陳興真 綜述 段國慶 審校

(濟寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院,濟寧 272013;濟寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院,濟寧 272029)

關(guān)節(jié)軟骨滿足了人們行走、跑跳等運動需求。關(guān)節(jié)軟骨一旦受損，難以修復(fù)，隨著病情進展發(fā)展為骨關(guān)節(jié)炎，最終致使膝關(guān)節(jié)置換。臨床上常采用一些非手術(shù)方法控制病情進展，比如口服非甾體抗炎藥；關(guān)節(jié)內(nèi)注射玻璃酸鈉、富血小板血漿；關(guān)節(jié)鏡下沖洗清理術(shù)。盡管臨床結(jié)果顯示非手術(shù)治療在早期止痛、營養(yǎng)軟骨均有一定效果，但軟骨的先天特點限制了保守治療的效果。目前恢復(fù)受損的軟骨及延緩關(guān)節(jié)軟骨損傷進展仍是臨床面臨的挑戰(zhàn)。為了方便臨床醫(yī)師根據(jù)患者的實際情況，選擇最優(yōu)的手術(shù)方案，以便患者達到最好的預(yù)后，現(xiàn)就目前軟骨損傷主要使用幾種手術(shù)治療方法進展做一綜述。

1 微骨折術(shù)

微骨折術(shù)是用于治療膝關(guān)節(jié)軟骨缺損的最常用技術(shù)，它利用骨髓刺激產(chǎn)生纖維軟骨修復(fù)[1]。根據(jù)損傷位置，微骨折術(shù)選取不同的關(guān)節(jié)鏡入口，應(yīng)用刮除器或環(huán)刮器將病變周圍不穩(wěn)定的軟骨切除直到獲得穩(wěn)定的軟骨邊緣。然后切除鈣化層并暴露軟骨下骨，以確保顯露修復(fù)區(qū)域[2]。在這一步驟中，必須注意不要過度切除破壞軟骨，否則會導(dǎo)致骨的過度生長[3]。最后使用窄鉆進行鉆孔，形成直徑為1～2mm、2～4mm深和3～4mm間隔的孔，使骨髓元素遷移到病變表面[2]。微骨折術(shù)的一般適應(yīng)癥包括有癥狀的不穩(wěn)定或全層軟骨缺損，這些缺損完全包含在健康軟骨的邊緣，患者須遵守術(shù)后康復(fù)限制：非手術(shù)肢體負重，手術(shù)肢體負重受限[1]。與微骨折術(shù)相關(guān)的禁忌癥包括非局限的病灶，炎癥性關(guān)節(jié)炎， 彌漫性關(guān)節(jié)退行性變、感染、腫瘤和骨性壞死[4]。目前研究顯示微骨折術(shù)具有良好的短期術(shù)后效果，但是由于纖維修復(fù)組織的機械質(zhì)量差，不能恢復(fù)正常的透明軟骨，微骨折術(shù)后的長期結(jié)果是可變的[1]。較大的病變(>4cm2)在微骨折手術(shù)后的改善已報道，然而，這種改善并不像在較小的病變(<4cm2)中所看到的那樣得到維持[4]。研究發(fā)現(xiàn)微骨折術(shù)是治療運動相關(guān)膝關(guān)節(jié)軟骨缺損的有效方法，且年齡越小，病變越小，關(guān)節(jié)活動度、癥狀改善程度越好[5]，在運動員中，損傷越小(<2cm2)預(yù)測重返賽場的概率越大[6]。

2 自體軟骨細胞移植術(shù)(ACI)

