富血小板血浆治疗膝骨性关节炎的作用机制

【摘要】 膝关节骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA） 是一种普遍存在的慢性软骨退化性疾病，主要发病人群为中老年人，可引起关节肿大、疼痛、僵硬以及活动受限，对患者的正常生活质量造成极大的负面影响。富血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）是新鲜全血离心后的自体产物，含有许多促进组织修复的生长因子，不仅能够修复神经，还能够缓解疼痛，关节腔内注射PRP已成为治疗 KOA 的新途径，可抑制炎症反应、促进组织修复，其作用效果优于透明质酸、糖皮质激素等其他生物制剂，而且操作简便，没有已知的不良反应。旨在将PRP对KOA的作用机制进行综述，以期为 KOA 临床治疗提供新的思路和方法。

【关键词】 膝关节；骨性关节炎；治疗；富血小板血浆；关节腔注射

中图分类号 R684.3 文献标识码 A 文章编号 1671-0223（2024）17--05

Mechanism of action of platelet-rich plasma in the treatment of knee osteoarthritis Xu Jiayue， Zhang Na， Yao Junjie， Pang Tingting， Wang Yufeng. Changchun University of Chinese Medicine， Changchun 130117， China

【Abstract】 Knee osteoarthritis （KOA） is a common chronic degenerative disease of cartilage， commonly found in middle-aged and elderly patients， can cause joint swelling， pain， stiffness and limited mobility， seriously affecting patients' ability to live daily life. Platelet-rich plasma （PRP） is an autologous product of fresh whole blood centrifugation. It contains many growth factors that promote tissue repair and has the effect of nerve repair and pain relief. Intra-articular injection of PRP has become a new treatment method for KOA， which can inhibit inflammation and promote tissue repair. Its effect is better than other biological agents such as hyaluronic acid and glucocorticoid， and it is easy to operate with no known adverse reactions. The purpose of this paper is to review the mechanism of action of PRP on KOA， in order to provide new ideas and methods for clinical treatment of KOA.

【Key words】 Knee joint; Osteoarthritis; Treatment; Platelet-rich plasma; Articular injection

膝关节骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是一种关节软骨退行性疾病，其特征是丧失软骨完整性、软骨下骨有所改变、形成骨赘和滑膜炎症。60岁及以上人群中，膝关节炎患病率高达37%[1]，女性发病率高于男性[2]。长期不良影响包括体力活动减少、身体状况下降、睡眠受损、抑郁和残疾。治疗方案包括口服非甾体类抗炎药和关节内注射透明质酸等[3]，晚期膝关节骨性关节炎可采用全膝关节置换术治疗[4]。由于置换后的关节寿命有限，且关节翻修存在一定风险，因此保守治疗成为骨关节炎患者关注的焦点[5]。其中，富血小板血浆（ platelet-rich plasma，PRP）在临床上应用已超过35年，涉及运动创伤以及骨科、整形美容等许多领域[6]。其制备原理是基于全血中各种成分的不同沉降系数，采用离心方法提取血小板，然后去除红细胞和上清液，得到中间层即为PRP[7]。PRP中含有丰富的合成代谢生长因子和抗炎细胞因子[8]。这些因子可诱导细胞增殖、迁移、分化、血管生成和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的合成[9]，有助于促进软骨表面蛋白的形成，刺激KOA软骨细胞的增殖和分化，并抑制相关炎症因子的表达，从而发挥其治疗KOA的作用。

1 PRP治疗KOA的作用机制

1.1 PRP促进KOA软骨细胞增殖和分化

软骨细胞的凋亡是KOA发生的关键因素。软骨细胞能够分泌包括转化生长因子和抗炎细胞因子（白细胞介素-4、白细胞介素-10和白细胞介素-13）等在内的多种合成代谢因子，这些因子通过刺激细胞外基质的合成来修复软骨[10]。在KOA的早期和晚期发生的滑膜炎症与其相邻软骨的改变有关。软骨的降解会使炎症循环永久化，膝骨关节炎的治疗目的是打断这种恶性循环，抑制炎症介质，减少软骨降解的介质，并刺激新的软骨形成。Moussa等人[11]的研究结果表明，PRP能够显著降低骨关节炎患者中软骨细胞的凋亡率，并且使软骨细胞的增殖增加，同时提高患者软骨细胞的自噬能力；自噬可以调节软骨细胞的生命周期，是克服关节软骨衰老和凋亡的一种重要防御机制[12]。

