骨關(guān)節(jié)炎(OA)是一種常見的慢性退行性關(guān)節(jié)病，即由多種因素(如衰老、肥胖、疲勞損傷、外傷、關(guān)節(jié)先天性異常、關(guān)節(jié)畸形等)引起的關(guān)節(jié)軟骨退行性損傷。

病理變化主要包括關(guān)節(jié)軟骨破壞、軟骨下骨硬化和滑膜增生。OA主要發(fā)生在中年以后，并且在女性中比在男性中更普遍。

臨床表現(xiàn)包括關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)僵硬和功能喪失，這會影響患者的活動能力，到2022年，OA將成為第四大致殘性疾病。

由于關(guān)節(jié)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)。

目前臨床治療OA的主要方法有非藥物治療、藥物治療和手術(shù)治療，僅能減輕疼痛，能在一定程度上改善癥狀、延緩病情和矯正畸形。然而，對于骨關(guān)節(jié)炎患者而言，關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性退變并不能完全延緩。自體軟骨細(xì)胞移植已成功用于修復(fù)受損軟骨，但在體外培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞表現(xiàn)出去分化和軟骨細(xì)胞特異性基因表達(dá)降低，從而影響其治療效果。

近年來，間充質(zhì)干細(xì)胞的骨關(guān)節(jié)炎療法引起了越來越多的關(guān)注。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）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巢特性，使間充質(zhì)干細(xì)胞成為逐步治療骨關(guān)節(jié)炎的理想種子細(xì)胞。本研究回顧了間充質(zhì)干細(xì)胞在臨床前模型中的潛在應(yīng)用，以及骨關(guān)節(jié)炎的臨床應(yīng)用。

間充質(zhì)干細(xì)胞如何在臨床前試驗中治療骨關(guān)節(jié)炎？

據(jù)動物實(shí)驗報道，關(guān)節(jié)內(nèi)局部注射MSCs、MSC衍生的外泌體、裝載MSCs支架的植入物和帶有載體介質(zhì)的MSC懸浮液可以有效緩解OA疾病。 接種在支架上的間充質(zhì)干細(xì)胞在關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)中的應(yīng)用：間充質(zhì)干細(xì)胞可作為軟骨祖細(xì)胞或再生細(xì)胞，接種于三維支架上，通過刺激內(nèi)源性細(xì)胞修復(fù)受損的軟骨。

間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體在治療骨關(guān)節(jié)炎的作用：近年來，越來越多的研究者認(rèn)為間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體也在骨關(guān)節(jié)炎的治療中發(fā)揮作用。

間充質(zhì)干細(xì)胞的局部關(guān)節(jié)內(nèi)注射和混合注射：近年來，有報道稱局部關(guān)節(jié)內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞可促進(jìn)軟骨組織的再生和修復(fù)，減輕OA引起的退變。間充質(zhì)干細(xì)胞能夠通過分泌外泌體、生長因子、細(xì)胞因子、抗炎因子等生物活性分子，顯著改善局部微環(huán)境、免疫調(diào)節(jié)和抗炎生物活性，逐漸成為治療OA最簡單易行的方法。 圖1列舉了近年來年間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎動物模型的臨床前試驗總結(jié)。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的機(jī)制

間充質(zhì)干細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用是其治療骨關(guān)節(jié)炎的重要機(jī)制之一。間充質(zhì)干細(xì)胞可被炎癥因子激活,進(jìn)而分泌PGE2、IDO、NO等因子直接或間接抑制免疫細(xì)胞。如間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的PGE2可通過結(jié)合巨噬細(xì)胞上的EP2和EP4受體促進(jìn)免疫抑制性IL-10的產(chǎn)生，參與CD4+效應(yīng)T細(xì)胞的調(diào)控。 同時，間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子還能促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)基質(zhì)的合成，從而修復(fù)受損的骨和軟骨。據(jù)報道，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，調(diào)節(jié)合成代謝和分解代謝因子，并誘導(dǎo)抗炎和軟骨形成分子的表達(dá)。但近年來，多數(shù)研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞主要通過旁分泌機(jī)制調(diào)節(jié)細(xì)胞局部炎癥、凋亡和增殖，而不是直接分化為軟骨細(xì)胞參與組織修復(fù)（圖1）。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的臨床試驗

