骨關(guān)節(jié)炎主要發(fā)生在中年以后，40-70歲人群中，女性的發(fā)病率高于男性，70歲以后，兩性發(fā)病率持平。骨關(guān)節(jié)炎的臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)僵硬，嚴(yán)重者會表現(xiàn)為關(guān)節(jié)功能喪失，到2021年骨關(guān)節(jié)炎將成為第四大致殘性疾病。
由于骨關(guān)節(jié)表面的透明軟骨組織沒有神經(jīng)和血管，因此，軟骨的自我修復(fù)和再生能力較差，一旦受損，很難自行恢復(fù)。目前，骨關(guān)節(jié)炎的臨床治療方法主要有非藥物療法，如有針對性的鍛煉、熱療法、冷療、鞋墊、針灸等；藥物療法和手術(shù)治療，但這些只能緩解疼痛，在一定程度上改善癥狀、延緩病情、矯正畸形，并不能徹底的延緩病情發(fā)展。自體軟骨細(xì)胞移植已經(jīng)成功運(yùn)用到修復(fù)軟骨，但是通過體外培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞表現(xiàn)出分化，降低了軟骨細(xì)胞特異性基因的表達(dá)，從而影響治療效果。
近年來，基于干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的新型療法越來越受到關(guān)注。間充質(zhì)干細(xì)胞具有自我更新和定向分化潛能，可修復(fù)軟骨組織，抑制軟骨細(xì)胞分泌炎癥因子和歸位特性，是逐步治療骨關(guān)節(jié)炎非常具有潛力的細(xì)胞。
間充質(zhì)干細(xì)胞作用機(jī)理
· 表達(dá)CD105，CD73和CD90，以及缺乏CD45，CD34，CD14或CD11b，CD79a或CD19和HLA-DR表面分子；
· 經(jīng)體外誘導(dǎo)，間充質(zhì)干細(xì)胞能向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞及軟骨細(xì)胞分化。
除具有分化潛能外，間充質(zhì)干細(xì)胞還表達(dá)分泌多種酶并分泌多種參與旁分泌活動的營養(yǎng)因子，包括生長因子，細(xì)胞因子和趨化因子，這些因子通過激活細(xì)胞和血管生成途徑來滋養(yǎng)軟骨。
間充質(zhì)干細(xì)胞還參與了局部免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，可以抑制T細(xì)胞的增殖、樹突細(xì)胞成熟及B細(xì)胞的活化增殖和抗體分泌，從而影響巨噬細(xì)胞的極化以及抗體分泌細(xì)胞的分化，從基本上消除了排異反應(yīng)和疾病的傳播。其中，影響巨噬細(xì)胞的極化是受到INF-γ和IL-1β的刺激，將巨噬細(xì)胞從促炎性（M1）轉(zhuǎn)化為消炎性（M2）；而且，間充質(zhì)干細(xì)胞還可以與巨噬細(xì)胞互相作用，抑制巨噬細(xì)胞的活化以及IL-1β，TGF-α和其他炎性因子的分泌。
當(dāng)然，間充質(zhì)干細(xì)胞的調(diào)節(jié)功能可能會因個體、物種、組織來源、培養(yǎng)條件和激活狀態(tài)而異。間充質(zhì)干細(xì)胞的歸巢作用可以在體內(nèi)微環(huán)境的作用下遷移到軟骨缺血或受損部位。除此之外，間充質(zhì)干細(xì)胞還可以通過分泌生長因子、細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)對受損組織進(jìn)行修復(fù)和重建。據(jù)研究顯示，間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子可以靶向滑膜和軟骨細(xì)胞，他們可以調(diào)節(jié)合成代謝因子和分解代謝因子，以及誘導(dǎo)抗炎和軟骨形成分子的表達(dá)。
隨著研究的深入，最近大多數(shù)研究表明，間充質(zhì)干細(xì)胞主要通過旁分泌機(jī)制來調(diào)節(jié)局部炎癥、細(xì)胞的凋亡和增殖，而非直接分化成軟骨細(xì)胞來參與組織修復(fù)。研究人員指出，內(nèi)源性間充質(zhì)干細(xì)胞通過細(xì)胞修復(fù)的資源儲備庫以及免疫調(diào)節(jié)的前哨來維護(hù)組織的健康，在激活修復(fù)反應(yīng)中，間充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌信號的傳導(dǎo)要比分化更重要。這就意味著，間充質(zhì)干細(xì)胞并非用于替換受損的軟骨，而是協(xié)調(diào)增強(qiáng)修復(fù)應(yīng)答。
