费杨厚雪 ，张 鸽 ，张 云 ，黄 炜△

（1. 华北理工大学研究生院，河北 唐山 063210； 2. 河北省唐山市工人医院，河北 唐山 063003）

骨关节炎是一种非炎性关节病［1］，主要特征为关节软骨破坏及骨赘形成［2］，具体表现为关节疼痛、僵硬，日常活动受限，致残率高达53%［3］。且骨关节炎所致活动功能障碍，会增加心血管事件的发生率及全因病死率［4］。传统治疗方法仅能控制疼痛和恢复骨关节功能，但不能阻止疾病的发展。采用计算机检索PubMed、中国知网、万方、维普等数据库中治疗骨关节炎的相关文献，检索时限为1988 年1 月至2021 年8 月，发现随着组织工程的发展，间充质干细胞（MSC）对修复软骨有良好的长期效果，其中脂肪间充质干细胞（ADSCs）易于获取，为骨关节炎的治疗提供了新选择。现将ADSCs 治疗骨关节炎的研究进展综述如下。

1 来源及特点

1.1 分离培养

脂肪组织一直被认为是一种惰性组织。通常在吸脂术后作为手术废物丢弃，但它和骨髓一样源于中胚层，具有多能性，可分化为多种细胞谱系［5］。经典提取方式为酶解法，用胶原酶消化人体成熟脂肪组织，再离心、过滤，清洗后得到血管基质组分（SVF）［6］。2001 年，ZUK 等［7］首次鉴定了SVF，发现其中包含ADSCs、内皮细胞、红细胞、成纤维细胞、淋巴细胞、单核－巨噬细胞、周细胞等成分，通过体外培养后可从中分离出ADSCs。尽管提取方法多样，但操作流程大致相同，差异主要在于洗涤次数、酶浓度、离心参数、红细胞溶解方法、过滤和最终培养条件［8］。近年来，许多企业开始研发非酶法细胞分离系统，通过超声和机械力对脂肪进行微碎，在不使用酶的情况下，既能冲洗掉杂质，又能完整保留SVF［9］。

1.2 特点

ADSCs 源于脂肪组织，呈纺锤体形态，表现为成纤维细胞样生长，体外培养可稳定增殖。主要表达（超过80% ）CD13，CD29，CD44，CD73，CD90，CD105，极少表达（低于2% ）CD31，CD45，CD235a［10］。全能或多能干细胞表达的CD177也可见于ADSCs，表明ADSCs 具有分化为成骨、成软骨和成脂肪细胞的能力。利用组织学染色和特异性生物标志物可鉴别ADSCs 的分化方向（见表1）。ADSCs的多方向分化潜能使其在心血管疾病、糖尿病、炎性肠病、整形美容医学等多领域受到广泛关注。作为组织工程的热门种子细胞，ADSCs 治疗骨关节炎在近年一直是各方关注的焦点。截至 2021 年 8 月，在 Clinicaltrials.gov 上登记的“脂肪来源干细胞”相关临床试验共有291 条，关于肌肉骨骼疾病的研究占第1 位，其中绝大部分与骨关节炎相关。针对骨关节炎发病机制的研究主要集中于软骨损伤、关节力学、细胞因子等方面。目前的研究认为，ADSCs 主要通过修复软骨损伤、免疫调节和旁分泌途径改善关节腔内微环境来治疗骨关节炎。

表1 ADSCs 分化方向的鉴定方法Tab.1 The way to identify the differentiation potential of ADSCs

2 骨关节炎治疗作用机制

2.1 修复软骨损伤

软骨细胞是关节软骨中唯一的细胞形式，散在分布于主要由Ⅱ型胶原搭建而成的网状结构中，与细胞外基质共同构成关节软骨［16］。由于关节软骨中细胞外基质占比高，且缺乏血液供应，自我修复能力很差。当解剖学异常、年龄［17］、运动负荷、创伤等因素导致关节软骨损伤时，药物很难通过血液循环进入。1994 年，BRITTBERG 等［18］对23 例可能进展为骨关节炎的膝关节深部软骨缺损患者行自体软骨细胞移植治疗，证实培养自体细胞生成的透明软骨组织可用于修复膝关节深层软骨缺损，改善临床症状，为利用自体细胞形成软骨特性修复关节软骨提供了思路。

大量体外试验证实，ADSCs 在软骨诱导液的诱导下可分化为软骨细胞，并稳定增殖，直接向关节腔内注射ADSCs、体外预处理或联用支架／媒介混悬液均可促使ADSCs 向软骨分化，减轻骨关节炎症状。相比于诱导液培养法，软骨细胞共培养法、外源性生长因子诱导液培养法、基因修饰等方法诱导效果更佳。周君等［19］通过膝关节前交叉韧带离断法建立了大鼠骨关节炎模型，从同种异体雄性SD 大鼠腹膜脂肪组织中分离出ADSCs 后直接注射入膝关节，结果治疗组Ⅱ型胶原蛋白的表达水平明显上调，滑膜增生减轻，骨赘形成和软骨破坏均减少，证明可通过关节腔内注射ADSCs，抑制软骨损伤来延缓骨关节炎进程。VAN PHAM 等［20］在移植 ADSCs 的小鼠模型中观察到新软骨的形成；但LI 等［21］仅观察到ADSCs 组较对照组骨关节炎软骨退变明显减轻，两组均未发现新软骨形成，考虑与骨关节炎模型和治疗时间差异相关。

