间充质干细胞关节腔注射治疗膝骨关节炎的临床研究进展

Research Progress of Mesenchymal Stem Cell Intra-Articular Injection in the Treatment of Keen Osteoarthritis

摘要: 随着人口老龄化不断加剧，膝骨关节炎(keen osteoarthritis, KOA)发病率逐步升高，目前中国大陆地区中老年患者KOA的发病率为8.1%，自体间充质干细胞(mesenchymal stem Cell, MSC)治疗KOA作为一种新兴的治疗手段，目前已有大量动物实验和临床试验，本综述通过检索“PubMed数据库”，“CNKI数据库”中近5年的动物实验、临床试验，通过归纳总结，对MSc治疗KOA的最新进展进行评述。

Abstract: With the aging of the population, the incidence of knee osteoarthritis is gradually increasing. At present, the incidence of KOA in middle-aged and elderly patients in mainland China is 8.1%. Au-tologous mesenchymal stem cells are used to treat KOA as a new treatment method. At present, there are a large number of animal experiments and clinical trials. With the aging of the population, the incidence of knee osteoarthritis (KOA) is gradually increasing. At present, the incidence of KOA in middle-aged and elderly patients in mainland China is 8.1%. Autologous mesenchymal stem cells (MSC) are used to treat KOA as a new treatment method. There are a large number of animal ex-periments and clinical trials. This review summarizes the animal experiments and clinical trials in the past 5 years by searching the “PubMed database” and “CNKI database”. By summarizing, the latest progress of MSc in the treatment of KOA is reviewed.

1. 前言

膝关节骨性关节炎的治疗方法中，理疗和传统药物虽能缓解患者的症状，但是并不能延缓疾病发展，修复已经受损的软骨，总体治疗效果有限，随着间充质干细胞动物实验和临床试验的不断进行，发现其对于软骨具有一定的修复作用 [1] ，或可成为未来治疗KOA的重要方法，因此本文旨在归纳近些年临床上对于此疗法的试验进行评述，为MSC治疗KOA提供一定的参考资料。

2. 间充质干细胞对于膝关节骨性关节炎的作用机制

膝关节骨性关节炎 [1] 以膝关节滑膜炎症、软骨缺损、关节骨质改变、半月板损伤等为特征，影像学中可表现为关节内骨赘增生、滑膜水肿、半月板损伤、关节间隙变窄、骨水肿甚至坏死，随着病人年龄的增加，其进展若得不到有效的干预，最终可导致下肢功能严重障碍，不得不进行关节置换。间充质干细胞(MSc)对于KOA的作用机制 [2] 主要基于其多向分化功能、旁分泌、抗炎免疫调节和归巢效应。由于骨关节损伤的软骨面积较大，不能自身修复，而MSc的多向分化功能可促进软骨和软骨下骨组织的修复；旁分泌功能可对抗由于免疫应激导致的细胞衰老，并且通过转化生长因子β可促进MSC外泌体中的miR-135b的表达，改善细胞活性，王宪峰 [3] 通过对外泌体重要活性分子H19的动物实验研究发现，H19可过表达miR-29b-3p，下调转化生长因子β/Smad3的mRNA蛋白水平，沉默miR-29p-3p后上调蛋白水平，这些机制也进一步表明其外泌体具有一定的软骨修复作用；曹娟 [4] 等人的动物实验表明基于脐带的MSC可以降低MMP-3、MMP-13、IL-6、IL-8的水平，病理学观察显示可减轻炎症细胞浸润，从而降低炎症反应，且MRI中表明对大兔的软骨和滑膜有一定的保护作用；MSCs通过其归巢效应 [2] ，即靶向作用到受损部位，从而抑制其退变，并通过以上机制分化软骨细胞、旁分泌刺激修复以及发挥抗炎作用。

