骨关节炎
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导读
膝骨关节炎是中老年人常见的关节退行性病变。骨关节炎是以关节软骨破坏及关节边缘和软骨下骨质再生为特征的慢性关节疾病。本病病理核心是关节软骨的损伤及骨赘形
成。目前认为本病是多因素联合作用的结果：软骨基质合成与分解代谢失调，软骨下骨板损害使软骨失去缓冲作用，关节内局灶性炎症?。临床常见患者膝关节的疼痛、晨僵、肿胀、摩擦音及畸形，严重影响了中老年人的生活质量。近年骨髓间充质干细胞(bonemarrowmesenchymalstemcells，BMSCs)广泛用于膝骨关节炎的治疗，现将研究进展情况综述如下。
临床资料软骨的生理结构、损伤与修复特点关节软骨主要由软骨细胞与基质组成。其中，软骨细胞占成熟组织体积的10％以下，负责维持基质。基质主要由水(占70％～85％)、Ⅱ型胶原(占10％一20％)、蛋白多糖(占5％～10％)组成。关节软骨主要靠滑液的弥散来获取营养，只有在反复负载的情况下才能保持正常的代谢。软骨组织无血管、神经及淋巴引流。故成年的软骨一旦破坏，因缺乏血供则不能使纤维蛋白凝块形成，或炎性细胞和未分化细胞从血管迁移到组织损伤部位进行修复。此外，软骨缺少能够迁移、增殖并参与修复反应的未分化细胞。而仅有的高分化的软骨细胞，既无法穿过致密的胶原一蛋白多糖基质到达受损处，又不能很好促进基质合成。
临床常见的修复软骨损伤的方法有：传统的包括骨软骨成形术、软骨下骨钻孔术、微骨折术，组织工程学治疗包括骨膜或软骨膜移植术、自体(马赛克成形术)或异体骨软骨移植、自体软骨细胞种植(ACI)、基质诱导的自体软骨细胞移植(MACI)、关节软骨原位再生技术以及干细胞治疗等。
①骨软骨成形术是关节镜下对受损软骨进行机械磨削至出血，诱发自身的修复，同时也减少活动时的摩擦。由于缺乏前瞻性的临床随机对照研究，此术式的有效性还不确定J。
②软骨下骨钻孔术即从软骨缺损的区域向软骨下骨板钻孔至出血，但钻孔时产生大量热量，易使周围骨质坏死；且再生的组织结构复杂，耐磨性差；术后易发生关节的炎症。
③微骨折术即在关节镜下清除受损软骨及钙化软骨层，用锥钻在软骨下骨上打孔至出血，使孔中渗出的血液和骨髓形成血凝块，其中的干细胞分化成软骨细胞，再生成由纤维软骨或类透明软骨构成的替代性组织，但其性能较透明软骨差，术后易复发，且康复的时间长、要求高，被认为是一种过渡手段。该手术对于年轻患者(45岁)效果较好。目前有将生物材料和其他技术与该手术联合使用。将生物材料作为支架使细胞维持于一定位置，以增强血凝块的早期机械稳定性，或者在钻孔中加人生物活性因子促进透明软骨生成量。但这些技术还存在一些问题尚待解决。
④马赛克技术是关节镜下用特制手术器械取非负重区的骨软骨复合体，如镶嵌马赛克一样置于软骨缺损区。这种方法事实上是将低应力区软骨移至高应力区，手术本身也是一种损害，易造成供区软骨的退变。
⑤骨膜或软骨膜移植术是利用骨膜或软骨膜生发层(含有丰富的间充质细胞)的成软骨活性将其植入缺损处修复损伤，但仍存在植入物固定不牢、远期效果不确切、移植中的免疫反应等问题。
⑥ACI是关节镜下活检取患者自体的软骨，经酶处理后体外提取软骨细胞培养、扩增，然后将软骨细胞以混悬液形式注射到缺损处，取非负重区骨膜或生物膜缝合固定。该术短中期效果肯定，但远期效果观察少，且新生组织多是纤维软骨与透明软骨的混合，机械性能与正常软骨有差异，费用高。
