美丽　刘少英　刘福艳　凌沛学

250012　山东济南，　　山东大学药学院



脂肪组织来源干细胞治疗骨关节炎研究进展

美丽刘少英刘福艳凌沛学

250012山东济南，山东大学药学院

摘要骨关节炎(OA)是以软骨退行性变为主要病变的慢性疾病，且由于关节软骨组织无血管供应营养、软骨细胞再生能力差等原因，受损软骨很难自身修复。脂肪组织来源干细胞(ADSC)具有优良的自我复制能力和多项分化潜能，在特定诱导条件下能向软骨细胞分化。近年来对ADSC治疗OA的研究较多，并已证实关节腔注射ADSC可有效缓解OA病情、修复受损软骨。该文对ADSC治疗OA研究进展作一综述。

关键词脂肪组织来源干细胞；骨关节炎；软骨缺损；关节腔注射

骨关节炎(OA)是一种常见的关节软骨退行性疾病，其病理变化包括软骨磨损、滑膜炎症、骨赘生成及软骨下骨病变等，常导致疼痛和行动不便[1]。由于关节软骨并无血管和神经，受损软骨组织难以自身修复[2]。间充质干细胞(MSC)具有良好的自我复制能力和多向分化潜能，有治愈多种退行性疾病的潜能。多项研究[3-5]证实，骨髓间充质干细胞(BMSC)、脂肪组织来源干细胞(ADSC)、滑膜来源干细胞等可有效治疗OA。其中ADSC因其来源丰富、取材方便、组织中含量高等而备受关注[6]。因为OA在老年人中发病率较高，故选择治疗OA细胞时须考虑年龄对所选细胞的影响。ADSC增殖、分化和集落形成等性质受老龄化影响明显小于BMSC[7]。

1动物实验研究

动物实验研究发现，关节腔注射无支架材料的ADSC、可注射支架材料混悬的ADSC或体外预处理的ADSC均能有效缓解OA病情。

1.1单纯使用ADSC治疗OA

ADSC治疗软骨缺损研究开始较早，2003年就有报道[8]，但关节腔注射ADSC治疗OA的研究开始较晚。Frisbie等[9]最早于2009年报道关节腔注射体外扩增的自体来源ADSC和BMSC治疗关节镜下诱导的马OA，未发生不良反应，但也未改善OA情况。Toghraie等[10-11]采用膝关节前交叉韧带切断(ACLT)诱导的家兔OA模型，证实关节腔注射无支架材料的生理盐水混悬脂肪垫来源ADSC和皮下ADSC均能缓解OA病情，修复OA中损伤的软骨，表明了ADSC治疗OA的有效性。

1.2ADSC与支架或媒介混悬液治疗OA

ADSC与可注射支架或媒介混合液治疗OA的研究较多。常用的支架和媒介分别为透明质酸(HA)、纤维蛋白凝胶等高分子支架和血清、富血小板血浆(PRP)等富含营养物质的液体。Kuroda等[12]对家兔ACLT诱导形成OA，治疗组关节腔注射HA溶液混悬ADSC，对照组注射单纯HA溶液，结果发现与对照组相比，治疗组软骨退变明显被抑制。Lee等[13]采用以纤维蛋白凝胶为支架的ADSC治疗ACLT诱导的大鼠OA模型，取得良好疗效。ter Huurne等[14]将绿色荧光蛋白(GFP)标记的ADSC用4%小鼠血清混悬，关节腔注射治疗胶原诱导的小鼠OA模型，结果显示可明显缓解软骨退变、滑膜增厚和骨赘形成等OA相关病理变化。Desando等[15]在ACLT诱导的家兔OA模型中用4%家兔血清混悬的ADSC治疗，取得明显疗效。

1.3经体外预处理的ADSC治疗OA

将干细胞向软骨细胞分化相关基因转染至ADSC，可提高其向软骨细胞分化的能力。Lee等[13]研究发现，在ACLT诱导的大鼠OA模型中，试验组关节腔注射经纤维蛋白胶混悬且转染SOX-5、SOX-6、SOX-9基因的ADSC进行治疗，对照组只注射纤维蛋白凝胶治疗，8周后对比治疗效果，发现试验组症状获得明显缓解。采用生物活性物质体外预处理ADSC，可提高其增殖分化能力。van Pham等[16]研究发现，使用PRP预处理ADSC 能大大提高其增殖和向软骨细胞分化的能力，从而提高其治疗OA的效果，具体操作方法为在体外先将ADSC向软骨细胞诱导分化，再向关节腔内进行注射治疗。Ude等[17]对ACLT诱导的山羊OA模型进行试验，治疗组分别向关节腔注射体外向软骨细胞诱导分化的ADSC或BMSC，对照组注射含10%胎牛血清的D-MEM/F12培养基治疗，6周后发现与对照组相比，ADSC与BMSC治疗组均能明显减低关节软骨国际软骨修复协会(ICRS)组织学评分，修复受损软骨。