ACI是一種組織再生技術(shù)，一般的ACI程序包括患者自身的軟骨細胞體外分離培養(yǎng)，并將其重新植入軟骨缺損[7]。ACI技術(shù)包括骨膜覆蓋ACI(PACI)、膠原覆蓋ACI(CACI)和基質(zhì)誘導(dǎo)ACI(MACI)[7]。第三代MACI與前兩代ACI技術(shù)不同，它不使用膜來容納植入的細胞，而是將培養(yǎng)的細胞直接植入可生物降解的三維支架上，并植入到缺損中[7],而且MACI暴露缺損的切口較小，在技術(shù)上比PACI和CACI簡單，手術(shù)時間較短，這也就減少了相關(guān)的麻醉和止血時間[8]。近年來ACI已成為大面積軟骨缺損(>2.5cm2)、全層軟骨缺損的標準治療方法[9]。研究表明ACI具有產(chǎn)生透明質(zhì)酸的潛力[10]。一項以中國人群為研究對象的研究結(jié)果顯示ACI術(shù)后24個月大量的透明樣組織完全填充缺損，與鄰近軟骨幾乎完全整合[11]。一項回顧結(jié)果顯示82%的患者在平均11.4年的隨訪中獲得了良好的結(jié)局[12]。另一項20年的隨訪更是提供了令人滿意的軟骨細胞存活率和顯著的臨床癥狀改善[13]。還有結(jié)果顯示20年后的最佳生存率(100%)為缺陷面積<4.5cm2的患者，而最差的生存率(25%)出現(xiàn)在有骨髓刺激術(shù)病史的患者中[13]，這一觀察結(jié)果與之前的研究較為一致：病變>4.5cm2及骨髓刺激術(shù)后ACI的失敗率增加[14]，而且ACI療效也受周圍移植物肥大、鈣化以及縫合軟骨的退變影響[15]。這種侵入性手術(shù)的恢復(fù)期長，需要多次手術(shù)，獲得的軟骨細胞數(shù)量有限，組織來源少。對于軟骨最大損傷為國際軟骨修復(fù)評分(ICRS)Ⅱ-Ⅲ級，軟骨修復(fù)評估(CRA)Ⅲ-Ⅳ級，膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定,半月板次全損傷或排列不良不建議用此種方法[16]。

3 骨軟骨自體移植術(shù)(OAT)

OAT是一種治療膝關(guān)節(jié)Ⅲ、Ⅳ度關(guān)節(jié)軟骨損傷的手術(shù)方法，同時也可作為微骨折術(shù)失敗的挽救治療[17]。OAT供體通常來自同側(cè)關(guān)節(jié)內(nèi)的最小承重區(qū)，并移植到軟骨損傷區(qū)。這種單階段手術(shù)主要優(yōu)點是快速的骨到軟骨下骨移植修復(fù)，實現(xiàn)天然的Ⅱ型透明軟骨組織修復(fù)[18]。該手術(shù)采用多個自體骨軟骨移植塊，將真正的透明關(guān)節(jié)軟骨移植到缺損處，為關(guān)節(jié)表面的即刻修復(fù)提供了機會。Krych等[18]在2至10年的隨訪研究中發(fā)現(xiàn)與微骨折術(shù)相比，OAT患者的活動水平可恢復(fù)到更高的水平(總體成功率為70%至90%)。這與Sherman等[17]在中長期隨訪中發(fā)現(xiàn)較為一致：OAT的療效優(yōu)于微骨折術(shù)。該術(shù)式具有一次手術(shù)完成移植活的透明樣組織基質(zhì)和軟骨下骨的優(yōu)點。與微骨折術(shù)以Ⅰ型膠原結(jié)構(gòu)為主的纖維軟骨修復(fù)不同，OAT通過Ⅱ型膠原的透明軟骨，使軟骨下骨達到自然骨愈合[17]。在大型缺損不可能進行微骨折術(shù)軟骨修復(fù)的情況下，OAT可能適用于填充深度>8～10mm或大型骨軟骨缺損。但是該術(shù)式要求軟骨缺損直徑為1～2cm，面積<4cm2[17],由于直徑<1cm的缺損進展或癥狀很小，所以治療是有爭議的。對于直徑>2cm面積>4cm2的缺損由于需要多個移植物，該技術(shù)會受供體及技術(shù)限制。

4 骨軟骨同種異體移植術(shù)(OCA)

