富血小板血浆治疗腰椎间盘突出症的研究进展

李 谦

(天津市滨海新区中医医院骨伤科,天津市滨海新区 300451)

【提要】 腰椎间盘突出症是现阶段我国临床中较为常见的疾病,其不但严重影响患者的正常生活及工作,同时也带来巨大的社会负担。当前,自体富血小板血浆(PRP)治疗腰椎间盘突出症是较为新颖的治疗方式,虽然医学界对PRP的关注越来越多,但仍需可靠的临床证据证明其实用性及有效性。深入探讨PRP治疗腰椎间盘突出症有助于更好地理解PRP治疗的病理生理机制、制备方式和修复作用,从而为PRP的临床应用提供依据。

腰椎间盘突出症是现阶段我国临床中较为常见的疾病,其临床症状多为腰痛和坐骨神经痛,部分患者出现下肢放射性疼痛、麻木[1]。腰椎间盘突出症不但严重影响患者的正常生活及工作,同时也带来巨大的社会负担。目前临床治疗腰椎间盘突出症的方式很多,但各种治疗方式的效果均差强人意,不能从根本上阻止或治疗腰椎间盘退变。近年来,学者力求在生物学治疗方式中找到能够有效修复或再生腰椎间盘的方法,以期从本质上预防腰椎间盘突出症的发生。治疗腰椎间盘突出症的生物学方法包括生长因子输注治疗、细胞治疗、组织工程材料植入、基因治疗等,其中开展较早、应用较广泛的是生长因子输注治疗,其疗法操作简单,技术难度较小,现已成为修复或再生腰椎间盘的有效治疗方法。因此,生长因子输注治疗可在临床大规模推广,具有较好的研究前景。现阶段已知的多种生长因子都可起到减缓腰椎间盘突出症病情进展等效果,并能够对腰椎间盘起到修复作用,但在腰椎内输注单一的生长因子,对腰椎间盘的修复效果不明显。为提升生长因子的治疗效果及延长其疗效持续时间,有学者尝试使用多种生长因子输注治疗,结果证实其修复作用显著提高[2-3]。富血小板血浆(platelet rich plasma,PRP)是自体的活性物质,含有大量生长因子,多种生长因子均具有刺激细胞增殖、增强细胞功能、减缓细胞死亡等作用,能够较大地改善腰椎间盘内环境。现就PRP治疗腰椎间盘突出症的研究进展进行综述。

1 PRP的分类及概述

1.1 分类 根据PRP中的白细胞及纤维蛋白含量,PRP制备液主要分为四种类型。(1)纯富血小板纤维蛋白:含有较少的白细胞及较低浓度的纤维蛋白;(2)富白细胞:含有大量的白细胞及较低浓度的纤维蛋白;(3)纯富血小板:含有较少的白细胞及较高浓度的纤维蛋白;(4)富白细胞富血小板纤维蛋白:含有大量的白细胞及较高浓度的纤维蛋白。

1.2 概述 PRP是一种含高浓度血小板的自体血浆。20世纪50年代起国外便研究PRP在临床中的应用,我国最早报道关于PRP的研究文献是在20世纪80年代末,且相关研究在近年得到了长足的发展。PRP中血小板含量较多,其含有较多的生物因子、细胞因子等物质,能够起到促进细胞繁殖和组织修护的作用[4],因此PRP应用于临床骨科的相关报道较多。有研究显示[5]PRP治疗骨科疾病的效果较好,但现阶段PRP治疗的适应证和禁忌证尚不明晰,使其在临床及各项实验中出现较多问题。

PRP是全血经离心后提取出的浓缩血小板,其含有高浓度的生长因子。PRP的收集方法简单便捷,最大限度地减少了血液性疾病传染的发生,治疗相对安全可靠。PRP经激活后可释放出大量的生长因子用于组织修复,如转化生长因子-β1、血小板衍生生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子和表皮生长因子等。PRP还含有多种抗炎因子,如可溶性肿瘤坏死因子受体、白细胞介素-1受体拮抗剂、白细胞介素-4、白细胞介素-10和白细胞介素-13等[6]。PRP中的黏附因子、趋化因子等可引导内源性细胞转移至身体损伤部位,参与组织修复及再生过程。各种因素相互配合,加速组织细胞增殖和细胞外基质合成,进而促使机体组织恢复。PRP能够缓解及逆转腰椎间盘的退变,且以其突出的止血、抗炎、促使细胞增殖的能力,为腰椎间盘突出症提供了可靠的生物治疗方式。

