自體骨髓間充質干細胞移植聯合髓心減壓術對老年缺血性股骨頭壞死的臨床療效及作用機制

侯園園 閆燦 吳建軍 雷哲

(1鄭州鐵路職業技術學院，河南 鄭州 451460；2鄭州市骨科醫院下肢科)

股骨頭壞死(ONFH)是骨科多發病，呈進展性、破壞性發展，也是骨科難治病，以血供不足引起骨細胞死亡為特征〔1〕。近年來其發病率呈逐漸上升趨勢，每年新發病例數遠超過美國等發達國家水平，并且趨于年輕化，當前患病年齡多處于30～50歲〔2〕。未經治療的ONFH超過80%會在1～3年內發生股骨頭塌陷，最終不得不進行人工髖關節置換術。早期對ONFH進行及時治療，可以延緩進展，有效避免和延緩行人工髖關節置換術治療〔3〕。當前的治療方法主要有物理療法、藥物治療、手術治療等〔4〕。對于早期病變多采用藥物及物理治療，股骨頭塌陷等晚期病變則以人工關節置換為主。而髓芯減壓術是治療早期股骨頭缺血性壞死的最常用方法，可有效阻斷骨壞死進展，取得了較好的治療效果〔5〕。近年來發現股骨頭缺血性壞死患者骨組織修復能力下降與股骨頭自體骨髓干細胞數量減少、成骨能力下降有關〔6〕。自國外學者首次報道〔7〕自體骨髓間充質干細胞(BMSCs)移植治療ONFH后，在治療ONFH的臨床應用越來越多。但是關于自體BMSCs移植治療老年ONFH報道較少。本文觀察采用自體BMSCs移植聯合髓心減壓術治療老年ONFH的臨床療效，且對治療機制進行探討。

1 資料與方法

1.1臨床資料 2016年1月至2018年6月在鄭州市骨科醫院老年單側缺血性ONFH患者120例，納入標準：(1)年齡60～75周歲；(2)符合《成人股骨頭壞死診療標準專家共識(2012年版)》早期股骨頭壞死的診斷標準〔8〕，并且經X線、計算機斷層掃描或磁共振成像(MRI)及血管造影檢查確診；(3)根據國際骨循環研究學會(ARCO)分期標準〔9〕為Ⅰ期或Ⅱ期；(4)愿意接受BMSCs移植和(或)髓心減壓術治療；(5)患者或家屬知情同意，并且愿意配合后期隨訪檢查。排除標準：(1)ARCO分期為Ⅲ期及以上的患者；(2)有股骨頭或股骨頸骨折病史，或者有其他既往髖部手術史，如髓芯減壓、截骨術等的患者；(3)并發心臟、肝臟、腎臟、肺等重要臟器嚴重疾病的患者；(4)并發腫瘤或者其他系統性疾病如類風濕關節炎、強直性脊柱炎、糖尿病等的患者。其中男79例、女41例；年齡61～75歲，平均年齡為(66.63±5.76)歲；ARCO分期Ⅰ期75例、Ⅱ期45例；ONFH位置位于左側65例，右側55例；病史分類情況如下：激素性50例、酒精性36例、創傷性21例、特發性13例。患者依隨機數字表分為A組、B組和C組，3組年齡、性別、ARCO分期、壞死側邊、病史差異均無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 3組臨床資料比較〔n(%),n=40〕

1.2治療方法 A組接受髓心減壓術治療，B組接受單純自體BMSCs移植治療，C組接受自體BMSCs移植聯合髓心減壓術治療。術后常規抗感染治療，術后根據恢復狀況對髖關節功能進行訓練，根據X線再骨化檢查結果確定棄拐時間。

1.2.1髓心減壓術 患者接受硬膜外麻醉后取平臥位，在股骨大轉子處做3 cm切口，結合CT或MRI檢查確認病灶，于ONFH區域鉆入1枚直徑為3 mm的克氏針，引導直徑8 mm套管至股骨頭關節軟骨面下 2～3 mm處。經隧道取出粗隆區及股骨頸部位自體骨，用刮匙徹底刮除股骨頭壞死區域內壞死組織。

1.2.2自體BMSCs移植 術前2 h在髂前上棘處抽取20 ml骨髓于含2 ml肝素鈉(200 U/ml)的注射器，使用骨髓干細胞分離純化試劑盒進行分離，調整骨髓有核細胞濃度為(1～3)×109個 /ml。采用流式細胞儀測定CD34、CD90、CD133和CD166。經套管插入硬膜外導管針至股骨頭中心，經導管于股骨頭內注入自體 BMSCs懸液，利用骨蠟封堵鉆孔。

