黃 峰，毛瑞君，叢永健

股骨頭壞死是由多種因素引起的股骨頭血液供應破壞或骨細胞變性導致以骨小梁和骨髓壞死為特征的臨床常見病，一般認為其發(fā)病機制與脂肪栓塞、血管內凝血、髓內高壓和骨細胞脂肪性壞死有關。近年來，隨著對骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，MSCs）成骨作用認識的深入了解，為股骨頭壞死的治療提供了一種新的選擇。本文就MSCs用于治療股骨頭壞死的研究和應用概述如下。

1 股骨頭壞死的病因病機

1.1 病因 關于股骨頭壞死的病因有眾多學說，主要包括：創(chuàng)傷學說、脂類代謝紊亂學說、血管內凝血學說、骨內壓增高學說、二次碰撞學說等。

使用激素是股骨頭壞死最常見的原因之一，但應用多大劑量、持續(xù)多長時間能構成骨壞死的威脅尚存在爭議，且與個人體質密切相關。長期大劑量服用激素可導致基因突變使血液處于高凝低纖溶狀態(tài)，高凝低纖溶介導股骨頭靜脈內血栓形成，導致骨內靜脈壓增高、淤滯、引起動脈血流受損，造成骨細胞缺血、缺氧、壞死，使骨組織結構和功能破壞,最終引起股骨頭缺血壞死[1]。Parsons等[2]報道接受大劑量激素治療的患者中只有5%~10%發(fā)展為股骨頭缺血壞死，可見并不是所有使用大劑量激素的患者都會發(fā)生股骨頭缺血壞死，其原因可能是個體對激素的敏感性不同。

酒精是導致股骨頭壞死的另一個重要原因。Hirota等[3]對比了118例非激素性骨壞死患者和236名健康對照者，發(fā)現偶爾飲酒者（飲酒量<8m l/周）和規(guī)律飲酒者中（飲酒量≥8m l/d）骨壞死發(fā)生的風險顯著高于對照組；同時也發(fā)現酒精與骨壞死具有顯著的劑量效應關系。酒精代謝產物的毒性作用可以降低過氧化物歧化酶活性，使自由基生成增多，而自由基具有強烈的脂質過氧化作用，損傷細胞膜和細胞器，導致血管內皮細胞損傷，通透性改變，誘發(fā)微循環(huán)障礙。同時周圍脂質的增多也可聚成脂肪球，使股骨頭微循環(huán)發(fā)生脂肪栓塞，導致股骨頭壞死。

股骨頭的血供比較貧乏，且容易受到傷害，從而容易造成股骨頭缺血性壞死。研究表明股骨頸骨折占創(chuàng)傷性股骨頭壞死的87.18%，而中老年是股骨頸骨折的高發(fā)年齡[4]。創(chuàng)傷所致股骨頭壞死比例近年來有所降低，與創(chuàng)傷治療技術的提高有關。

1.2 病理機制 微循環(huán)障礙是股骨頭壞死的共同病理機制，無論原發(fā)性，還是繼發(fā)性股骨頭壞死，決定其病理演變的因素可概括為3個方面：即，病因；破骨細胞介導的骨吸收與骨的有效重建速率的平衡關系；生物力學作用。病因最終造成微循環(huán)損害，骨細胞、骨髓組織壞死、骨髓間充質細胞向成骨細胞分化能力下降，由于骨細胞及附于骨小梁表面的成骨細胞具有一定的屏障破骨細胞活動作用[5]。股骨頭壞死開始時，破骨細胞對骨小梁吸收增強，骨小梁因而變得稀疏細小。另一方面，因骨小梁中的骨細胞壞死失去了礦物代謝功能，其機械強度隨之下降，當應力傳導時，骨小梁極易骨折，骨壞死吸收同時伴隨修復，修復的強弱取決于供血狀態(tài)，通常在正常與壞死骨組織間出現一個修復區(qū)，該區(qū)骨的形成和吸收都較為活躍，如果吸收的骨不能由新生的骨有效替代，將發(fā)展成一軟化區(qū)，因此，骨的吸收速率及新生骨的有效重建速率應保持一定的平衡關系，而這種關系最終由破骨細胞的活動、MSCs向成骨細胞分化的能力及成骨細胞的功能狀態(tài)決定[6]?？傊?，股骨頭壞死的特征是股骨頭缺血壞死隨之出現修復反應進而發(fā)生股骨頭塌陷及髖關節(jié)骨性關節(jié)炎。

