骨髓間充質干細胞移植治療股骨頭壞死的研究進展

尹西盟鄭偉作者單位：.0044 沈陽，沈陽市骨科醫院脊柱外科；.中國醫科大學附屬第四醫院腫瘤內科

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骨髓間充質干細胞移植治療股骨頭壞死的研究進展

尹西盟1鄭偉2
作者單位：1.110044 沈陽，沈陽市骨科醫院脊柱外科；2.中國醫科大學附屬第四醫院腫瘤內科

【摘要】骨髓間充質干細胞多向分化潛能良好，增殖力強，在股骨頭壞死治療中受到越來越多研究者的關注。文章對股骨頭壞死病理生理過程及干細胞治療方法進行綜述，以期尋找新的可早期有效治療股骨頭壞死的策略。

【關鍵詞】股骨頭壞死；干細胞治療；研究進展；骨髓間充質干細胞

股骨頭壞死（ONFH）是骨科常見疾病，病人預后多不佳，是一種致殘性疾病。臨床病例中以創傷性、激素性和酒精性股骨頭壞死最為多見[1]。ONFH發病機理尚未完全闡明，給治療帶來很大難度，目前，股骨頭壞死的治療仍是當前醫學領域亟待解決的難題之一。臨床上常用的治療方法主要以組織工程技術為主，如最常見的人工關節置換、生物材料支架、植骨植入等[2]，但中青年的人工關節置換術后長期療效仍難預測。基于此，尋找一種保留股骨頭、進行壞死修復的治療方法迫在眉睫。骨髓間充質干細胞（BM-MSCs）具有良好的多向性分化能力、增殖力強、體外易于培養等特性，較多地應用于股骨頭壞死治療，應用前景廣闊，取得許多重大進展，本文就BM-MSCs在ONFH中的應用研究綜述如下。

1 股骨頭壞死的病因及發病機制

股骨頭壞死ONFH是環境和多種因素共同作用引發的股骨頭血供減少、骨力學強度降低，最終導致股骨頭塌陷和髖關節功能障礙[3]。該病好發于中青年，常累及雙側髖關節，加之此部分人群活動量相對較大，病情進展情況較快。目前，我國需要接受治療的ONFH病人近800萬，若無法早期采取有效的治療措施，80%的病人在5年內將出現關節功能嚴重受累[4]。

ONFH臨床癥狀主要表現為腹股溝區疼痛，多位于深部，于運動時加劇。臨床表現多呈現隱匿性，患病很長時間才出現癥狀，起始癥狀并不典型，多誤診為椎間盤突出或坐骨神經痛。病程進展后出現明顯髖部疼痛、行動受限時，關節損傷多發展到不可逆期，錯失了最佳治療時機[5]。因此，明確患病因素、注意早期癥狀、早期診斷并治療，是決定良好預后的關鍵。ONFH已知的病因和危險因素包括：①骨折、脫位或燒傷、血管創傷等各種創傷；②蛋白C、蛋白S缺乏，活化蛋白C抵抗、纖維溶解酶原激活物缺乏等非創傷性骨壞死；③繼發性高凝血癥，如酒精中毒、妊娠、高脂血癥、膠原病、雷諾病或糖尿病等；④血液病，如血友病、紅細胞增多癥等；⑤代謝病；⑥消化系統疾病，如胰腺炎、克羅恩病；⑦其他因素，如吸煙或放射性接觸等。

微循環障礙是共同的病理機制，微循環損害誘發骨細胞、骨髓組織壞死、骨髓間充質細胞向成骨細胞分化能力下降，破骨細胞對骨小梁吸收能力增強導致骨小梁稀疏[6]。①血管病變：動、靜脈或毛細血管循環障礙，抗原抗體復合物在血管壁沉積誘發炎癥反應導致阻塞性炎癥；脂肪、鐮狀細胞或氮氣氣泡可引起血管栓塞；高凝狀態下可引起微血管內凝血；骨髓內壓力升高可引起靜脈回流受阻；骨髓內脂類堆積導致髓內壓升高，股骨頭血供減少出現缺血、缺氧。②骨生物力學強度下降：成骨細胞功能減退和破骨細胞功能激活，過度骨質疏松、軟骨微骨折使骨生物學強度降低，進一步增加了骨髓腔內壓力。③關節腔壓力增高：關節外傷、炎癥及關節囊內出血可引發關節腔內積液，增加關節腔內壓力，壓迫關節囊基底部血管，影響股骨頭血液供應，導致缺血和缺氧。

各種病因最終導致股骨頭血運減少、成骨細胞分化率下降、股骨頭壞死修復減弱、骨小梁結構破壞。研究發現，激素性股骨頭壞死早期血清脂類水平增高，說明高脂血癥導致股骨頭微小動脈內脂肪栓子形成，出現缺血性壞死；激素和乙醇可減少成骨基因和蛋白的表達，增加脂肪形成相關基因及蛋白的表達，導致骨髓內脂肪細胞增生，骨髓腔內脂肪堆積導致骨內壓升高，髓內血流的減少加重股骨頭缺血；大劑量皮質激素治療，可明顯抑制骨形態發生蛋白的表達，降低成骨細胞成骨能力[7-8]。