1.2.3自體BMSCs移植聯合髓心減壓術 同法制備自體BMSCs。患者接受同法髓心減壓術后向鉆好的骨孔內注入自體BMSCs懸液，利用骨蠟封堵鉆孔。

1.3觀察指標 術前、術后3、6和12個月時對患者髖關節功能、髖關節疼痛、髖關節骨密度、ONFH面積進行評價。術前和術后3個月時抽取外周靜脈血測定血骨橋蛋白(OPN)、骨保護素(OPG)、骨鈣素(OST)和Ⅰ型膠原C端肽(CTX)。

1.3.1髖關節功能 采用Harris評分〔10〕對髖關節功能進行評估，評分內容主要包括疼痛、畸形、活動度、行走時需要輔助、跛行、行走距離、爬樓梯、日常生活等情況，總分為100分，分數越低生活質量越差。

1.3.2髖關節疼痛 髖關節疼痛采用疼痛視覺模擬評分(VAS)，疼痛評分為 0 ～10 分，表示“無痛”至“最痛”。

1.3.3骨密度測定 采用Discovery-Wi型雙能X線骨密度測定儀(美國Hologic公司)測定壞死側髖部骨密度，包括Neck、Troch和Ward區，取均值。

1.3.4骨壞死面積 采用三維計算機斷層掃描，層厚為0.4 mm，間隔為0 mm。獲得髖關節三維CT圖像的DICOM格式數據。利用ONFH測量軟件測量股骨頭及其壞死組織區域的體積，計算ONFH面積的百分比=壞死組織區域體積/股骨頭體積×100%。

1.3.5血清OPN、OPG、OST和CTX的測定 抽取清晨空腹外周靜脈血5 ml于普通采血管，室溫下靜置30 min，待血液完全凝固后離心，分離得上清液，-20℃保存。OPN和OPG采用雙抗體一步夾心法酶聯免疫吸附法測定，OST和CTX采用電化學發光法檢測嚴格按照說明書的步驟，檢測患者血清 OPG 水平。

1.4統計學方法 采用SPSS22.0軟件進行t檢驗、F檢驗、LSD-t檢驗、χ2檢驗。

2 結 果

2.13組治療前后髖關節功能Harris評分的比較 3組術后3、6和12個月髖關節功能Harris評分均較術前顯著提高(P<0.05)。治療前3組髖關節功能Harris評分差異無統計學意義(P>0.05)；術后3、6、12個月時C組髖關節功能Harris評分較A組和B組顯著提高(P<0.05)，術后3個月A組和B組髖關節功能Harris評分差異無統計學意義(P>0.05)；術后6個月和12個月，B組髖關節功能Harris評分較A組顯著提高(P<0.05)。見表2。

2.23組治療前后髖關節疼痛評分的比較 3組術后3、6和12個月髖關節疼痛評分均較術前顯著降低(P<0.05)。治療前3組髖關節疼痛評分差異無統計學意義(P>0.05)；術后3個月、6個月和12個月時 C組髖關節疼痛評分較A組和B組顯著降低(P<0.05)，B組髖關節疼痛評分較A組顯著降低(P<0.05)。見表2。

表2 3組治療前后髖關節功能Harris評分及疼痛評分的比較分)

2.33組治療前后髖關節骨密度的比較 A組和B組術后6和12個月時髖關節密度較治療前顯著增加(P<0.05)，C組術后3、6和12個月時髖關節密度較治療前顯著增加(P<0.05)。組間比較顯示，治療前3組髖關節密度差異無統計學意義(P>0.05)；術后3個月時C組髖關節骨密度較A組和B組顯著增加(P<0.05)，A組和B組髖關節骨密度差異均無統計學意義(P>0.05)；術后6個月和12個月時 C組髖關節骨密度較A組和B組顯著提高(P<0.05)，B組髖關節骨密度較A組顯著提高(P<0.05)。見表3。

表3 3組治療前后髖關節骨密度及壞死面積的比較

2.43組治療前后ONFH面積的比較 3組術后3、6和12個月時ONFH面積較治療前顯著減少(P<0.05)。治療前3組ONFH面積差異無統計學意義(P>0.05)；術后3、6和12個月時 C組ONFH面積較A組和B組顯著減少(P<0.05)，B組ONFH面積較A組顯著減少(P<0.05)。見表3。

