費楊厚雪 ，張 鴿 ，張 云 ，黃 煒△

（1. 華北理工大學研究生院，河北 唐山 063210； 2. 河北省唐山市工人醫(yī)院，河北 唐山 063003）

骨關節(jié)炎是一種非炎性關節(jié)?。?］，主要特征為關節(jié)軟骨破壞及骨贅形成［2］，具體表現為關節(jié)疼痛、僵硬，日常活動受限，致殘率高達53%［3］。且骨關節(jié)炎所致活動功能障礙，會增加心血管事件的發(fā)生率及全因病死率［4］。傳統(tǒng)治療方法僅能控制疼痛和恢復骨關節(jié)功能，但不能阻止疾病的發(fā)展。采用計算機檢索PubMed、中國知網、萬方、維普等數據庫中治療骨關節(jié)炎的相關文獻，檢索時限為1988 年1 月至2021 年8 月，發(fā)現隨著組織工程的發(fā)展，間充質干細胞（MSC）對修復軟骨有良好的長期效果，其中脂肪間充質干細胞（ADSCs）易于獲取，為骨關節(jié)炎的治療提供了新選擇。現將ADSCs 治療骨關節(jié)炎的研究進展綜述如下。

1 來源及特點

1.1 分離培養(yǎng)

脂肪組織一直被認為是一種惰性組織。通常在吸脂術后作為手術廢物丟棄，但它和骨髓一樣源于中胚層，具有多能性，可分化為多種細胞譜系［5］。經典提取方式為酶解法，用膠原酶消化人體成熟脂肪組織，再離心、過濾，清洗后得到血管基質組分（SVF）［6］。2001 年，ZUK 等［7］首次鑒定了SVF，發(fā)現其中包含ADSCs、內皮細胞、紅細胞、成纖維細胞、淋巴細胞、單核－巨噬細胞、周細胞等成分，通過體外培養(yǎng)后可從中分離出ADSCs。盡管提取方法多樣，但操作流程大致相同，差異主要在于洗滌次數、酶濃度、離心參數、紅細胞溶解方法、過濾和最終培養(yǎng)條件［8］。近年來，許多企業(yè)開始研發(fā)非酶法細胞分離系統(tǒng)，通過超聲和機械力對脂肪進行微碎，在不使用酶的情況下，既能沖洗掉雜質，又能完整保留SVF［9］。

1.2 特點

ADSCs 源于脂肪組織，呈紡錘體形態(tài)，表現為成纖維細胞樣生長，體外培養(yǎng)可穩(wěn)定增殖。主要表達（超過80% ）CD13，CD29，CD44，CD73，CD90，CD105，極少表達（低于2% ）CD31，CD45，CD235a［10］。全能或多能干細胞表達的CD177也可見于ADSCs，表明ADSCs 具有分化為成骨、成軟骨和成脂肪細胞的能力。利用組織學染色和特異性生物標志物可鑒別ADSCs 的分化方向（見表1）。ADSCs的多方向分化潛能使其在心血管疾病、糖尿病、炎性腸病、整形美容醫(yī)學等多領域受到廣泛關注。作為組織工程的熱門種子細胞，ADSCs 治療骨關節(jié)炎在近年一直是各方關注的焦點。截至 2021 年 8 月，在 Clinicaltrials.gov 上登記的“脂肪來源干細胞”相關臨床試驗共有291 條，關于肌肉骨骼疾病的研究占第1 位，其中絕大部分與骨關節(jié)炎相關。針對骨關節(jié)炎發(fā)病機制的研究主要集中于軟骨損傷、關節(jié)力學、細胞因子等方面。目前的研究認為，ADSCs 主要通過修復軟骨損傷、免疫調節(jié)和旁分泌途徑改善關節(jié)腔內微環(huán)境來治療骨關節(jié)炎。