2临床研究

临床上采用关节腔注射ADSC/PRP混合液、ADSC/PRP/HA混合液和ADSC/纤维蛋白凝胶混合液治疗OA较为常见。

关节腔注射ADSC/PRP混合液治疗OA的研究较多。Bui等[18]对21例OA患者实施关节腔注射腹部ADSC/PRP混合液，随访6个月，所有患者病情明显好转，MRI检查显示软骨变厚。Koh等[19]对18例OA患者实施关节腔注射脂肪垫来源ADSC/PRP混合液治疗，随访24.3个月后，所有患者临床症状均得到明显改善；将25例OA患者分为治疗组与对照组，治疗组关节腔注射脂肪垫来源ADSC/PRP混合液，对照组关节腔注射单纯PRP，随访16.4月，均未发现任何不良反应，与治疗前相比，治疗后两组患者关节Lysholm评分、Tegner运动水平评分均提高，疼痛视觉模拟评分(VAS)降低，治疗组疗效优于对照组，但无统计学差异[20]。

Koh等[21]对30例OA患者进行关节腔注射臀部ADSC/PRP混合液，与治疗前相比，87.5%患者软骨缺损得到修复或未进一步缺损，且治疗24个月后的疗效明显优于治疗后12个月。临床研究[22]报道，对35例OA患者进行关节腔注射臀部ADSC/PRP混合液，随访24个月，发现患者国际膝关节文献委员会(IKDC)膝关节评分和Tegner运动水平评分均得到明显提高，且94%的患者对疗效满意，但经关节镜评价软骨缺损发现，76%患者仍有软骨缺损，高体重指数(BMI)和大软骨缺损是影响ADSC治疗效果的主要因素。有对照研究[23]显示，对实验组21例患者实施高位胫骨截骨术(HTO)与关节腔注射ADSC/PRP混合液联合治疗，对对照组23例患者实施HTO与关节腔注射单纯PRP联合治疗，随访24个月，实验组疼痛缓解、OA病情改善明显优于对照组，经关节镜评价软骨缺损发现，实验组50%患者软骨缺损处存在纤维软骨修复，而对照组仅10%患者存在类似现象。

Pak[24]对2例OA患者进行关节腔注射腹部ADSC/PRP/HA联合微量地塞米松治疗， 3个月后MRI检查显示，2例患者关节软骨均较治疗前明显增多，疼痛明显减轻，关节活动度明显增强。Pak等[25]对91例OA患者关节腔注射ADSC/PRP/HA混合液，1个月和3个月后平均VAS评分从治疗前26.62 ± 0.32分别减轻至6.55 ± 0.32和4.43±0.41，随访30个月，未发现任何不良反应。

Kim等[26]对54例OA患者进行研究，其中A组(17例)实施关节腔注射纤维蛋白凝胶混悬ADSC治疗，B组(37例)实施关节腔注射无支架材料ADSC治疗，随访28.6个月，发现两组IKDC评分和Tegner运动水平评分均无显著性差异，但与治疗前相比均显著提高，经关节镜评价软骨缺损发现第1组58%患者、第2组23%患者的关节软骨达到正常水平。

3治疗机制

ADSC对OA治疗作用可通过以下3种途径实现：①分化为软骨细胞，修复受损软骨组织；②分泌抗炎因子和营养因子促进软骨前体细胞增殖，并通过抑制软骨细胞炎症、凋亡、肥大化、纤维化和去分化等来抑制软骨组织破坏，减轻软骨受损；③分泌抗炎因子，抑制关节腔内巨噬细胞活性，降低炎性因子释放，从而抑制OA炎症。

3.1ADSC向软骨细胞分化

ADSC在适当诱导条件下能向软骨细胞分化。治疗软骨缺损时，将ADSC与支架材料填补于软骨缺损处，ADSC能向软骨细胞分化而修复缺损软骨[27-28]。但关节腔注射ADSC治疗OA时，荧光标记的ADSC分布在滑膜和内侧半月板中，而软骨组织中并未检测到被标记的细胞，因此治疗OA时ADSC是否能向软骨细胞分化需进一步研究[12,14-15]。