⑦MACI，主要是将提取自体活检组织中的软骨细胞进行体外扩增培养后种植在特殊的胶原膜(基质，ACI—Maix”)上，然后根据缺损形状将MACI膜片剪切后移植与受损处，并用纤维蛋白粘合剂对其密封固定。该方法主要用于15—55岁间由创伤或剥脱性软骨炎所致的软骨缺损。相对而言，手术费用昂贵、病例少、远期疗效不确切。
⑧关节原位再生技术是将载有生物趋化因子的生物型支架植入缺损处，诱导内源性多能干细胞迁移聚集于缺损区，并通过控时释放生物因子以刺激体内干细胞增殖分化为软骨细胞，进而重建软骨。原位再生技术采用的支架材料性能是实现软骨有效修复的关键，关于支架如何负载诱导因子并达到缓慢释放，是促进软骨再生支架构建研究中的一大难点。
BMSCs的来源、特性、优势及分离培养间充质干细胞(mesenchymalstemcells，MSCs)起源于中胚层，终身存在于骨髓、髌骨下脂肪体、骨膜、关节滑膜等结缔组织和器官间质中，负责组织的修复和更新，具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在不同的诱导条件下可以分化成不同的组织，如骨组织、软骨组织、脂肪组织、内皮组织、肌肉组织、神经组织、上皮组织等。MSCs来源广，易于分离、培养、扩增和纯化，多次传代扩增后仍具有干细胞特性，且无免疫排斥。
从骨髓、脐带血、外周血和脂肪组织中均能分离出MSCs。脂肪是MSCs的丰富来源之一，与骨髓来源的MSCs相比成软骨细胞的能力低。外周血分离出MSCs数量很低，很难诱导分化为软骨细胞。有日本学者曾将滑液、骨髓、肌肉及脂肪来源的MSCs移植于兔的软骨缺损之上，以比较不同来源MSCs的活体内成软骨潜能，结果证明，滑液及骨髓来源的MSCs，其成软骨能力要远优于后两种。BMSCs主要存在于骨髓窦的内腔面，其含量极少，但在体外培养中BMSCs具有较强的增殖传代能力并能保持良好的生物学活性。BMSCs在体内外不仅能逃避宿主的免疫清除，还能调节大多数主要免疫细胞来实现强大的免疫抑制和抗炎功能。由于BMSCs的低免疫原性，使其在异体移植时产生的免疫排斥反应较轻微，为它在宿主中的生存提供了可能。
目前，BMSCs的分离方法主要有以下几种：①全骨髓贴壁分离法：将无菌抽取的骨髓加入培养液制成细胞悬液并培养，原代培养培养物以造血细胞成分居多，为利于BMSCs的贴壁生长，可采用DMEM和胎牛血清培养。②密度梯度离心法。根据骨髓中细胞成分比重的不同，常采用离心分离法进行提取培养。为了提高纯度，目前常常将上述两种方法结合。③细胞表面分子标记分选法。根据BMSCs的细胞表面分子特征进行分离。一般采用流式细胞仪、免疫磁珠或免疫沉积法来进行分选。④红细胞裂解液分离法。
讨论近年来虽然对BMSCs的研究取得了很大进展，但仍存在一些问题，如：①种子细胞的保存；②新生软骨组织的生物力学性能不甚满意；③缺乏鉴定BMSCs的统一标准，尚未找到BMSCs的特异标记分子；④BMSCs的定向分化机制、影响因素还不甚清楚；⑤干细胞的最佳传递策略，包括：干细胞的给药时间(次数)和传递途径、干细胞给药浓度、干细胞存储介质、干细胞的空间定位；⑥如何提高BMSCs的定向分化率；⑦哪种填充材料作为载体更加有利于BMSCs发挥作用且不良反应小；⑧现阶段的实验仍是一些初期的动物实验，还需要做高级动物和临床研究；⑨BMSCs实验仅限于自体移植，在异体移植免疫应问题上有待进一步探索；⑩体外扩增、培养细胞的过程可能引入外源性物质，存在安全性问题。尽管关于BMSCs的应用还有许多问题需要进一步研究，但BMSCs作为未来软骨修复的方向将不容忽视。相信随着研究的深入和应用的推广，一定会将组织工程化软骨更好的应用于临床。
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