骨關節(jié)炎主要發(fā)生在中年以后，40-70歲人群中，女性的發(fā)病率高于男性，70歲以后，兩性發(fā)病率持平。骨關節(jié)炎的臨床表現(xiàn)為關節(jié)疼痛、關節(jié)僵硬，嚴重者會表現(xiàn)為關節(jié)功能喪失，到2021年骨關節(jié)炎將成為第四大致殘性疾病。
由于骨關節(jié)表面的透明軟骨組織沒有神經和血管，因此，軟骨的自我修復和再生能力較差，一旦受損，很難自行恢復。目前，骨關節(jié)炎的臨床治療方法主要有非藥物療法，如有針對性的鍛煉、熱療法、冷療、鞋墊、針灸等；藥物療法和手術治療，但這些只能緩解疼痛，在一定程度上改善癥狀、延緩病情、矯正畸形，并不能徹底的延緩病情發(fā)展。自體軟骨細胞移植已經成功運用到修復軟骨，但是通過體外培養(yǎng)的軟骨細胞表現(xiàn)出分化，降低了軟骨細胞特異性基因的表達，從而影響治療效果。
近年來，基于干細胞治療骨關節(jié)炎的新型療法越來越受到關注。間充質干細胞具有自我更新和定向分化潛能，可修復軟骨組織，抑制軟骨細胞分泌炎癥因子和歸位特性，是逐步治療骨關節(jié)炎非常具有潛力的細胞。
間充質干細胞作用機理
· 表達CD105，CD73和CD90，以及缺乏CD45，CD34，CD14或CD11b，CD79a或CD19和HLA-DR表面分子；
· 經體外誘導，間充質干細胞能向成骨細胞、脂肪細胞及軟骨細胞分化。
除具有分化潛能外，間充質干細胞還表達分泌多種酶并分泌多種參與旁分泌活動的營養(yǎng)因子，包括生長因子，細胞因子和趨化因子，這些因子通過激活細胞和血管生成途徑來滋養(yǎng)軟骨。
間充質干細胞還參與了局部免疫調節(jié)機制，可以抑制T細胞的增殖、樹突細胞成熟及B細胞的活化增殖和抗體分泌，從而影響巨噬細胞的極化以及抗體分泌細胞的分化，從基本上消除了排異反應和疾病的傳播。其中，影響巨噬細胞的極化是受到INF-γ和IL-1β的刺激，將巨噬細胞從促炎性（M1）轉化為消炎性（M2）；而且，間充質干細胞還可以與巨噬細胞互相作用，抑制巨噬細胞的活化以及IL-1β，TGF-α和其他炎性因子的分泌。
當然，間充質干細胞的調節(jié)功能可能會因個體、物種、組織來源、培養(yǎng)條件和激活狀態(tài)而異。間充質干細胞的歸巢作用可以在體內微環(huán)境的作用下遷移到軟骨缺血或受損部位。除此之外，間充質干細胞還可以通過分泌生長因子、細胞因子和細胞外基質對受損組織進行修復和重建。據研究顯示，間充質干細胞分泌的細胞因子可以靶向滑膜和軟骨細胞，他們可以調節(jié)合成代謝因子和分解代謝因子，以及誘導抗炎和軟骨形成分子的表達。
隨著研究的深入，最近大多數(shù)研究表明，間充質干細胞主要通過旁分泌機制來調節(jié)局部炎癥、細胞的凋亡和增殖，而非直接分化成軟骨細胞來參與組織修復。研究人員指出，內源性間充質干細胞通過細胞修復的資源儲備庫以及免疫調節(jié)的前哨來維護組織的健康，在激活修復反應中，間充質干細胞的旁分泌信號的傳導要比分化更重要。這就意味著，間充質干細胞并非用于替換受損的軟骨，而是協(xié)調增強修復應答。
1.MSC在骨關節(jié)損傷中的修復機制
臨床研究
1. 局部關節(jié)內間充質干細胞注射以及混合注射
混合注射是指將生長因子、細胞因子和支架混合間充質干細胞混合注入以提高療效。常用的支架有血凝素、纖維蛋白凝膠等聚合物，以及高濃度血小板血漿（PRP）等富營養(yǎng)體液。其中，在關節(jié)腔內注射間充質干細胞（MSCs）/PRP混合液的臨床研究較多。PRP是一種自體組織，富含軟骨源性生長因子（如TGF-β和血小板源性生長因子），可以作為治療受損軟骨的組織來源。PRP復合支架具有較高的成骨誘導活性，能夠促進骨愈合。PRP與由脂肪間充質干細胞及脂肪組織血管基質混合組成的MSCs結合，可以創(chuàng)建合適的微環(huán)境，來促進血液的供應，減少局部炎癥反應，促進軟骨機制的合成，提高間充質干細胞治療膝關節(jié)炎的療效。目前，PRP存在的問題仍然在于其制備方法及表達生物活性因子的數(shù)量的可變性，RPR分泌的一些生長因子（如血管內皮生長因子）可能對關節(jié)和間充質干細胞均有不良影響。