2 腰椎间盘突出症的发病机制

腰椎间盘是一种较为特殊的组织结构,其主要作用是连接相邻椎体,给脊柱提供微动,并吸收震荡传导、抵抗拉力及扭转力。腰椎间盘突出与年龄、身体机能退化、遗传、外伤损伤等众多因素有关。腰椎间盘突出症的具体发病机制尚不明确,但已知其在生物化学方面的变化较为突出,例如蛋白多糖和Ⅱ型、Ⅸ型胶原纤维蛋白含量下降及胶原质量降低,从而导致髓核脱水及缺失,与此相对应的Ⅰ型胶原纤维蛋白含量增加,引起髓核组织纤维化,从而导致腰椎间盘突出[7]。基质金属蛋白酶的表达水平与腰椎间盘退变进程的关系密不可分,其能够降解腰椎间盘细胞的蛋白聚糖,促进细胞死亡进而诱发腰椎间盘突出症。基质金属蛋白酶-1属于胶原酶,可以降解Ⅱ型胶原并由Ⅰ型胶原替代。正常情况下基质金属蛋白酶及其抑制剂在体内互相协助,处于平衡状态,一旦平衡遭到破坏,基质金属蛋白酶会相对上调,从而引起Ⅱ型胶原的合成速度慢于分解速度,基质分解减少导致髓核纤维化,纤维化再遭损坏,遂出现腰椎间盘突出的情况。另外,促使炎症发生的因子如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-β等能激活下游信号通路,使得细胞自噬、炎症消失及细胞死亡,这也是引发腰椎间盘突出症的主要原因之一。

3 PRP的病理生理机制与制备

3.1 病理生理机制 当前PRP的具体作用机制尚不明确,PRP中含有的血小板生长因子是发挥组织修复作用的重要物质基础。血小板的主要功能是凝血和止血,当钙离子与凝血酶同时存在,血小板能够通过纤维蛋白原的聚合从而形成纤维蛋白凝块,在起到止血作用的同时还能够作为免疫细胞和组织生成细胞迁移生长的骨架。这类修复细胞主要包括纤维母细胞和血管生成细胞[8]。此外,血小板还能释放生物活性蛋白,以此协调组织修复的过程,其中包括细胞的趋化、繁殖和分化,对坏死组织的处理、血管的生成、细胞外基质的沉积和组织再生等。在机体正常修复损伤的过程中,纤维蛋白块的血小板在被激活以后,暴露出表面受体P-选择素,加速释放血小板α颗粒脱粒,其中包括血小板源性生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子等。上述生长因子与损伤修复和组织再生过程的关系密不可分,PRP可通过调节生长因子并促进组织修复的作用是其在临床骨科中应用的基础。

3.2 PRP的制备 当前PRP的制备方法较多,已有公司研发出制备PRP的仪器,其将人体血液抽出后,运用不同转速的离心法将血样分成血小板血浆、PRP及红细胞三层,并根据离心次数将制备方法分为一步离心法和两步离心法。分离出PRP后,将血小板的激动剂添加至PRP中以激活瀑布级联反应,或者将分离出的PRP输注进组织中激活内源性胶原而形成最终成品。最终的PRP成品的血小板浓度为采集血样的3～5倍,但不同设备生产出的PRP成品的血小板浓度不同,有些甚至可达8倍,其中还可能含有白细胞及纤维蛋白等物质[9]。因不同种类的PRP对各类疾病的治疗效果不同,故探究最适合制备血小板血浆的方法尤为重要,另外还需注意患者的采血部位、身体状况、生理状况,血液的离心速度、离心时间、离心次数、离心后分离出的层次和PRP的浓度等。

