周廣東

(1.上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院整復外科 上海市組織工程重點實驗室 上海 200011；2.組織工程國家工程研究中心 上海 200240)

軟骨缺損的結構修復與功能重建仍是目前臨床治療的難題。近年來,新興起的組織工程與再生醫(yī)學技術為軟骨修復重建提供了新方向。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,軟骨組織工程技術獲得了很多重要進展。盡管如此，該技術目前仍未進入大規(guī)模的臨床應用，其首要瓶頸在于缺乏適合臨床應用的種子細胞來源。盡管前期很多研究已經(jīng)提示軟骨細胞、成體干細胞、胚胎干細胞、多能干細胞等具有較強的軟骨再生能力，但這些種子細胞在軟骨再生領域中的應用前景如何？在臨床轉化過程中將會面臨哪些挑戰(zhàn)？針對這些問題，該文展開了較為詳細的綜述。

1 軟骨細胞

文中詳細描述了軟骨細胞的主要特點及其目前的研究進展。軟骨細胞是軟骨組織工程的經(jīng)典種子細胞，其最大的優(yōu)勢是軟骨再生穩(wěn)定性好。但人體內可供利用的軟骨組織來源極為有限，大量擴增后極易發(fā)生老化、去分化。這些局限性一直是限制軟骨細胞進一步臨床轉化的重要因素。盡管軟骨細胞極易去分化，但是調控軟骨細胞重分化、恢復其功能的方法也非常多，比如三維培養(yǎng)、細胞因子誘導、力學刺激等。遺憾的是，目前尚未找到一個切實有效的軟骨細胞重分化調控體系。組織工程學是一門交叉學科，與細胞生物學、分子生物學及材料學等有著千絲萬縷的聯(lián)系。因此，隨著這些相關學科的進一步發(fā)展以及研究者對軟骨細胞更深入的認識，未來有望找到一個能有效調控去分化軟骨細胞功能的培養(yǎng)體系。目前，通過體外大量擴增獲取足夠細胞量已不是技術難題，如能有效解決軟骨細胞去分化問題，那么軟骨細胞來源不足這一難題將迎刃而解。因此，我認為軟骨細胞仍然是未來軟骨組織工程技術最有臨床應用前景的種子細胞來源。

2 骨髓間充質干細胞

正如文中所述，骨髓間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是軟骨再生領域中應用最廣、發(fā)展最快的成體干細胞。主要原因在于其軟骨形成能力極強、關節(jié)微環(huán)境的軟骨再生穩(wěn)定性很好，更重要的是獲取細胞時無繼發(fā)組織損傷。因此一直是軟骨再生的熱點。然而，BMSCs最大的不足是在皮下環(huán)境的骨化問題。與軟骨共培養(yǎng)雖然能穩(wěn)定其皮下環(huán)境的軟骨再生，但這一模式創(chuàng)傷相對大，患者很難接受，因此臨床上很難推廣。盡管前期研究發(fā)現(xiàn)軟骨調節(jié)素-1可能是共培養(yǎng)體系中穩(wěn)定BMSCs成軟骨分化的重要細胞因子[1-2]，但我的前期研究發(fā)現(xiàn)單純上調軟骨調節(jié)素-1并未能有效避免BMSCs骨化(文章尚未發(fā)表)。由此可見，軟骨細胞共培養(yǎng)抑制骨化的根本機制仍需進一步探討。實際上，BMSCs的成骨能力較成軟骨能力強，我認為其在關節(jié)骨、軟骨缺損的修復重建中更具優(yōu)勢。

3 脂肪干細胞

脂肪干細胞(adipose derived mesenchymal stem cells， ADMSCs)來源廣、容易獲取、具有多向分化潛能，是目前組織再生的熱點之一。文章提及目前有諸多研究將ADMSCs應用于關節(jié)軟骨修復重建中，且有將同種異體，甚至異種細胞應用于關節(jié)軟骨再生并獲得成功的報道。盡管如此，我在前期研究發(fā)現(xiàn)，ADMSCs的體內、體外軟骨形成能力明顯較軟骨細胞、BMSCs等差。因此，該細胞能否在臨床應用中大力推廣仍值得進一步驗證。此外，有關同種異體或者異體ADMSCs修復關節(jié)軟骨缺損的有效性仍值得推敲，特別是體內長期轉歸如何？免疫排斥反應是否會加重后期軟骨病變？有關這些問題值得建立模擬臨床的大動物模型長期隨訪以進一步明確。