2 MSCs

MSCs來源于胚胎發(fā)育期中胚層，存在于骨髓組織中，在一定條件下能夠分化成軟骨細胞、成骨細胞、成纖維細胞、脂肪細胞等；并且MSCs取材方便、對供體損傷小、易于分離培養(yǎng)、體外增殖能力強、傳代培養(yǎng)后仍具有成骨能力，這些優(yōu)點使其成為骨壞死修復理想的種子細胞。

2.1 MSCs的生物學特性 Bianco等[7]證實MSCs具有在體外培養(yǎng)容易貼壁生長、形成集落、分化成定向祖細胞并能大量擴增的特點。MSCs具有干細胞的基本特性，能夠自我復制、自我更新并具有多向分化潛能[8]。由于它可以分化為骨髓基質等多種間充質組織，因此又被稱為基質細胞或間充質干細胞。其可分化成多種類型的結締組織細胞，如成骨細胞、成軟骨細胞、成肌細胞、成脂肪細胞、支持造血的基質細胞，甚至可以分化成傳統(tǒng)認為是終末細胞的心肌細胞和神經細胞[9，10]。并且擴增20~30代后仍保持其多向分化潛能。

2.2 MSCs的成骨特性 MSCs分化具有組織特異性，即MSCs所到達的組織微環(huán)境可誘導其定向分化[11]。骨髓中MSCs含量較少，但它能廣泛擴增，如20m l骨髓抽吸液經培養(yǎng)就能產生1013MSCs，接近成人身體細胞總數。MSCs具有向成骨分化的潛能，利用這一特性，將為骨壞死治療帶來契機。

祝聯等[3]應用珊瑚及MSCs復合物修復骨缺損，術后股骨缺損處充填了大量新生骨組織，色澤紅潤，8個月時色澤變白，質地堅硬，股骨無縮短，證明了MSCs能向成骨細胞轉化，具有活躍的成骨能力。MSCs具備向成骨分化的能力，但必須經過一定的誘導才能更好的發(fā)揮其成骨的特性。Chang等[2]研究表明地塞米松、β-甘油磷酸鈉和維生素C是MSCs向成骨細胞分化和體外成骨的必要條件。黃開等[13]將成骨細胞與誘導劑(地塞米松、β-甘油磷酸鈉、抗壞血酸)一起加入培養(yǎng)基，結果表明成骨細胞能促進MSCs的增殖和誘導MSCs向成骨分化。這些研究的發(fā)現將優(yōu)化誘導的條件，形成更穩(wěn)定的方法。

2.3 MSCs在治療股骨頭壞死中的臨床應用

2.3.1 髓芯鉆孔減壓并MSCs注射移植治療股骨頭壞死隨著干細胞技術的發(fā)展，國外部分學者進行了髓芯鉆孔減壓并MSCs注射移植治療早期股骨頭壞死的嘗試，獲得了滿意結果。