OCA是將異體活軟骨與支撐的軟骨下骨一起移植到不完整的透明軟骨基質(zhì)中[19]，以適當?shù)姆绞皆谏飳W(xué)、結(jié)構(gòu)和功能上修復(fù)大關(guān)節(jié)軟骨缺損，這種新鮮的同種異體移植物通常要求在供體死亡后7d內(nèi)植入受體，用于治療廣泛的病理關(guān)節(jié)。同種異體移植的臨床應(yīng)用是由Lexer于1908年首次提出來的，主要適用于巨大的(>2.5cm2)、癥狀性的、全層的軟骨缺損[20]。存活的軟骨細胞在保存和移植的同時能保持其代謝活性，并維持其周圍的基質(zhì)，從而提供完整的結(jié)構(gòu)和功能單元來替代病變[19]，使移植物具有“正?！标P(guān)節(jié)軟骨的功能。OCA具有很多優(yōu)點，包括治療的缺損面積更大，供體部位的發(fā)病率更低和手術(shù)時間更短[21]，而且可以一次手術(shù)修復(fù)軟骨缺損以及相關(guān)的骨缺失。在缺損較大和涉及軟骨下骨的病變中，OCA已被證明能長期保證骨軟骨結(jié)構(gòu)完整性，適當恢復(fù)關(guān)節(jié)面，并產(chǎn)生優(yōu)良的功能輸出。由于新鮮骨移植物只能從器官供體和尸體供體獲得，所以O(shè)CA也存在一些缺點，比如活體股骨頭供體面積在某些情況下不足以滿足損傷的需求，此外，供體移植物保存時間是有限的，因此移植物應(yīng)在移植后14～28d內(nèi)移植，以獲得最大的軟骨細胞活力[22]。 OCA移植術(shù)是治療軟骨損傷的一種持久的方法，對于大多數(shù)接受治療的患者，他們可以恢復(fù)高度活躍的生活方式[23]。在最近的一次系統(tǒng)評估中，軟骨修復(fù)后患者恢復(fù)運動的比率最高(89%)，其次是OCA、ACI和微骨折術(shù)(分別為88%、84%和75%)[24]。 Jamal等[25]曾報道過一例，患者經(jīng)新鮮骨同種異體骨軟骨移植術(shù)后29年，體內(nèi)移植的軟骨細胞依舊存活。Levy等[26]報道，移植物存活率高達82%，同樣對移植的同種異體軟骨的長期存活研究表明，在骨移植不穩(wěn)定的情況下，移植骨的透明軟骨依然可以存活25年以上[27]。雖然如此，但OCA的現(xiàn)實問題仍然存在，包括成本問題、異體移植組織的不易獲得性以及疾病的傳播，此外還有康復(fù)期極長(可長達1年)，以及該技術(shù)需要外科醫(yī)生存在大量經(jīng)驗[35]。另外社會因素也可能成為阻止患者恢復(fù)運動的因素[20]。所以新鮮骨軟骨同種異體移植術(shù)通常是建議在嚴重的、大面積骨缺損的情況下，作為唯一的手術(shù)選擇，以避免或推遲全關(guān)節(jié)置換術(shù)。