4 胚胎干細胞

胚胎干細胞(embryonic stem cells，ESCs)雖具有強大的分化潛能，但這強大的分化能力同時是一把雙刃劍。這些細胞群雖可分化成各種成熟的成體細胞，但也有較高的腫瘤形成風險。有研究嘗試通過細胞表面標記物分選特定細胞以降低其致瘤風險，但這些研究目前仍處于較為初級的階段，離實際的臨床應用仍有較遠的距離。此外，ESCs面臨的一個重要挑戰(zhàn)是倫理問題，這是目前爭議較多的問題。不同國家及地區(qū)對ESCs的應用持不同的態(tài)度，因此，要大力推廣難度較大。盡管如此，對無法利用自體軟骨細胞或其他成體干細胞的患者而言，ESCs無疑是十分合適的種子細胞來源，但免疫排斥問題仍需有效解決。

5 誘導多能干細胞

誘導多能干細胞(induced pluripotent stem cells， iPSCs)是Takahashi等[3]在2006年通過將終末分化的成纖維細胞重編程獲得的多功能干細胞。這是細胞生物學領域的偉大發(fā)現(xiàn)。此后，有關iPSCs在各個領域的應用研究迅速興起，其在軟骨再生領域的研究也有諸多進展。但經(jīng)過10余年的發(fā)展，基于iPSCs的軟骨組織工程技術在大動物研究乃至實際臨床應用中均未獲得重要突破。其主要原因在于，iPSCs是通過慢病毒將Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4等轉錄因子轉入成體細胞內獲得，慢病毒的轉染以及外源性基因的導入是否會引起宿主細胞的瘤變、畸變？是否會改變人類的遺傳信息？有關這些問題目前均未明確。因此，生物安全性仍是iPSCs面臨的最大挑戰(zhàn)。要明確這些問題進一步實現(xiàn)其臨床應用轉化，或許還需數(shù)十年甚至上百年的有效性、安全性驗證。

6 經(jīng)血源子宮內膜干細胞

經(jīng)血源子宮內膜干細胞(menstrual blood-derived mesenchymal stem cells, MenSCs)與iPSCs均是近10年來組織再生領域的研究熱點，同時也是軟骨組織工程的新型種子細胞來源。子宮內膜在女性的一生中，脫落再生和成熟有400次循環(huán)[4]，這說明這些細胞具有非常強大的再生能力。因此，如果其軟骨形成能力足夠強大，那么將是非常理想的種子細胞來源(獲取無繼發(fā)組織缺損，可反復取材，無倫理問題)。有研究證實，MenSCs具有較強的軟骨形成能力，但實際上關于MenSCs的軟骨形成能力目前仍存在較大爭議[5]。如Chen等[5]報道MenSCs的軟骨形成能力顯著低于BMSCs。因此，有關MenSCs的軟骨再生能力問題，仍需全面、科學、合理的評估。

7 展望

自軟骨細胞首次被分離培養(yǎng)以來，組織工程技術便獲得了前所未有的發(fā)展?；谲浌羌毎慕M織工程軟骨修復重建技術獲得了諸多進展，臨床試用也獲得了一定成功。但軟骨細胞擴增后的去分化問題、繼發(fā)組織缺損問題仍是其進一步發(fā)展的瓶頸。近年來有關調控軟骨重分化的研究也獲得了很多重要發(fā)現(xiàn)，這些研究將為軟骨細胞的臨床轉化提供重要研究基礎。

除了軟骨細胞、BMSCs等經(jīng)典的種子細胞外，近年新開發(fā)的如MenSCs、ESCs、iPSCs等為軟骨組織工程技術的臨床應用提供了新方案。當然，正如文中所描述的那樣，這些細胞的進一步發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如BMSCs的皮下骨化問題，ADMSCs、MenSCs的軟骨形成能力問題，iPSCs、ESCs的免疫排斥問題、生物安全問題等。此外，除了文中提及的這些細胞外，還有臍帶血干細胞、滑膜干細胞等均具有一定的軟骨形成能力，在后續(xù)的研究中也可作為軟骨再生的候選種子細胞。盡管目前的各類種子細胞在臨床應用轉化中均面臨著各種挑戰(zhàn)，但隨著細胞生物學、分子生物學、材料學等相關學科的發(fā)展與促進，目前的挑戰(zhàn)與瓶頸問題在未來將會獲得有效解決。