3. 间充质干细胞治疗膝关节骨性关节炎的动物实验

Lubis AMT et al.的一项动物实验 [5] 中，将19只实验羊分为玻璃酸钠组、MSC外泌体组和MSC组，其模型是先通过右侧半月板切除，然后进行为期10天休息，之后在坚硬的沥青上行走360米，此过程持续3周，三周后对样本进行放射性检查已确定是否造模KOA成功，再从样本中处死一例观察其双腿作为参考，剩下18只分为三组分别进行关节腔注射外泌体、MSCs以及透明质酸进行干预，1个月之后，取出实验羊的软骨和软骨下骨组织，进行OARSI (国际骨关节炎研究协会)评分，最后结果表明MSC和外泌体组无显著差异，相比于透明质酸，MSC和MSC外泌体得到了更高的OARSI评分，病理组织切片中，MSC和外泌体组的组织结构正常，密度略有下降，而透明质酸组软骨缺损至1/3深度；王宪峰 [3] 等人通过分离MSC外泌体H19，将其注射于大鼠KOA模型的膝关节腔内，通过观察抑制剂SB-431542对H19-Exos的阻断作用和H19的治疗作用，即OARSI评分，将大鼠模型分成两组，最终得出H19外泌体对于大鼠膝关节炎具有治疗作用；陈鹏等 [6] 的一项动物实验中，将MSC与中药龙鳖胶囊联合应用，将大鼠分为造模组、药物组(胶囊)、MSC组和联合组(MSC + 胶囊) 4组，观察指标选择ELISA细胞因子水平、HE染色病理组织(Mankin评分)、相关蛋白表达、RT-PCR检测，最终结果表明联合组的细胞因子水平(IL-1β、IL6)显著低于另外三组、Mankin评分联合组低于另外3组，相关表达蛋白联合组显著高于其他组；与其相似的联合中药进行KOA治疗的动物实验还有李巍 [7] MSC联合川芎嗪注射治疗兔KOA的实验，其实验分组与陈相似，观察指标选择大体观察和抽取关节液观察，最终结果表明，联合组和MSC组的大体观无显著差异，磨损程度好于单独注射中药组，联合组和中药组的关节液中的炎症因子IL-1β和IL-6无显著差异，但显著低于MSC组，虽然单独应用中药注射组的大体观表现较差，软骨磨损程度重，但联合应用可显著降低细胞炎症因子，降低炎症反应，李认为这可能与川芎嗪的活血作用有关，芩芊瑶的实验中MSC联合补肾活血方 [8] 可明显改善KOA小鼠的骨微结构，修复软骨损伤；此外，一项MSC联合低强度脉冲超声介导的动物实验 [9] 表明，联合超声的疗效显著优于单一MSC，由此可以推断，MSC联合其他疗法治疗KOA存在一定前景和价值。李伟 [10] 的研究中表明人脐带间充质干细胞注射治疗大鼠KOA可促进关节软骨的修复、使软骨表面光滑，闫文鑫 [11] 的动物实验表明，间充质干细胞注射治疗大鼠KOA可提高大鼠的疼痛阈值，各剂量应用MSC可减少骨基质破坏，高剂量MSC可降低II型胶原C端肽、前列腺素E2和TNF-α降低炎症反应。