3.2ADSC对软骨细胞的保护作用

ADSC可抑制OA软骨细胞炎症、凋亡、肥大化、纤维化和去分化等而保护软骨细胞并促进软骨细胞增殖。Platas等[29]报道ADSC的体外培养液能通过抑制转录因子核因子-κB(NF-κB)实现促进软骨细胞的增殖并抑制白细胞介素(IL)-1β诱导的软骨细胞基质金属蛋白酶、一氧化氮(NO)、前列腺素(PG)E2和趋化因子CXCL等炎性介质。van Buul等[30]研究发现，干扰素(IFN)-γ和肿瘤坏死因子(TNF)-α刺激的ADSC培养上清能抑制OA患者软骨和滑膜组织炎症。Manferdini等[31]将ADSC与OA软骨细胞和滑膜细胞共培养，发现能抑制软骨细胞和滑膜细胞的IL-1β、TNF-α、IL-6、CXCL1/生长相关癌基因α、CXCL8/IL-8、CXCL2/单核细胞趋化蛋白、CXCL3/巨噬细胞炎性蛋白1α和CXCL5/RANTES等炎性因子，该抗炎作用不通过拮抗IL-10、IL-1受体和纤维生长因子(FGF)-2、吲哚-2,3双加氧酶(IDO)和半乳糖凝集素1抗体等常见免疫调节因子介导，而是通过环氧合酶 (COX)-2/PGE2信号转导通路实现，在此过程中软骨细胞和滑膜炎症程度越严重，其抗炎效果越明显。Maumus等[32]将ADSC与OA患者软骨细胞共培养，发现ADSC能抑制软骨细胞纤维化、肥大化而使其保持透明软骨表型，并能抑制喜树碱诱导的软骨细胞凋亡，共培养后软骨细胞分泌转化生长因子(TGF)-β数量明显减少，而ADSC分泌肝细胞生长因子(HGF)数量明显增多，中和HGF时，抗软骨细胞纤维化作用消失，推测ADSC抗软骨细胞纤维化的作用可能通过HGF实现。

3.3ADSC免疫调节作用

ADSC免疫调节作用是其治疗OA的重要机制之一。ADSC能被炎性因子激活而分泌PGE2、IDO、NO等直接或间接抑制免疫细胞。与OA发生发展较为密切的免疫细胞为滑膜巨噬细胞。在OA过程中滑膜巨噬细胞较为活跃，分泌IL-1β和TNF-α等炎性因子而导致软骨细胞凋亡[33]。Schelbergen等[34]研究发现，ADSC能通过与巨噬细胞相互作用来抑制巨噬细胞的活化，抑制其分泌IL-1β、TNF-α、S100A8/A9等炎性因子，从而抑制OA中软骨退化，经INF-γ和IL-1β刺激的ADSC培养上清能提高巨噬细胞精氨酸酶、IDO和一氧化氮合成酶(iNOS)的表达而使巨噬细胞由M1型转化为M2型。

4存在问题

ADSC对较严重的OA和BMI较大的患者疗效较差。ter Huurne等[14]采用小鼠OA模型，比较ADSC对不同程度OA的疗效，发现ADSC能明显缓解早期OA软骨退变、滑膜增厚和骨赘形成等病理变化，但对晚期OA无明显改善作用。Jo等[35]比较ADSC治疗炎症较重的胶原诱导OA和炎症程度较轻的ACLT诱导OA的疗效，发现前者疗效明显优于后者，认为一定程度的炎症能提高ADSC治疗OA的作用。

目前ADSC治疗OA的研究中，关于细胞数量对疗效的影响仍存争议。Desando等[15]采用ACLT诱导的家兔OA模型比较不同数量ADSC(细胞数量分别为2×106和6×106)的治疗作用，发现低剂量组疗效优于高剂量组。Jo等[35]在临床研究中比较高(1×108)、中(5×107)、低(1×107)剂量ADSC治疗18例严重程度不同OA患者的疗效，发现只有高剂量ADSC能减轻OA病情并修复受损软骨。

自体来源、同种异体来源和异种异体来源ADSC治疗OA的有效性在动物实验研究中得到证实。但临床研究所用的ADSC均为患者自体细胞，异体来源ADSC治疗OA尚未见报道，尚待进一步研究。

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(收稿：2015-07-20；修回：2015-12-14)

(本文编辑：李圆圆)

DOI：10.3969/j.issn.1673-7083.2016.02.009

通信作者：凌沛学E-mail: lpx@sdfmg.com