間充質(zhì)干細(xì)胞的局部關(guān)節(jié)內(nèi)注射和混合注射

混合注射意味著MSCs與生長因子、細(xì)胞因子和支架相結(jié)合，以提高療效。常用的支撐支架有高分子支架如透明質(zhì)酸、纖維蛋白凝膠和富含營養(yǎng)的液體如血清富血小板血漿（PRP）。其中，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射MSCs/PRP懸液治療OA的研究較多。MSCs聯(lián)合PRP治療OA的病例報告詳見表2。

眾所周知，PRP是一種自體組織，富含軟骨生長因子（例如TGF-β 和血小板衍生生長因子）。它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MSCs（脂肪MSCs：AD-MSCs/脂肪組織血管間質(zhì)：SVF）聯(lián)合治療膝關(guān)節(jié)OA，可為MSCs生長創(chuàng)造適宜的微環(huán)境（促進(jìn)血液供應(yīng)，降低局部反應(yīng)炎），促進(jìn)軟骨基質(zhì)的合成，也能提高M(jìn)SCs治療膝關(guān)節(jié)炎的療效。PRP的問題仍然在于它的制備和它所表達(dá)的生物活性因子的合成數(shù)量的可變性。PRP中分泌的一些生長因子（例如，血管內(nèi)皮生長因子）可能對關(guān)節(jié)和MSCs產(chǎn)生不利影響。

表2：近年來骨關(guān)節(jié)炎患者間充質(zhì)干細(xì)胞/富血小板血漿臨床試驗總結(jié)。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的臨床試驗

隨著干細(xì)胞技術(shù)在動物和體外應(yīng)用的證據(jù)增多實(shí)驗表明，應(yīng)用間充質(zhì)干細(xì)胞的移植技術(shù)治療骨關(guān)節(jié)炎實(shí)現(xiàn)軟骨再生已顯示出希望。迄今為止，全球已開展間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的臨床研究，其中128項已在clinicaltrial.gov注冊，部分已完成臨床試驗及安全性和有效性的初步評估。

在國內(nèi)，間充質(zhì)干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎的研究也在如火如荼地進(jìn)行。目前在clinicaltrial.gov注冊的研究有14項，占10%，其中4項（1項UC-MSCs和3項AD-MSCs）針對OA的治療已經(jīng)完成，3項研究（MSCs、hUC-MSCs、AD-MSCs）正在處于招聘狀態(tài)。

根據(jù)已完成的研究結(jié)果，間充質(zhì)干細(xì)胞（骨髓、脂肪和臍帶）療法在OA疾病的研究中顯示出很高的療效，未來有望替代傳統(tǒng)療法。在這14項研究，其中8項是BM-MSCs治療OA的臨床研究（表3）、三篇關(guān)于UC-MSCs治療OA的臨床研究（表4），三篇關(guān)于AD-MSCs治療OA的臨床研究（表5）。 表3：關(guān)節(jié)內(nèi)注射擴(kuò)增的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝骨關(guān)節(jié)炎的總結(jié)

表4：關(guān)節(jié)內(nèi)注射擴(kuò)增的臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞治療膝骨關(guān)節(jié)炎的總結(jié)

表5：關(guān)節(jié)內(nèi)注射擴(kuò)增的脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞在膝骨關(guān)節(jié)炎治療中的總結(jié)

骨髓是治療OA疾病最常見和最早有效的MSCs來源。BM-MSCs在臨床上利用干細(xì)胞移植技術(shù)修復(fù)膝關(guān)節(jié)軟骨取得了良好的效果。研究表明，BM-MSC移植比自體軟骨細(xì)胞移植或不移植更有效，并發(fā)癥相對較少。最后，雖然BM-MSCs已被廣泛研究并證實(shí)其有效性和安全性，但由于創(chuàng)傷和分化等因素難以獲得足夠數(shù)量的原代，BM-MSCs的進(jìn)一步臨床應(yīng)用受到限制能力受捐贈者年齡影響。