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

2 骨關節(jié)炎治療作用機制

2.1 修復軟骨損傷

軟骨細胞是關節(jié)軟骨中唯一的細胞形式，散在分布于主要由Ⅱ型膠原搭建而成的網狀結構中，與細胞外基質共同構成關節(jié)軟骨［16］。由于關節(jié)軟骨中細胞外基質占比高，且缺乏血液供應，自我修復能力很差。當解剖學異常、年齡［17］、運動負荷、創(chuàng)傷等因素導致關節(jié)軟骨損傷時，藥物很難通過血液循環(huán)進入。1994 年，BRITTBERG 等［18］對23 例可能進展為骨關節(jié)炎的膝關節(jié)深部軟骨缺損患者行自體軟骨細胞移植治療，證實培養(yǎng)自體細胞生成的透明軟骨組織可用于修復膝關節(jié)深層軟骨缺損，改善臨床癥狀，為利用自體細胞形成軟骨特性修復關節(jié)軟骨提供了思路。

大量體外試驗證實，ADSCs 在軟骨誘導液的誘導下可分化為軟骨細胞，并穩(wěn)定增殖，直接向關節(jié)腔內注射ADSCs、體外預處理或聯用支架／媒介混懸液均可促使ADSCs 向軟骨分化，減輕骨關節(jié)炎癥狀。相比于誘導液培養(yǎng)法，軟骨細胞共培養(yǎng)法、外源性生長因子誘導液培養(yǎng)法、基因修飾等方法誘導效果更佳。周君等［19］通過膝關節(jié)前交叉韌帶離斷法建立了大鼠骨關節(jié)炎模型，從同種異體雄性SD 大鼠腹膜脂肪組織中分離出ADSCs 后直接注射入膝關節(jié)，結果治療組Ⅱ型膠原蛋白的表達水平明顯上調，滑膜增生減輕，骨贅形成和軟骨破壞均減少，證明可通過關節(jié)腔內注射ADSCs，抑制軟骨損傷來延緩骨關節(jié)炎進程。VAN PHAM 等［20］在移植 ADSCs 的小鼠模型中觀察到新軟骨的形成；但LI 等［21］僅觀察到ADSCs 組較對照組骨關節(jié)炎軟骨退變明顯減輕，兩組均未發(fā)現新軟骨形成，考慮與骨關節(jié)炎模型和治療時間差異相關。

2.2 免疫調節(jié)與抗炎作用

絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核因子－κB（NF － κB）、Wnt／β －catenin 信號通路是骨關節(jié)炎發(fā)病中的主要信號通路，白細胞介素（IL）－1β 是關鍵細胞因子。年齡、機械制動、運動磨損、體質量、外傷等多因素使 IL －1β 上調，腫瘤壞死因子（TNF）－α 和 IL －1 等炎性遞質產生［16］，促進基質金屬蛋白酶（MMP）家族表達，形成關節(jié)軟骨炎癥，使軟骨降解酶表達活躍，軟骨細胞分解增加，細胞外基質生成減少［22］。同時，由于軟骨細胞自我修復能力差，導致軟骨受損鈣化，軟骨下骨形成，出現骨關節(jié)炎［23］。IL － 1β 還可促使前列腺素 E2和一氧化氮過表達而加重骨關節(jié)炎［22］。細胞因子促進蛋白酶和血漿酶原激活因子產生，加速軟骨機制破壞［24］和微晶體形成，使軟骨基質分解、代謝，導致關節(jié)滑膜炎性反應，進而發(fā)生骨關節(jié)炎［25］。