软骨退化是膝骨关节炎的主要病理改变。Kruger等人[13]的实验证明，PRP能够显著刺激软骨下祖细胞的增殖和迁移，这些细胞不仅具有高增殖能力，还可以分化为成骨细胞和软骨细胞，从而促进软骨基质的形成。间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）可以从多种成人间充质组织中分离出来，如骨髓、脂肪组织和滑膜[14]，它们具有较高的自我更新能力以及多谱系分化能力，可分化为成骨细胞和软骨细胞等；Allan等人[15]通过细胞培养实验发现，经过PRP处理的间充质干细胞其增值率明显高于对照组，并且表现出较高水平的成骨标志物RUNX2 mRNA以及软骨形成标志物Sox-9和聚集蛋白聚糖mRNA。Sox-9是表达软骨基质蛋白所需的转录因子，并能够表明早期软骨源性分化。聚集蛋白是一种软骨基质蛋白，对维持蛋白聚糖含量至关重要，因此与软骨基质合成有关。聚集蛋白和Sox-9都是软骨源性分化的有效标志物。这些实验结果证实了PRP能够促进MSC的增殖，并且证明了PRP能够引起MSC向软骨方向分化。此外研究发现上调Sox9以及II型胶原和聚集蛋白聚糖的合成，有助于维持关节软骨细胞表型[16]。

1.2 PRP促进软骨表面蛋白形成

正常的关节软骨保持润滑良好的表面，摩擦系数极低，以最大限度地减少磨损并促进终身无痛的关节活动。浅表区蛋白（superficial zone protein，SZP）是由关节软骨浅层软骨细胞分泌的糖蛋白[17]，SZP作为防止关节中直接固体对固体接触的软骨保护屏障，在减少摩擦和磨损方面发挥着重要作用[18]，SZP也被称为润滑素，不仅能够润滑软骨边界，还能抑制滑膜细胞的过度生长[19]。其下调与OA的发病机制相关。在早期和慢性膝关节骨性关节炎患者中，SZP的产生和润滑性能会降低[20]。Sakata等人[18]采用酶联免疫吸附法，检测来自膝关节滑膜以及软骨的细胞中SZP的含量，并得出结论：PRP可以促进来源于滑膜和关节软骨的细胞增殖，并显著增加了来源于滑膜和关节软骨细胞的SZP的分泌。此外，通过研究发现，PRP中含有内源性SZP，且PRP中SZP的含量不受激活方法的影响，因此通过注射PRP可以增加SZP的含量，从而延缓KOA的进展。

胶原蛋白与细胞的生长发育密切相关，广泛分布于人体的骨骼、皮肤、软骨等组织器官内，是关节软骨内的一种重要组成成分[20]。在骨关节炎患者中，II型胶原蛋白变性率的上升，占总II型胶原蛋白的6.0%，浅表区软骨的变性率通常大于深层区[21]。富含血小板衍生生长因子的PRP，不仅能够增加胶原蛋白的合成和分泌，还能够调节胶原酶的分泌[22]，从而促进胶原蛋白的再生。Akeda等人[23]比较分析了PRP、贫血小板血浆（platelet-poor plasma，PPP）以及胎牛血清（fetal bovine serum ，FBS），对细胞增殖、蛋白多糖（proteoglycan-PG）和胶原蛋白合成的影响。结果显示用PRP处理的软骨细胞的PG和胶原蛋白的合成显著高于用FBS或PPP处理后的软骨细胞。

1.3 PRP抑制炎症因子的表达

肿瘤坏死因子和白细胞介素-1β是主要的促炎细胞因子，白细胞介素-1β抑制II型胶原蛋白[24]和聚集蛋白聚糖的表达[25]，而肿瘤坏死因子可以抑制软骨细胞中蛋白多糖、II型胶原蛋白和连接蛋白的合成[26]。许多研究表明，肿瘤坏死因子和白细胞介素-1β通过调节抑制软骨细胞的合成代谢活性，来降低细胞外基质（ECM）主要成分的合成水平[26]。Kim等人[22]的研究发现，PRP可以下调由促炎细胞因子引起的II型胶原蛋白的表达，并显著减少基质金属蛋白酶-3（matrix metalloproteinase-3，MMP-3）和环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）基因表达的增加，同时还减少了细胞的凋亡并抑制了炎症因子的表达，从而起到抗炎作用。

PRP在被激活后，可以产生PRP释放物（PRPr），其含有较少的白细胞和高浓度的生长因子[27]，具有抗炎作用，而且可以促进基质的合成，也可以诱导软骨细胞生成软骨组织。Khatab等人[4]对PRPr对关节疼痛、软骨损伤和滑膜炎症等与KOA进展相关因素进行了研究。结果表明PRPr可以减轻滑膜炎症，减轻疼痛，并在此过程中保护软骨。