1.MSC在骨關(guān)節(jié)損傷中的修復(fù)機(jī)制
臨床研究
1. 局部關(guān)節(jié)內(nèi)間充質(zhì)干細(xì)胞注射以及混合注射
混合注射是指將生長因子、細(xì)胞因子和支架混合間充質(zhì)干細(xì)胞混合注入以提高療效。常用的支架有血凝素、纖維蛋白凝膠等聚合物，以及高濃度血小板血漿（PRP）等富營養(yǎng)體液。其中，在關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）/PRP混合液的臨床研究較多。PRP是一種自體組織，富含軟骨源性生長因子（如TGF-β和血小板源性生長因子），可以作為治療受損軟骨的組織來源。PRP復(fù)合支架具有較高的成骨誘導(dǎo)活性，能夠促進(jìn)骨愈合。PRP與由脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞及脂肪組織血管基質(zhì)混合組成的MSCs結(jié)合，可以創(chuàng)建合適的微環(huán)境，來促進(jìn)血液的供應(yīng)，減少局部炎癥反應(yīng)，促進(jìn)軟骨機(jī)制的合成，提高間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝關(guān)節(jié)炎的療效。目前，PRP存在的問題仍然在于其制備方法及表達(dá)生物活性因子的數(shù)量的可變性，RPR分泌的一些生長因子（如血管內(nèi)皮生長因子）可能對關(guān)節(jié)和間充質(zhì)干細(xì)胞均有不良影響。
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是最早用于治療骨關(guān)節(jié)炎和最常見的有效來源，在臨床修復(fù)膝關(guān)節(jié)軟骨中獲得了可喜的成果。2008年，有研究報(bào)道一例應(yīng)用骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎。注射時，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞配合10%的血小板裂解液和10ng地塞米松以刺激軟骨。注射6個月后，MRI顯示出關(guān)節(jié)軟骨和半月板顯著增長，疼痛明顯降低。即使在不適用輔助鎮(zhèn)痛藥、抗炎藥或免疫抑制劑的情況下，單次注射骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞到關(guān)節(jié)腔內(nèi)，也取得了積極的成果。研究表明，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植比自體軟骨細(xì)胞治療更有效，并且并發(fā)癥相對較少。盡管骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的安全性也有效性已經(jīng)得到了廣泛的證實(shí)，但在實(shí)際的臨床應(yīng)用中很難獲取足夠量的初代干細(xì)胞，這很大程度上受捐贈者年齡的影響，干細(xì)胞會有不同程度的創(chuàng)傷和分化。
3. 脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞
脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞也是用于治療骨關(guān)節(jié)炎的有效來源之一。通常通過吸脂或者髕下脂肪墊提取獲得，脂質(zhì)體通過離心分離并加入膠原酶I溶解來制備濃縮間充質(zhì)干細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，關(guān)節(jié)內(nèi)注射1.0x108脂質(zhì)間充質(zhì)干細(xì)胞可以顯著改善膝關(guān)節(jié)疼痛和功能，且無不良事件。使用中劑量（5.0x107）的患者體現(xiàn)出臨床指標(biāo)的改善，而注射低劑量組（1.0x107）的大多數(shù)患者并沒有體現(xiàn)出臨床指標(biāo)的改善。這些結(jié)果表明，關(guān)節(jié)內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞療效與劑量明顯相關(guān)，還需要進(jìn)一步臨床試驗(yàn)來證明高劑量注射的長期安全性和臨床優(yōu)勢。與骨髓干細(xì)胞相比，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞生成軟骨的潛能較低，生成軟骨特異基質(zhì)蛋白的能力和I型膠原基因的表達(dá)能力也相對較低。因此，脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的軟骨再生潛能的激發(fā)還需進(jìn)一步優(yōu)化和提升。