ADSCs 體外培養(yǎng)液可通過NF－κB 信號通路抑制IL－1β 生成，將淫羊藿苷干預的ADSCs 注入膝關節(jié)腔，同樣發(fā)現TNF－α、IL－1、一氧化氮等炎性因子水平降低，關節(jié)軟骨細胞凋亡被抑制［26］。將ADSCs 和骨關節(jié)炎的軟骨細胞、滑膜細胞共同培養(yǎng)，可抑制IL－1，IL－6，TNF － α 等炎性因子產生［27］。ADSCs 還可通過直接分泌抗炎因子IL－10，IL－1 受體拮抗劑等抑制炎癥發(fā)生，或促進有免疫抑制作用的CD4＋FOXP3＋T help 細胞生長，間接使IL－10 分泌增加［28］?；ぞ奘杉毎c骨關節(jié)炎發(fā)展較密切，ADSCs 作用于滑膜巨噬細胞使其活化被抑制，炎性因子分泌減少，起到調節(jié)免疫功能的作用［29］。

2.3 旁分泌作用

LEE 等［30］發(fā)現，ADSCs 會向病變或缺血位置遷移，這種現象稱為“歸巢”。KATSHA 等［31］認為，ADSCs 注入體內后，導致歸巢現象的原因不明，在受損組織中分化的效率很低，甚至并不直接作用受損處。LI 等［21］認為，ADSCs 通過旁分泌途徑影響關節(jié)腔內的微環(huán)境，分泌各種可溶性和不可溶性細胞因子、趨化因子和生長因子，介導軟骨細胞的抗炎、抗纖維化、抗凋亡和營養(yǎng)效應。

外泌體是一種細胞外囊泡，攜帶大量活性物質，通過內吞－融合－外排方式釋放，作用于其他靶細胞。HAN 等［32］在 ADSCs 體外培養(yǎng)上清液中找到平均直徑為90 nm 的圓形或橢圓形膜囊，且外泌體特異性生物標志物CD63和熱休克蛋白－70 呈陽性，證實其為外泌體。ADSCs產生的外泌體（ADSCs－Exos）主要通過豐富的miRNA促進軟骨修復，還可減輕炎性反應，保護關節(jié)軟骨。

3 臨床應用

ADSCs 無論是單獨注射還是協同治療的臨床療效和影像學改善效果均顯著。不良反應方面，抽脂術并發(fā)癥發(fā)生率極低，1 項全國性調查報道為 0.1%［33］。多中心研究分析，經干細胞治療（包括骨髓間充質干細胞和ADSCs）患者，不良事件的發(fā)生率為12.1%（以疼痛和膝關節(jié)腫脹為主），嚴重不良事件發(fā)生率為1.5%（包括腫瘤、神經和血管事件），其中腫瘤的發(fā)生率為 0.3%［34］。這些臨床研究提示，ADSCs 治療骨關節(jié)炎有良好的臨床應用前景，且安全性高，但注射劑量尚無固定標準。同時，手術醫(yī)師水平、生物輔助劑的使用及未展開大規(guī)模臨床試驗，使ADSCs 的臨床療效評價存在一定局限性。詳見表2。

表2 ADSCs 治療骨關節(jié)炎的臨床研究Tab.2 Clinical studies of ADSCs in the treatment of osteoarthritis

4 優(yōu)勢與不足

相較于骨髓來源的MSC，ADSCs 具有取材方便、制備簡單、干細胞產量高、免疫原性較低、致畸和致瘤性低等優(yōu)點［41］。不足之處：1）沒有標準化的分離、提取操作流程；2）細胞來源的不可預測性；3）無法抑制機械因素，可能需要長期反復注射；4）現有臨床試驗多停留在Ⅰ期，且多數未嚴格遵循空白對照試驗法，盲法設計上存在對受試者開放的情況，可信度較低［42］，同時缺乏劑量療效試驗，難以指導后續(xù)臨床應用ADSCs 的合理用量。

目前，骨關節(jié)炎的發(fā)病呈現出低齡化趨勢。由于就診率低，很多患者在第1 次就診時就已達到中／重度，嚴重影響生活質量，也為國家醫(yī)療資源增加負擔。ADSCs 的出現使修復損傷組織、抑制疾病進展成為可能，其具體作用機制、遠期療效、潛在的免疫風險尚不明確，應進一步加強研究，為臨床應用提供詳盡的科學依據。