核转录因子（nuclear factor kappa B，NF-kB）是一种非活性的复合物，与抑制剂结合，并在激活时转运到细胞核中[28-29]，它能够调节包括参与炎症反应、细胞凋亡和其他免疫反应等在内的150多个基因[29]，当NF-kB信号通路被激活后，多种炎症因子如肿瘤坏死因子、白细胞介素-1β和白细胞介素-6等被释放，从而引发炎症反应。在骨关节炎发病过程中，NF-kB的含量显著增加，PRP可抑制NF-kB的活化，从而减少软骨细胞凋亡，抑制炎症反应[30]；此外，Bendinelli等人[31]通过研究发现，在被凝血酶激活的PRP中不仅含有修复生长因子，还含有肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF），HGF可以促进组织细胞再生，抑制细胞凋亡。HGF通过阻止p65向细胞核易位来抑制NF-kB通路的激活，并降低软骨细胞中COX-2和CXCR4等靶基因的表达以抑制炎症反应。

有研究发现，髌下脂肪垫（infrapatellar fat pad，IFP）中较高的脂肪含量，会诱导膝关节发生炎症，从而导致骨关节炎的发生和发展，尤其是由髌下脂肪垫中脂肪细胞所衍生的炎性因子和其他可溶性因子[32]，如脂联素和瘦素，通过诱导骨关节炎患者软骨中白细胞和单核细胞的浸润进一步促进软骨降解，导致软骨变性。IFP体积的增大也被证明与膝关节炎疼痛的严重程度呈正相关，并引发炎症反应[33]。Chen等人[34]的实验表明在抑制IFP脂肪细胞后，并添加HA+PRP后，能显著减少由IFP脂肪细胞诱导的炎症性关节软骨细胞数量，并降低其成脂潜能和炎症表型，从而保护软骨免受变性影响；此外PRP中大量存在的血管源性生长因子，也被证明可以通过脂肪源性干细胞的ERK途径抑制脂肪生成，减轻炎症反应。这些实验证明了IFP可能是治疗KOA的潜在治疗靶点。

2 PRP治疗KOA的临床实践

目前临床上治疗膝关节骨性关节炎的主要方法包括膝关节腔内注射透明质酸、糖皮质激素、皮质类固醇和臭氧等，大量研究数据表明，与上述生物制剂相比，关节腔内注射PRP的效果更为显著[35]。

最重要的是，PRP是一种自体产品，与皮质类固醇、胎盘和胎盘衍生物等非自体直接生物制品不同，PRP没有已知的不良反应[36]，并且可以减少血液传播的污染，在安全性方面具有很大优势[37]。此外，作为一种微创技术手段，关节腔内注射PRP不涉及任何手术切口，操作过程相对简便，并能直接作用于损伤部位，在很大程度上减轻了患者的疼痛感。然而由于PRP是从血液中提取的生物分子复合物，其生物学特性与血液相似，因此尚未确定何时进行分离以及如何使这些分子的浓度达到最佳治疗效果[38]。另外，由于对血液内在和多功能特性的研究仍不充分，PRP比传统生物制剂更为复杂[39]。目前PRP的制备方法尚无统一标准，并且最适宜的浓度等问题也没有确切答案，因此导致临床上PRP治疗KOA存在差异性，这种差异性与PRP制备方法（包括离心次数、用于分离血小板浓缩物的试剂盒类型、白细胞或红细胞浓度等）、注射次数和注射体积[40]以及给药间隔和频率等问题相关[41]。KOA的严重程度对PRP注射的疗效和症状缓解的持续时间有影响，实验结果显示，在软骨退行性变较小的年轻患者中，PRP注射效果更佳[42]。目前的研究发现，使用单采机是获得可重复PRP的唯一方法[43]。如何更好地活化富血小板血浆仍需进一步明确，并需要建立一套标准化的制备方法以提供质量保障，以支持其在研究和临床应用中的可靠性。此外，需要考虑到PRP中的许多生长因子具有有限的生物半衰期，这可以部分解释PRP治疗结果的可变性。当生长因子水平与可用受体相比过高，可能会对细胞功能产生负面影响[44]。一项研究表明，冻干PRP粉末可能成为临床实践中质量和功能标准化的替代品[45]。

3 展望

KOA作为中老年人最常见的一种关节疾病，具有较高的发病率及致残率，严重影响患者的日常活动和生活质量，目前，KOA的发病机制尚不明确，可能与机体遗传、创伤、免疫等因素相关。因此，如何预防KOA的发生以及延缓病情进展，值得深入探讨。国内外研究已经证实PRP相对于其他生物制剂，在治疗KOA方面具有良好的临床效果。大多数KOA的治疗都是姑息性的，并不能阻止疾病的进展或替代退化的软骨，而PRP在调节所有因素方面发挥着重要作用，可能成为治疗包括KOA在内的许多其他疾病最有前景的治疗工具之一。

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[2024-03-28收稿]