2 股骨頭壞死的治療

2.1 非手術治療 積極治療原發病，減少或避免負重，去除激素、乙醇等外源性致病因素，促進股骨頭自身修復。非手術治療適用于青少年病人和早期病人，受累或損失范圍越小，治療效果越好，治療目標是修復股骨頭血運、促進壞死骨修復。治療期間使用拐杖保護或臥床休息，早期病人可輔助應用血管活性藥物、降脂抗凝藥物等。研究顯示[9]，應用抑制破骨細胞活性或抗骨質疏松類藥物治療激素或乙醇因素引起的ONFH具有一定療效。此外，還可采用電刺激療法、體外沖擊波療法，刺激血管再生、誘導骨生長、改變組織結構及重建骨骼。高壓氧作為一種無創手段，與其他治療方法相結合，可提高治療效果。

2.2 姑息性手術治療 常見術式包括股骨頭成形術、髓芯減壓術、植骨術、股骨頭表面置換術等。但是，姑息性手術具有無法防止廣泛壞死的股骨頭塌陷、遠期效果不佳等缺點。

2.3 人工髖關節成形術（THA） 對于晚期且伴發股骨頭塌陷和繼發骨性關節炎的病人，THA是緩解癥狀和恢復關節功能的唯一有效治療方法。隨著骨水泥型、生物型及混合型置換假體的進步，手術技術的成熟，THA手術的適應證逐漸擴大，近95%的病人假體生存＞12年[10]，晚期病人的最佳治療方法為生物型假體置換。

3 BM-MSCs的生物學特性

BM-MSCs又稱脊髓基質干細胞或間充質祖細胞，是一類具有多向分化能力的非造血干細胞。因其獲取方法簡單、易于培養傳代及轉染穩定表達外源基因，是臨床治療中理想的細胞工程靶細胞。20世紀70年代，研究者才開始認識到BMMSCs[11]。BM-MSCs具有多向分化潛能，特定培養環境下增殖分化速度較快，分化方向與培養條件具有相關性[12]。BM-MSCs可表達多種基因，在骨折愈合修復過程中發揮重要作用。

健康個體骨髓中BM-MSCs含量較少，細胞培養結果發現，體外環境下的BM-MSCs體積較大，呈梭形，少數細胞處于活躍復制期，大多數細胞在G0/G1期，多次傳代后，細胞仍可保留多向潛能。在不同的培養條件下，BM-MSCs可分化為成纖維細胞、脂肪細胞、成軟骨細胞及成骨細胞等，還有分化為其他組織的潛能。動物實驗及臨床研究結果發現，移植自體或同種異體BM-MSCs，受體移植排斥反應較小，耐受性良好。可能與BM-MSCs免疫抑制特性有關，其具備低免疫原性和較低的抗原遞呈能力，這種特性有利于移植的成功。BMMSCs免疫調節機制可能包括：①抑制T細胞增殖；②上調抑制性T細胞CD8+和CD28-；③抑制細胞毒性T細胞，逃避T細胞和NK細胞的識別[13]。

4 BM-MSCs與股骨頭壞死

隨著研究的深入，近年來對ONFH的具體發病機制有了新的認識，許多研究結果顯示，凋亡在ONFH發生發展過程中也起到了重要作用，間充質干細胞（MSCs）的復制能力與ONFH相關[14]。MSCs成骨和脂肪分化能力改變與ONFH的病理機制有關。研究發現[15]，激素性ONFH，骨髓脂類堆積、髓腔壓力增大是重要的病理過程，可能與MSCs向脂肪分化，導致MSCs的脂肪分化能力提高，ONFH早期脂肪細胞增多有關。動物實驗顯示，MSCs脂肪細胞分化與成骨細胞分化能力呈負相關，激素的干預可增強脂肪細胞的分化能力。研究顯示[16]，激素誘導下脂肪生成增多、ONFH進展加快，細胞學和mRNA檢測均可證實脂肪表達增多。

BM-MSCs對ONFH的治療包括骨髓細胞移植、轉基因MSCs移植及MSCs與相關生物活性物質共移植[17]。具體術式有髓芯減壓結合多種骨髓移植術，骨髓包含成骨前體細胞（如MSCs），移植入壞死區域可起到治療效果，而且髓芯減壓能顯著緩解髓腔高壓癥狀，改善血流供應，減壓通道可供BM-MSCs植入，修復壞死區，便于新骨生成，替代壞死骨組織[18]。

近年來，基因轉染技術成為研究熱點，有研究者采用基因轉染和介入方法移植BM-MSCs，應用不同的載體材料將目標基因和BM-MSCs植入壞死區[19-20]。介入移植治療避免了傳統手術的開放性損傷，創傷更小，安全性高，是早期ONFH的治療新方案。

5 小結與展望

間充質干細胞治療ONFH具有較好的前期基礎與廣闊的應用前景，但缺少長期穩定的隨訪數據，細胞及基因相關診療技術也存在爭議，因此，應進一步進行相關基礎和臨床實驗及轉化研究，為新的治療策略提供理論基礎。

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臨床經驗薈萃

收稿日期：（2016-01-15）

【文章編號】1672-7185（2016）02-0032-03

doi:10.3969/j.issn.1672-7185.2016.02.016

【中圖分類號】R681.8

【文獻標識碼】A