4 PRP的修复作用

PRP中含有近千种蛋白质,通过磷酸化后会产生1 400多种与蛋白相关的活性生物因子,包括转化生长因子、血小板生长因子及血管内皮生长因子等。其中,转化生长因子可以刺激胶原生成、血管生成、上皮生成及促进抑制胶原降解的蛋白酶合成;血管内皮生长因子可以保护细胞,对细胞增殖产生影响[10]。

PRP的优势在于其具有强大的修复能力,其广泛应用于骨科临床的重要原因是:PRP含有高于生理浓度的血小板,血小板可以通过黏附、活化、聚集起到止血的作用。在血管出现损伤时,血小板可通过活化、脱颗粒形成纤维蛋白凝块,阻止组织损伤、空腔形成、纤维组织和炎症细胞生成。在损伤之后的急性或延迟期间给予PRP治疗,都可以有效保护腰椎间盘的纤维环结构、髓核中心的形态,减少炎症细胞生成,增加组织细胞的含水量。值得关注的是,在损伤急性期给予PRP治疗,可保留腰椎间隙空间,腰椎间盘预后状况最好。PRP的最大优点是其含有较高浓度的生长因子,但生长因子的半衰期也约束了其持续在腰椎间盘突出中发挥的修复作用[11]。在引入更多的方式协同促进其效果的研究中,间充质干细胞引起了广泛的关注。PRP和间充质干细胞联合使用对早期腰椎间盘突出有长期修复作用。有研究[12]通过制作动物椎间盘退行性变(intervertebral disc-degeneration, IDD)模型并将其分组,对观察组分别输注单纯PRP、PRP及间充质干细胞混合液,对照组输注磷酸盐混合液,结果发现随着时间的推移,两组IDD的发展有显著差异,对照组腰椎间盘组织发生不可逆转的退变;输注后的第1周及第3周,观察组的腰椎间盘组织均出现细胞再生或修复的情况,尤其在第8周,输注PRP及间充质干细胞混合液患者修复腰椎间盘的效果显著优于单独输注PRP。PRP及间充质干细胞都是临床较易获得的自体生物材料,这为促进腰椎间盘修复提供了新颖早期的IDD治疗路径。

5 PRP治疗腰椎间盘突出症的临床研究

2010年美国食品药品监督管理局批准PRP作为新型关节腔内注射药物,主要应用于临床治疗。PRP的临床优势为:(1)PRP源于自体,不会产生免疫排斥反应;(2)制备简易,成本低,操作过程简单;(3)PRP经过凝血酶激活后呈胶体状,能够防止血小板流失;(4)细胞因子有利于细胞分裂、血管生成及趋化;(5)PRP内的纤维网格能够促进细胞黏附、防止细胞流失;(6)PRP中含有白细胞,白细胞具有抗感染功能;(7)临床中为达到修复损伤的效果,推荐PRP的浓度应为正常血小板浓度的5～7倍。Bhatia等[13]对10例慢性腰椎间盘突出症患者进行临床研究,因为白细胞具有吞噬作用,所以使用富含血小板及白细胞的血浆替代PRP,每周输注1次,共输注6周,结果显示接受硬膜外注射自体PRP的患者在评估工具评分方面有所改善。Lutz等[14]研究显示,含有高浓度血小板的PRP制剂可以优化慢性腰椎间盘突出症患者的临床结果。目前,PRP广泛应用于治疗腰椎间盘突出症,但考虑老年患者椎间盘中功能细胞数量减少而影响疗效,故对于老年性腰椎间盘突出症患在应用PRP时需谨慎,将来需要更多的临床研究进一步验证。

6 结 语

近年来PRP发展快速,已在多个领域展开应用和研究,但技术尚未成熟,其临床应用价值尚未达成广泛共识。在治疗腰椎间盘突出症上,PRP是未来的主要研究方向,其拥有多项优势,其中促进组织损伤修复、自源体免疫排斥反应等均符合治疗腰椎间盘突出症的需求。但现阶段仍有诸多问题需要进一步探析,如PRP的作用机制、最优制备方法,以及其适应证和禁忌证等。此外,还应提升设计的严谨性。现阶段PRP的制备及研究方法尚未规范化,各项研究的差异性较大是无法对其系统性评价临床应用效果的主要原因,为了更好地展开PRP的相关研究,未来针对PRP开展的临床研究应重视以上问题。