2.2 免疫调节与抗炎作用

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核因子－κB（NF － κB）、Wnt／β －catenin 信号通路是骨关节炎发病中的主要信号通路，白细胞介素（IL）－1β 是关键细胞因子。年龄、机械制动、运动磨损、体质量、外伤等多因素使 IL －1β 上调，肿瘤坏死因子（TNF）－α 和 IL －1 等炎性递质产生［16］，促进基质金属蛋白酶（MMP）家族表达，形成关节软骨炎症，使软骨降解酶表达活跃，软骨细胞分解增加，细胞外基质生成减少［22］。同时，由于软骨细胞自我修复能力差，导致软骨受损钙化，软骨下骨形成，出现骨关节炎［23］。IL － 1β 还可促使前列腺素 E2和一氧化氮过表达而加重骨关节炎［22］。细胞因子促进蛋白酶和血浆酶原激活因子产生，加速软骨机制破坏［24］和微晶体形成，使软骨基质分解、代谢，导致关节滑膜炎性反应，进而发生骨关节炎［25］。

ADSCs 体外培养液可通过NF－κB 信号通路抑制IL－1β 生成，将淫羊藿苷干预的ADSCs 注入膝关节腔，同样发现TNF－α、IL－1、一氧化氮等炎性因子水平降低，关节软骨细胞凋亡被抑制［26］。将ADSCs 和骨关节炎的软骨细胞、滑膜细胞共同培养，可抑制IL－1，IL－6，TNF － α 等炎性因子产生［27］。ADSCs 还可通过直接分泌抗炎因子IL－10，IL－1 受体拮抗剂等抑制炎症发生，或促进有免疫抑制作用的CD4＋FOXP3＋T help 细胞生长，间接使IL－10 分泌增加［28］。滑膜巨噬细胞与骨关节炎发展较密切，ADSCs 作用于滑膜巨噬细胞使其活化被抑制，炎性因子分泌减少，起到调节免疫功能的作用［29］。

2.3 旁分泌作用

LEE 等［30］发现，ADSCs 会向病变或缺血位置迁移，这种现象称为“归巢”。KATSHA 等［31］认为，ADSCs 注入体内后，导致归巢现象的原因不明，在受损组织中分化的效率很低，甚至并不直接作用受损处。LI 等［21］认为，ADSCs 通过旁分泌途径影响关节腔内的微环境，分泌各种可溶性和不可溶性细胞因子、趋化因子和生长因子，介导软骨细胞的抗炎、抗纤维化、抗凋亡和营养效应。

外泌体是一种细胞外囊泡，携带大量活性物质，通过内吞－融合－外排方式释放，作用于其他靶细胞。HAN 等［32］在 ADSCs 体外培养上清液中找到平均直径为90 nm 的圆形或椭圆形膜囊，且外泌体特异性生物标志物CD63和热休克蛋白－70 呈阳性，证实其为外泌体。ADSCs产生的外泌体（ADSCs－Exos）主要通过丰富的miRNA促进软骨修复，还可减轻炎性反应，保护关节软骨。

3 临床应用

ADSCs 无论是单独注射还是协同治疗的临床疗效和影像学改善效果均显著。不良反应方面，抽脂术并发症发生率极低，1 项全国性调查报道为 0.1%［33］。多中心研究分析，经干细胞治疗（包括骨髓间充质干细胞和ADSCs）患者，不良事件的发生率为12.1%（以疼痛和膝关节肿胀为主），严重不良事件发生率为1.5%（包括肿瘤、神经和血管事件），其中肿瘤的发生率为 0.3%［34］。这些临床研究提示，ADSCs 治疗骨关节炎有良好的临床应用前景，且安全性高，但注射剂量尚无固定标准。同时，手术医师水平、生物辅助剂的使用及未展开大规模临床试验，使ADSCs 的临床疗效评价存在一定局限性。详见表2。

表2 ADSCs 治疗骨关节炎的临床研究Tab.2 Clinical studies of ADSCs in the treatment of osteoarthritis

4 优势与不足

相较于骨髓来源的MSC，ADSCs 具有取材方便、制备简单、干细胞产量高、免疫原性较低、致畸和致瘤性低等优点［41］。不足之处：1）没有标准化的分离、提取操作流程；2）细胞来源的不可预测性；3）无法抑制机械因素，可能需要长期反复注射；4）现有临床试验多停留在Ⅰ期，且多数未严格遵循空白对照试验法，盲法设计上存在对受试者开放的情况，可信度较低［42］，同时缺乏剂量疗效试验，难以指导后续临床应用ADSCs 的合理用量。

目前，骨关节炎的发病呈现出低龄化趋势。由于就诊率低，很多患者在第1 次就诊时就已达到中／重度，严重影响生活质量，也为国家医疗资源增加负担。ADSCs 的出现使修复损伤组织、抑制疾病进展成为可能，其具体作用机制、远期疗效、潜在的免疫风险尚不明确，应进一步加强研究，为临床应用提供详尽的科学依据。