用一次性注射3 mL 1 410 万个SVF 治疗KOA，治疗后3 个月膝关节活动度（ROM）平均增加10°，计时-起立-行走测试(TUG)平均时间减少2.6 s。Tsubosaka 等[16]采 用SVF 治 疗57 例KL 分 级Ⅰ～Ⅳ级的KOA 患者，手持式测力仪进行ROM和膝关节伸展、屈曲肌力检测，发现ROM 基线为-6.0°～131.3°，治疗后1、3、6、12 个月分别改善 到-4.8°～133.9°、-4.3°～134.3°、-3.7°～134.5°、-3.5°～132.6°；膝关节肌肉伸、屈力基线分别为202.5 Nm、99.5 Nm，术后1、3、6、12 个月分别改善到198.9 Nm 和108.2 Nm、219.0 Nm 和116.6 Nm、235.4 Nm 和124.2 Nm、261.9 Nm 和126.8 Nm。

可见，SVF 治疗OA 具有明显改善关节功能的作用，且一次性注射可能维持治疗效果1 年以上，但多长时间注射1 次SVF 及多次注射是否能长期保持治疗效果，尚缺乏大样本、长周期的研究。

2 MNC 与HA 关节内注射治疗OA 的效果比较

HA 是人体组织、细胞间质内一种固有成分，对细胞和组织器官起到润滑与滋养的作用。HA 关节内注射是目前临床治疗OA 的常用方法，具有缓解疼痛、改善症状的功能。关节腔内注射细胞制剂成为研究热点后，有研究比较BMNC 与HA关节内注射治疗OA 的效果与安全性。Goncars 等[17]的前瞻性随机对照临床试验研究关节腔内注射BMNC 与HA 治疗KOA 的效果与安全性，治疗组患者28 例（K-L 分级Ⅱ级9 例，Ⅲ级19 例），对照组28 例（K-L 分级Ⅱ级7 例，Ⅲ级21 例），治疗组一次性BMNC 关节内注射，对照组HA 关节内注射1 周1 次，共3 次，分别于注射前及注射后3、6、12 个月进行KOOS 和KSS 评分。该研究结果显示，注射BMNC 后第1 周疼痛减轻，疼痛减轻和其他OA 症状改善持续超过12 个月，而HA 注射也有减轻疼痛和改善OA 症状的效果，但效果比BMNC 差，特别是随着时间延长，临床疗效差异增大；K-L 分级Ⅱ级和Ⅲ级组间临床改善无统计学差异；注射BMNC 和HA 后均未见不良反应。李国立等[18]研究显示，玻璃酸钠治疗OA 后3 个月内效果较为明显，而自体SVF 治疗OA 效果可以延长至6 个月以后，且自体SVF 治疗效果优于玻璃酸钠治疗。

3 MNC 治疗OA 的安全性

Shanmugasundaram 等[19]统计分析了包括经4 008 次SVF 关节腔内注射治疗3 914 例K-L 分级Ⅰ～Ⅳ级OA 患者的并发症，发现注射关节反应性积液是最常见的并发症，发生率为0.28%，但均较轻微；供体部位除了轻微不适、水肿、硬化外，没有严重并发症，只有1 例发生膝关节感染，没有与注射SVF 相关的肿瘤形成；在随访时间内，患者中无症状恶化，也无一例需全膝关节置换术。关节腔内注射SVF 出现关节疼痛、肿胀、积液是常见的反应，报道的发生率（0.28%～37%）差异较大[19-21]，但一般较轻微且持续时间在1 周内，经冷敷、常规口服非甾体类抗炎药后缓解或自行缓解。

Chahla 等[22]对1980 年 至2016 年 发 表 的BMNC 治疗膝关节软骨缺损和KOA 的相关文献进行了有效性和安全性研究，结果显示所有3 项关于OA 的研究和所有8 项关于局灶软骨缺损的研究均报道了使用BMNC 的良好或优秀的总体结果，没有发现与注射BMNC 有关的严重不良事件发生。BMNC 关节内注射最常见的不良事件是关节肿胀和疼痛。Centeno 等[23]研究了616 次自体BMNC 单独治疗518 例KOA 患者与224 次BMNC 联合脂肪移植物治疗163 例KOA 患者，结果显示BMNC 单独治疗关节肿胀和疼痛的发生率为3.7%，BMNC联合脂肪移植物治疗关节肿胀和疼痛的发生率为5.8%。Kim 等[4]研究发现，采用BMNC 关节腔内注射治疗41 例退行性膝关节炎患者（75 个膝关节），结果69 个膝关节（92.0%）出现关节肿胀，31 个膝关节（41.3%）出现疼痛，肿胀平均出现在治疗后2 周(1.5～4 周)，持续约8 周(2～13 周)，疼痛平均出现时间为1.3 周(术后立即～4 周)，持续时间约为4 周(2～9 周)，然后疼痛改善。

总体来看，MNC 治疗OA 安全性较好，无严重不良反应。注射MNC 可引起被注射关节疼痛、肿胀、积液等并发症，发生率差异较大的原因可能与制备MNC 的质量有关，从目前报道的文献来看，几乎无MNC 质量检测的报告，可见对临床级MNC 质量检测及控制应是临床开展MNC 治疗OA必须的程序。

4 结语

MNC 关节腔内注射治疗OA 通过抑制分解代谢和促炎因子表达，促进合成代谢和抗炎因子分泌，以及MNC 内干细胞组分向软骨细胞分化，起到了消炎止痛、修复关节软骨损伤、促进软骨再生、阻止或延缓病程进展的作用。该方法不良反应小，可接受度高；细胞获取操作简单，无需体外培养扩增；对医疗机构的级别和设施要求较低；具有较好的有效性、安全性和可行性。但是，目前对MNC 种类选择、注射剂量、次数、观察指标尚未达成共识；临床级MNC 质量控制是治疗效果发挥和减少不良反应发生的基本保障，因此进行MNC 质量控制势在必行；OA 是一种慢性进行性疾病，MNC 关节腔内注射可以维持多长时间，亦应进行深入研究。此外，目前临床仅开展了BMNC、SVF 治疗OA 的研究，而外周血MNC 也具有抗炎、促进OA 软骨再生的作用[24-26]，且获取创伤小，患者接受度高，应是MNC 治疗OA 临床研究的新方向。