骨髓間充質干細胞是最早用于治療骨關節(jié)炎和最常見的有效來源，在臨床修復膝關節(jié)軟骨中獲得了可喜的成果。2008年，有研究報道一例應用骨髓間充質干細胞治療嚴重膝關節(jié)骨關節(jié)炎。注射時，骨髓間充質干細胞配合10%的血小板裂解液和10ng地塞米松以刺激軟骨。注射6個月后，MRI顯示出關節(jié)軟骨和半月板顯著增長，疼痛明顯降低。即使在不適用輔助鎮(zhèn)痛藥、抗炎藥或免疫抑制劑的情況下，單次注射骨髓間充質干細胞到關節(jié)腔內，也取得了積極的成果。研究表明，骨髓間充質干細胞移植比自體軟骨細胞治療更有效，并且并發(fā)癥相對較少。盡管骨髓間充質干細胞的安全性也有效性已經得到了廣泛的證實，但在實際的臨床應用中很難獲取足夠量的初代干細胞，這很大程度上受捐贈者年齡的影響，干細胞會有不同程度的創(chuàng)傷和分化。
3. 脂肪間充質干細胞
脂肪間充質干細胞也是用于治療骨關節(jié)炎的有效來源之一。通常通過吸脂或者髕下脂肪墊提取獲得，脂質體通過離心分離并加入膠原酶I溶解來制備濃縮間充質干細胞。據報道，關節(jié)內注射1.0x108脂質間充質干細胞可以顯著改善膝關節(jié)疼痛和功能，且無不良事件。使用中劑量（5.0x107）的患者體現(xiàn)出臨床指標的改善，而注射低劑量組（1.0x107）的大多數(shù)患者并沒有體現(xiàn)出臨床指標的改善。這些結果表明，關節(jié)內注射間充質干細胞療效與劑量明顯相關，還需要進一步臨床試驗來證明高劑量注射的長期安全性和臨床優(yōu)勢。與骨髓干細胞相比，脂肪間充質干細胞生成軟骨的潛能較低，生成軟骨特異基質蛋白的能力和I型膠原基因的表達能力也相對較低。因此，脂肪間充質干細胞的軟骨再生潛能的激發(fā)還需進一步優(yōu)化和提升。
雖然有很多相關證據證明了間充質干細胞治療骨關節(jié)炎的能力，但是存在的問題也不容忽視。
· 注射成活的干細胞數(shù)量極低，無法預測持久的改善和細胞間的相互作用，以及是否可以維持足夠的細胞儲存以達到希望的療效；
· 供體的適應性可能是另一個重要挑戰(zhàn)，已有發(fā)現(xiàn)從舊的或不健康的供體中分離出的間充質干細胞性能和增殖能力下降；
· 移植前，間充質干細胞離體擴增時間長有可能導致誘導衰老，喪失增值能力和降低分化能力（特別是超過10-20倍的種群倍增）；
· 由于遺傳程序將軟骨誘導后的鈣化作為正常軟骨內成骨過程的一部分，因此如果將分化的間充質干細胞維持在軟骨表型并組織其鈣化向成骨表型擴展也是一個需要解決的問題；
· 間充質干細胞對一些“環(huán)境響應”因素敏感，并響應微環(huán)境中微量未知物質而進行特定的修飾行為。雖然這種反應在再生醫(yī)學中經常被利用，但是在患病的· 關節(jié)環(huán)境中會對間充質干細胞反應產生負面影響。有報道表明，人類脂肪間充質細胞在與腫瘤壞死因子（TNF）反應后，會轉化為促炎性分泌組，增強炎癥反應。
2.外泌體與骨關節(jié)炎的關系
間充質干細胞外泌體
注射間充質干細胞外泌體跟注射完整的干細胞在生物學效應上有許多相似之處，并且相較注射完整間充質干細胞有顯著優(yōu)勢，如體積小，免疫原性低，消除了直接細胞注射的程序問題。外泌體被認為是一種強大的細胞間信使，不僅可以介導病理過程，還可以維持組織內穩(wěn)態(tài)，并在多種治療方法中調節(jié)生理功能。盡管已有多項研究利用干細胞來源的外泌體治療關節(jié)損傷和骨關節(jié)炎，但目前仍缺乏確鑿證據。作為一種無細胞治療骨關節(jié)炎和關節(jié)損傷的新療法，還需要進行大量的臨床試驗來證實其有效性。
骨關節(jié)炎雖然很常見，但是嚴重影響著人們的生活。傳統(tǒng)的治療方法很難在根本上解決病痛，還會造成一系列副作用，對患者造成重大傷害。隨著間充質干細胞及干細胞外泌體的深入研究，基于間充質干細胞的新型療法在治療骨關節(jié)炎方面逐漸呈現(xiàn)出優(yōu)勢。
關節(jié)腔內注射間充質干細胞可以降低疼痛，改善功能和顯著增加軟骨體積。當然，這個新型療法還需要大量的臨床試驗來獲得更高水平的證據以及全面規(guī)范和優(yōu)化治療。
參考資料
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2.Mianehsaz, Elaheh, et al. "Mesenchymal stem cell-derived exosomes: a new therapeutic approach to osteoarthritis?." Stem cell research & therapy 10.1 (2019): 340.