2.53組治療前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比較 術后3個月時B組血清OPN、OST和CTX水平較術前顯著降低(P<0.05)，OPG水平較術前顯著升高(P<0.05)；A組術前及術后3個月時血清OPN、OPG、OST和CTX水平差異均無統計學意義(P>0.05)。治療前3組血清OPN、OPG、OST和CTX水平差異均無統計學意義(P>0.05)；術后3個月時C組血清OPN、OST和CTX水平較A組和B組顯著降低(P<0.05)、OPG水平較A組和B組顯著升高(P<0.05)，B組血清OPN、OST和CTX水平較A組顯著降低(P<0.05)、OPG水平較A組顯著升高(P<0.05)。見表4。

表4 3組治療前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比較

3 討 論

ONFH致病因素大體上可分為創傷性和非創傷性，而長期大劑量糖皮質激素是其主要致病因素之一〔11〕。ONFH的具體病理生理機制現在尚不完全清楚，均表現為股骨頭血液供應不足，缺血區骨細胞及軟骨細胞變性壞死，導致關節疼痛及功能障礙〔12〕。對于ONFH及時治療以防止股骨頭的塌陷是獲得良好臨床結局的基礎。對于老年ONFH的患者，由于患者機體功能衰退，并且容易合并類風濕、哮喘、糖尿病、頸肩腰腿痛等疾病，一方面增加了治療的難度，另一方面還使患者承受著極大痛苦。

目前臨床上治療ONFH采用的方法包括手術療法和非手術療法，而藥物治療療效有限。手術療法包括髓心減壓術、骨髓干細胞移植術及髖關節置換術等。髓心減壓術是治療早期缺血性ONFH的主要措施〔13〕，可改善股骨頭血液供應和降低股骨頭內壓力，從而減輕髖部疼痛。雖然髓心減壓可以延緩骨壞死進展，但是易導致患者股骨頭出現塌陷，最終不得不進行髖關節置換。骨壞死發生后股骨頭內的干細胞數量及成骨分化活性均降低〔14〕，因此將正常部位的干細胞移植到壞死區有利于提供充足的細胞數量，為骨修復創造更加合理有效的條件，這是BMSCs治療ONFH的理論基礎。

BMSCs具有多向分化潛能，在骨形態蛋白及多種生長因子的作用下向成骨細胞方向分化，可促進骨再生。BMSCs主要由骨髓、脂肪組織、滑膜、骨膜、骨骼肌及臍帶中生成，其中以骨髓來源的BMSCs的成骨分化能力比脂肪組織來源的BMSCs分化能力強〔15〕。由于取自自體，不存在免疫排斥等問題，在組織損傷的修復與重建方面起重要作用〔16〕。

本研究結果說明自體BMSCs移植、髓心減壓術及兩者聯用均可顯著改善患者的髖關節功能，而兩者聯用的臨床療效優于單純自體BMSCs移植或單純髓心減壓術治療。自體BMSCs移植聯合髓心減壓術可通過改善髖關節疼痛評分、髖關節骨密度和ONFH面積而發揮作用。

OPG主要是由成骨細胞分泌的無跨膜結構可溶性糖蛋白，可與成骨細胞膜核因子 κB 受體活化因子配體結合，抑制成熟破骨細胞的活化來發揮作用。OPN是一種分泌型的糖基化蛋白，廣泛的分布于多種組織和細胞中，可介導骨細胞與骨基質的連接，加速血管生成，參與骨基質的重吸收進程〔17〕。OST屬于非膠原酸性糖蛋白，主要由成骨細胞、成牙質細胞合成，在調節骨鈣代謝中起重要作用，是骨組織特有的代謝標志物，血中OST含量與體內成骨細胞活性相關；骨基質在不斷重建時Ⅰ型膠原會被分解為CTX釋放入血，血中CTX的含量可反映出骨基質的吸收狀態〔18〕。本研究結果提示自體BMSCs移植聯合髓心減壓術降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平而對ONFH具有較好的臨床治療作用。

綜上，自體BMSCs移植聯合髓心減壓術可顯著改善老年缺血性ONFH患者的髖關節功能，降低髖關節疼痛，增加髖關節密度，減少ONFH面積，并且降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平。