雖然有很多相關(guān)證據(jù)證明了間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的能力，但是存在的問題也不容忽視。
· 注射成活的干細(xì)胞數(shù)量極低，無法預(yù)測持久的改善和細(xì)胞間的相互作用，以及是否可以維持足夠的細(xì)胞儲存以達(dá)到希望的療效；
· 供體的適應(yīng)性可能是另一個重要挑戰(zhàn)，已有發(fā)現(xiàn)從舊的或不健康的供體中分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞性能和增殖能力下降；
· 移植前，間充質(zhì)干細(xì)胞離體擴(kuò)增時間長有可能導(dǎo)致誘導(dǎo)衰老，喪失增值能力和降低分化能力（特別是超過10-20倍的種群倍增）；
· 由于遺傳程序?qū)④浌钦T導(dǎo)后的鈣化作為正常軟骨內(nèi)成骨過程的一部分，因此如果將分化的間充質(zhì)干細(xì)胞維持在軟骨表型并組織其鈣化向成骨表型擴(kuò)展也是一個需要解決的問題；
· 間充質(zhì)干細(xì)胞對一些“環(huán)境響應(yīng)”因素敏感，并響應(yīng)微環(huán)境中微量未知物質(zhì)而進(jìn)行特定的修飾行為。雖然這種反應(yīng)在再生醫(yī)學(xué)中經(jīng)常被利用，但是在患病的· 關(guān)節(jié)環(huán)境中會對間充質(zhì)干細(xì)胞反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。有報(bào)道表明，人類脂肪間充質(zhì)細(xì)胞在與腫瘤壞死因子（TNF）反應(yīng)后，會轉(zhuǎn)化為促炎性分泌組，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)。
2.外泌體與骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)系
間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體
注射間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體跟注射完整的干細(xì)胞在生物學(xué)效應(yīng)上有許多相似之處，并且相較注射完整間充質(zhì)干細(xì)胞有顯著優(yōu)勢，如體積小，免疫原性低，消除了直接細(xì)胞注射的程序問題。外泌體被認(rèn)為是一種強(qiáng)大的細(xì)胞間信使，不僅可以介導(dǎo)病理過程，還可以維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)，并在多種治療方法中調(diào)節(jié)生理功能。盡管已有多項(xiàng)研究利用干細(xì)胞來源的外泌體治療關(guān)節(jié)損傷和骨關(guān)節(jié)炎，但目前仍缺乏確鑿證據(jù)。作為一種無細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)損傷的新療法，還需要進(jìn)行大量的臨床試驗(yàn)來證實(shí)其有效性。
骨關(guān)節(jié)炎雖然很常見，但是嚴(yán)重影響著人們的生活。傳統(tǒng)的治療方法很難在根本上解決病痛，還會造成一系列副作用，對患者造成重大傷害。隨著間充質(zhì)干細(xì)胞及干細(xì)胞外泌體的深入研究，基于間充質(zhì)干細(xì)胞的新型療法在治療骨關(guān)節(jié)炎方面逐漸呈現(xiàn)出優(yōu)勢。
關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞可以降低疼痛，改善功能和顯著增加軟骨體積。當(dāng)然，這個新型療法還需要大量的臨床試驗(yàn)來獲得更高水平的證據(jù)以及全面規(guī)范和優(yōu)化治療。
參考資料
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