5 組織工程

軟骨組織工程試圖通過將相關(guān)細胞、三維支架和外來信號以和諧的方式結(jié)合在一起，來重建受損的關(guān)節(jié)軟骨[28]。該領(lǐng)域目的是結(jié)合細胞、生物材料支架和生物活性因子來培養(yǎng)具有不同療效的軟骨組織的生物替代品，達到緩解患者疼痛、避免軟骨損傷進展以及長期恢復(fù)和維持關(guān)節(jié)功能的目的。然而，由于關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨的不同愈合能力和形態(tài)，以及軟骨細胞的低增殖和遷移能力，對治療軟骨缺陷仍然是一個挑戰(zhàn)。關(guān)節(jié)軟骨組織工程的成功主要依賴于種子細胞、三維支架基質(zhì)、生物活性因子、合適的物理刺激以及基因傳遞等幾個基本組成部分。其主要策略包括體外細胞擴增、細胞植入支架和誘導(dǎo)軟骨形成，從而可靠地產(chǎn)生功能軟骨進行關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)[29]。就軟骨組織工程而言，找到最佳細胞來源是組織工程成功的絕對條件。目前有兩種相關(guān)的細胞：關(guān)節(jié)軟骨細胞(AC)和間充質(zhì)干細胞(MSCs)，這兩種細胞都有一定的效力[30]。近年來，多功能MSCs作為一種可代替的自體軟骨細胞在軟骨組織工程中引起了廣泛的興趣。MSCs具有很高的增殖能力，可從骨髓、脂肪組織、滑膜、周圍組織、臍帶靜脈或胎盤等多種組織中分離出來[30]，被誘導(dǎo)分化為產(chǎn)生基質(zhì)的軟骨細胞，最終形成透明關(guān)節(jié)軟骨。生物材料支架是由天然的或合成的生物材料制成的具有三維生物相容性和生物可降解的臨時結(jié)構(gòu)，從而為細胞提供結(jié)構(gòu)支持，這些生物材料，可分為復(fù)合生物材料、蛋白質(zhì)基生物材料和多糖基生物材料。另外生物支架中需要一種人工基質(zhì)，它能使細胞在隨后的新組織生成過程中增殖和分化， 此外，基質(zhì)還應(yīng)該可促進細胞的黏附、均勻分布并與周圍原生軟骨完美融合。最后，生物支架還應(yīng)具有有效的力學(xué)性能，以承受機械應(yīng)力。理想的生物活性因子應(yīng)促進細胞成分的增殖、分化和成熟，此外，它們還應(yīng)具有趨化活性，并應(yīng)保持細胞產(chǎn)生足夠的細胞外基質(zhì)。它包括生長因子、細胞因子、分化因子和其他調(diào)節(jié)軟骨形成的調(diào)節(jié)分子[39]。通過這些生物活性因子的調(diào)節(jié)達到誘導(dǎo)、加速和促進軟骨組織的形成。除了這些因素外，因為軟骨細胞不斷受到生長和動態(tài)平衡的物理力量的影響，所以機械刺激也是軟骨形成的另一個重要的信號因子。在軟骨的正常發(fā)育和內(nèi)平衡過程中，適當?shù)臋C械環(huán)境起著重要的作用，而過多的負重則會導(dǎo)致軟骨損傷。 雖然在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進展，但仍然存在一些需要解決的問題[29]。其中，確定合適的細胞來源是這一領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)，而且組織工程產(chǎn)生的軟骨尚未完全模仿天然關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。近年來，隨著3D打印技術(shù)在骨科中的應(yīng)用[31]，利用組織工程技術(shù)，將適當?shù)姆N子細胞與合適的生物材料相結(jié)合，在信號因子的刺激下，有望實現(xiàn)軟骨的一步原位修復(fù)，這種方法已經(jīng)在多種動物實驗中進行開展，也取得了令人欣喜的結(jié)果[32-34]。

6 展望

目前軟骨損傷的治療仍是國際難題，盡管各種手術(shù)和非手術(shù)都取得了一定的療效，但是無論哪種方法都存在缺陷。而組織工程學(xué)運用雖然已經(jīng)有很大的進步，但目前還停留在起始階段，仍有許多難題亟待解決，如種子細胞的最佳來源、培養(yǎng)技術(shù)的改進以及各種新型支架材料的研制與開發(fā)。隨著關(guān)節(jié)軟骨損傷基因治療的出現(xiàn)，給軟骨治療帶來了新的發(fā)展方向，而且隨著細胞學(xué)、材料學(xué)、基因工程的進步，多技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的外科修復(fù)技術(shù)，如機器人輔助3D打印技術(shù)結(jié)合組織工程，將從根本上促進軟骨的再生與重建，成為未來的治療軟骨損傷的重要手段，但是目前研究紛雜，對于種子細胞、生物材料、生長刺激因子等的選用無統(tǒng)一觀點，仍需科研人員不懈奮斗。我們堅信在不久的將來，關(guān)節(jié)軟骨損傷能得到更有效的治療。