4. 间充质干细胞治疗膝关节骨性关节炎的临床试验

李松林在临床中对2例行胫骨高位截骨术术后1月的KOA患者行自体MSC注射，并在1年后进行关节镜探查和膝关节功能情况、VAS评分、HSS评分、X线与MRI等指标评测，结果表明二者联合应用可有效促进关节软骨修复、改善患者膝关节功能 [12] ；一项治疗周期为12个月、对照组为关节腔注射生理盐水的临床研究表明，MSC关节腔注射在6、12个月，其MSC组的患者WOMAC (骨关节炎指数)评分明显低于盐水组，Lysholm评分(0~100，评分越高越好)明显高于盐水组，且对比盐水组安全性较高，无患者出现不良反应 [13] 。一项联合MSC注射对比单一关节镜清理治疗KOA的研究表明，对比术后3、6个月的疼痛VAS评分和Lysholm评分，联合MSC组都优于单一关节镜组，且关节腔内的各项炎性介质水平低于对照组 [14] ；三项研究比较了生理盐水和骨髓间充质干细胞的作用；其中一项研究发现，骨髓抽吸浓缩物(含骨髓间充质干细胞和造血干细胞)和生理盐水注射组的疼痛缓解效果相似，但注射的细胞主要是造血干细胞(34,400个骨髓间充质干细胞和4,620,000个造血干细胞) [15] 。另外两项研究采用自体脂肪来源的间充质干细胞或异体胎盘来源的间充质干细胞，发现注射组有更好的临床症状改善，软骨缺损更少/软骨厚度改善更好。总的来说，规格为0.5~0.6 × 108和1.0 × 108细胞的MSC注射效果优于生理盐水注射 [16] [17] ，而低剂量(34,400个MSC)没有 [15] 。

透明质酸常用于治疗膝关节骨性关节炎，一些研究比较了透明质酸和骨髓间充质干细胞的作用，与单纯间充质干细胞或透明质酸 [18] 相比，MSCs组的功能改善和MRI识别的软骨质量改善更好。一项研究比较了三组患者，即基线和6个月时膝关节关节内注射透明质酸，基线和6个月时注射脐带来源的间充质干细胞，基线时单独注射脐带来源的间充质干细胞。结果显示，2次注射组疼痛水平明显降低，膝关节功能优于透明质酸 [19] 组。其他研究也发现，与透明质酸组相比，MSCs组的膝关节软骨的增加更高，而且MSCs组的临床症状改善明显高于HA [20] [21] 组。因此，单独注射透明质酸可能比单独注射透明质酸更好地缓解膝关节骨性关节炎症状，导致更好的软骨修复。

关节腔内富血小板血浆(PRP)也是临床中常见用来治疗KOA的手段之一，其机制在于在PRP中可以发现许多合成代谢生长因子(如FGF、TGF-β1、TGF-β2和EGF)和抗炎细胞因子(如IL-1ra、sTNF-R1、sTNFRII、IL-4、IL-10、IL-13和IFNγ)，这些物质在改变膝关节OA性 [22] [23] [24] [25] 的病理过程中发挥着不同的作用；临床中对比玻璃酸钠PRP注射可可改善病人膝关节伸屈肌肌力、总工量、峰力炬 [26] ，在联合胫骨高位截骨术中，对比单纯手术组，联合组的病人术后满意度更高，其具体体现在疼痛缓解程度、膝关节功能、影像学表现上，在联合PRP后以上指标都优于单一截骨 [12] 。目前还没有研究比较单独PRP与单独MSCs的效果，但有一些研究比较了MSCs + PRP与单独PRP在膝关节骨性关节炎患者中的效果。MSCs + PRP组比单独注射MSC的 [27] 有更好的疼痛减轻和功能改善。在另一项研究中，只有MSCs + PRP组可减轻疼痛和功能改善 [22] 。一项研究发现，与糖皮质激素 [28] 组相比，单独应用MSC和MSC联合PRP有更好的治疗效果(膝关节损伤和骨关节炎结局评分评估改善)。

此外，石墨烯材料支架可联合间充质干细胞，并具有促进MSC分化的能力，且不影响细胞增殖作用 [29] ，二者联合应用或可提高MSC的临床疗效。

5. 总结及展望

综上所述，MSC对于KOA的治疗目前已经有大量的动物实验和临床试验，其机制和治疗效果看似确切，但仍有一些问题值得认真考虑，比如有些临床试验样本量太少，试验设计不严谨，观察指标较少，数据来源的可靠程度等，但总体来说相比较PRP与透明质酸，MSC的疗效更好，其潜在价值很大，且联合其他干预方法似乎可以取得更好疗效，值得深入研究。

NOTES

^*通讯作者。