關(guān)節(jié)內(nèi)注射AD-MSCs也用于治療OA。臨床結(jié)果表明，關(guān)節(jié)內(nèi)注射MSCs具有顯著的劑量反應(yīng)效應(yīng)，需要進(jìn)一步的大規(guī)模試驗來證實(shí)大劑量注射的長期安全性和臨床優(yōu)勢。然而，比較研究表明，與BM-MSCs相比，AD-MSCs具有較低的軟骨形成潛力、較低的基質(zhì)蛋白生產(chǎn)的軟骨特異性和較低的I型膠原蛋白基因表達(dá)率。因此，學(xué)者們應(yīng)該努力進(jìn)一步優(yōu)化AD-MSCs的軟骨形成潛力.

臨床試驗表明，將人臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞注入關(guān)節(jié)腔內(nèi)治療退行性膝骨關(guān)節(jié)炎，可顯著改善患者的關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量。

2012年1月，韓國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)Cartisem作為一種安全有效的干細(xì)胞藥物（含有UC-MSCs和透明質(zhì)酸鈉）在韓國生產(chǎn)和銷售，用于治療退行性O(shè)A和軟骨損傷。自2012年在韓國上市以來，已治療5000余例患者，有效率達(dá)97.67%，治療效果不受患者年齡限制。更重要的是，Cartistem使用同種異體干細(xì)胞而非自體干細(xì)胞，成為全球首家使用同種異體干細(xì)胞生產(chǎn)治療藥物的公司。

2016年，干細(xì)胞藥物Maci在美國獲批上市，用于治療膝關(guān)節(jié)軟骨損傷……

而在國內(nèi)，根據(jù)國家藥品監(jiān)督管理局(NMPA)顯示，共有6款針對膝骨關(guān)節(jié)炎的間充質(zhì)干細(xì)胞新藥獲得臨床批件。這些臨床應(yīng)用及發(fā)展，標(biāo)志著干細(xì)胞療法在骨關(guān)節(jié)炎治療領(lǐng)域日趨成熟。

結(jié)論

由于止痛藥和消炎藥經(jīng)常引起胃腸道、肝臟、腎臟和心臟問題，因此目前的關(guān)節(jié)炎治療會產(chǎn)生許多常見的副作用，這可能對患者造成重大傷害。此外，ACI手術(shù)可能會導(dǎo)致供體部位出現(xiàn)并發(fā)癥，并且需要在全身麻醉下進(jìn)行兩次手術(shù)。

隨著間充質(zhì)干細(xì)胞特性、臨床前及臨床應(yīng)用研究的推進(jìn)，以干細(xì)胞療法為基礎(chǔ)的再生醫(yī)學(xué)在OA疾病治療中逐漸展現(xiàn)出優(yōu)勢。以前的研究已經(jīng)使用超聲檢測技術(shù)將骨髓、臍帶和脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞注射到關(guān)節(jié)腔中。

本研究將近三年的臨床前和臨床試驗內(nèi)容總結(jié)如下：盡管許多研究人員最初對間充質(zhì)干細(xì)胞療法感到擔(dān)憂，但一項臨床試驗的系統(tǒng)回顧表明，間充質(zhì)干細(xì)胞對于血管內(nèi)和關(guān)節(jié)內(nèi)注射來說都是相對安全的。值得注意的是，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可作為同種異體干細(xì)胞藥物，替代植入部位微環(huán)境中受損的組織，為骨關(guān)節(jié)炎治療開辟了一條新途徑。

最后，雖然這些初步研究顯示出有希望的治療效果，但它們的長期治療效果需要進(jìn)一步研究。此外，還需要更大樣本量和隨機(jī)對照的更可靠的研究以獲得更高水平的證據(jù)，并全面規(guī)范和優(yōu)化間充質(zhì)干細(xì)胞療法在骨關(guān)節(jié)炎中的應(yīng)用。相信不久的將來，間充質(zhì)干細(xì)胞將被廣泛應(yīng)用于骨性關(guān)節(jié)炎的治療。