Gangji等[14]設立雙盲對照髓芯減壓和自體骨髓移植，13例18髖股骨頭壞死，為ARCOⅠ期或Ⅱ期，術后髓芯減壓組8髖中有5髖進展到Ⅲ期，而自體骨髓移植組的10髖只有1髖變?yōu)棰笃冢C明干細胞對早期股骨頭壞死治療是安全有效的。Yanz等[15]在髓芯減壓的基礎上，經減壓通道置入1根硬膜外導管，將自體MSCs注入，既能改善骨內高壓、骨微循環(huán)障礙等病理狀態(tài)，又能提供股骨頭修復重建的種子細胞，為新骨生成、替代死骨創(chuàng)造良好的環(huán)境，并獲得了較好的臨床效果。Hernigou等[16]共治療股骨頭壞死116例189髖，隨訪5~10年，平均7年，結果塌陷前期（Ⅰ、Ⅱ期）145髖中有9髖進行髖關節(jié)置換，塌陷后期（Ⅲ、Ⅳ期）的44髖中有25髖做全髖關節(jié)置換。結果顯示，移植的細胞數量越多，療效越好。徐軍等[17]應用髖關節(jié)鏡及自體外周血BM-MSCs移植術，采用Harris髖關節(jié)評分評價優(yōu)良率達94.7%，所有患者疼痛消失，行走正常，髖關節(jié)活動范圍正?；蚪咏?，X線片示股骨頭輪廓清晰，囊性變消失。

2.3.2 MSCs動脈灌注治療股骨頭壞死 在股骨頭壞死病灶中血液供應均遭到破壞，改善股骨頭血液供應成為治療該病的關鍵。有作者利用MSCs灌注治療兔股骨頭壞死，治療后2、4周，X線表現骨質密度改變明顯好轉，病理組織學表現空骨陷窩減少，成骨細胞增多，新骨形成，說明高選擇性股動脈灌注藥物治療股骨頭壞死能加速兔股骨頭壞死的再血管化和再骨化進程[18]。楊曉鳳等[19]采用超選擇性股骨頭供血動脈干細胞移植術的方法治療股骨頭壞死患者63例，取得了較好的臨床效果。

2.3.3 聯合填充材料MSCs移植 聯合填充材料的目的在于通過在體外細胞或器官的生長，或將細胞與載體相結合，從而促使組織再生和器官功能的恢復。MSCs可以作為一種良好的種子細胞。Sun等[20]使用納米晶膠原基骨復合材料作為支架材料，有降解與新骨生長匹配、接近自體骨框架以及可供成骨細胞貼附生長繁殖的優(yōu)點，同時具有較強的誘導成骨能力，適合MSCs粘附、生長、增殖和分化；并且有較強的組織相容性和適當的可降解性，能在降解過程中逐漸被新骨替代。孫偉等[21]在兔雙側股骨頭內骨缺損區(qū)填充納米人工骨和MSCs的復合材料。術后4周即有明顯的成骨反應和新骨形成，填充納米晶膠原基骨（nHAC）和MSCs的復合材料組骨小梁結構形成，12周基本修復股骨頭的骨缺損區(qū)，說明nHAC有較強的傳導成骨作用，是修復兔股骨頭骨缺損的良好移植材料。付松等[22]用牛松質骨復合MSCs植入治療兔股骨頭壞死的實驗研究表明，牛松質骨具有較好的生物相容性，并有良好的骨傳導性和機械承受能力。局部聯合材料移植MSCs也是治療股骨頭壞死的一個方法，但尋求組織相容性高、不良反應少、經濟有效的材料依然值得研究。

3 MSCs移植存在的問題及展望

MSCs是目前臨床研究的熱點之一，在骨組織工程方面具有廣泛的應用前景，但仍存在許多問題和不足，需進一步研究。如：①不同病因導致的股骨頭壞死的MSCs向成骨分化的能力有差異，不同個體、不同疾病狀態(tài)和不同部位的MSCs數量和質量均可能有差異，如何才能使其發(fā)揮最大作用；②在成骨的過程中，MSCs細胞間相互如何作用以及其所處的微環(huán)境中的各種刺激因子如何起作用，以及刺激因子間的相互關系；③不同來源的MSCs分化潛能是否一樣，多代培養(yǎng)后自我更新、多向分化的潛力是否相同等；④關于MSCs的移植途徑目前已經報道有靜脈輸入、靶器官動脈血管介入、定位移植等，哪種方法最合適；⑤植入的MSCs所形成的骨在組織學、生物力學上與正常骨的差別，能否解決退變的問題；⑥自體與異體MSCs間的應用選擇，等。

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