临床综述：间充质干细胞疗法助力膝关节骨性关节炎的软骨再生

骨关节炎作为一种退行性疾病，是一种常见问题，会导致高昂的社会经济成本和残疾率。最常受影响的关节是膝关节，其特征是关节软骨进行性破坏、细胞外基质丢失和进行性炎症。推荐的治疗选择范围从目前仅限于疼痛控制的非护理和仅改善KOA关节软骨的再生。

2022年1月10日，发表于《Stem Cell Research&Therapy》杂志上的一项题为“Mesenchymal stromal cell-based therapy for cartilage regeneration in knee osteoarthritis”的综述文献表明间充质基质细胞（MSC）的治疗已被探索为膝关节骨性关节炎的一种新的再生治疗方法。但是间充质干细胞的治疗的详细功能和相关机制，尤其是软骨再生，尚未得到解释。

因此，综述总结了干细胞治疗膝骨关节炎的流程是什么，其干细胞对膝骨关节炎软骨再生的作用是什么，如何选择不同来源的MSCs和衍生的外泌体来治疗膝骨关节炎。

间充质干细胞具有增殖、自我更新和分化为多系细胞的能力。MSCs的特征之一是粘附在组织培养塑料上并在以低密度接种时产生菌落。MSCs从单个病灶或显微镜下的集落生长，这些由祖细胞产生的集落被称为集落形成单位成纤维细胞。已在体外和体内报道了MSCs进行软骨形成、成骨和脂肪形成分化的能力。

间充质干细胞治疗膝骨关节炎流程图如图1所示

间充质干细胞治疗膝骨关节炎的流程图

首先，选择合适的MSCs来源，然后将 MSCs 从其他细胞中分离出来，并对其进行身份验证。注入MSCs或通过离心或其他方法分离MSCs衍生的外泌体，认证后注入外泌体。MSCs：间充质基质细胞

对软骨细胞的影响：增加软骨形成、改善增殖、减少细胞凋亡和维持软骨细胞的自噬是间充质干细胞治疗KOA的主要功能。

对细胞外基质（ECM）的影响：调节ECM合成和分解代谢的平衡对于治疗退行性疾病（如KOA）至关重要。基质金属蛋白酶 (MMP) 是指降解ECM的锌依赖性ECM重塑内肽酶家族。

对炎性细胞因子的影响：炎症反应在KOA的发病机制中起重要作用。控制该疾病的最重要的组似乎是促炎细胞因子和抗炎细胞因子，它们具有拮抗作用。

对免疫力的影响：巨噬细胞可以通过各种分泌的介质在 KOA 发病过程中调节炎症中发挥关键作用。这些细胞可以极化为促炎和抗炎 (M2) 表型。

对线粒体功能的影响：衰老和暴露于压力将决定骨关节炎中的软骨细胞表型，以及与年龄相关的线粒体功能障碍和相关的氧化应激可能会导致软骨细胞衰老。发现线粒体从 BM-MSCs 转移到骨关节炎软骨细胞。

对旁分泌效应的影响：一些研究人员认为MSCs的旁分泌作用是由MSC衍生的细胞外囊泡介导或执行的，而另一些研究人员则支持旁分泌作用的诱导与细胞外囊泡无关。

注射间充质干细胞或间充质干细胞衍生的外泌体的功能

间充质干细胞可以通过分化为软骨细胞谱系、影响软骨细胞、介导线粒体功能、调节细胞因子、平衡细胞外基质 (ECM) 的合成和分解代谢、改变免疫反应和可能与分泌的外泌体相关的旁分泌活动来保护软骨。外泌体是小的细胞外囊泡，包括脂质、核酸和蛋白质。MSCs：间充质基质细胞，ECM：细胞外基质

MSC疗法的首次注射是在2008年，自那时以来，共有23项非病例报告研究报告将基于MSC的疗法应用于KOA。其中13项被设计为随机对照研究，尽管在来源细胞、制备方法和MSCs剂量方面存在异质性。

尚未披露在KOA中使用MSC-Exos的研究。BM是最常用的MSC来源（13/23研究；57% ），AT用于7项试验 (30%)，2项试验中使用了脐带 (9%)   和1项研究使用来自胎盘的MSCs (4%) 。在I期的12项试验中，比较了不同的剂量。其余试验中的对照干预是在五项试验中注射透明质酸，在四项试验中注射PRP ，四项试验中的盐水注射 ，一项研究中的全膝关节置换术，以及保守治疗。联合治疗包括全膝关节置换术、PRP 、PRP 联合关节镜清创术和透明质酸。表3总结了研究特征。

表3间充质基质细胞治疗膝骨关节炎软骨再生的临床试验特点

单次注射剂量范围从1.56×104到1×108个细胞，最广泛证明的剂量是5×107个细胞。重复注射或高剂量显示优于单次注射或低剂量。马塔斯等人表明对于患有KOA的个体，重复脐带衍生的MSC（2×107细胞，每半年）治疗在疼痛和功能方面的改善比在1年随访时仅接受注射一次更好。

此外，Lamo-Espinosa等人报道了1×108BM-MSCs与透明质酸的高剂量导致更大的临床和功能改善。

诸多临床试验表明间充质干细胞的治疗是安全的，不良事件轻微。最常见的不良事件为一过性关节痛、局部注射后关节肿胀和腰痛 ，这些不良事件为轻度至中度，通常在7天内自行缓解，无需特殊治疗或使用布洛芬控制。

宋等人报告一名患者出现轻度水肿和双下肢痉挛，未经治疗在21 天内缓解。

间充质干细胞的关节内注射改善了膝关节的结构、疼痛和功能，使其成为一种有前途的KOA新疗法。除此之外，这种疗法在爬楼梯和步行等活动以及炎症因子方面也具有潜力。这些好处可能会持续数年，甚至几个月后会更加明显。

与正在进行的常规保守治疗相比，AT-MSC在一年后表现出临床上显著的疼痛和功能改善。此外，与生理盐水相比，西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数 (WOMAC) 总分、WOMAC疼痛和身体功能的改善更大。与PRP相比，接受MSCs治疗的人在疼痛、功能、日常生活活动以及运动和娱乐活动分量表方面有更大的改善，尽管低于两种疗法的组合。

间充质干细胞和间充质干细胞外泌体作为治疗KOA的新方法，显示出独特的优势。不同来源间充质干细胞的选择可能因研究目标而不一致，表型表现出各种特征。间充质干细胞及其衍生的外泌体在治疗KOA中发挥了多种功能，包括增加软骨形成、软骨细胞增殖、减少细胞凋亡、维持自噬、调节ECM的合成和分解代谢、调节免疫反应、抑制炎症、监测线粒体功能障碍和旁分泌效应。

截止2021年11月22日，国内有5款治疗膝骨关节和半月板损伤的干细胞新药获得国家药品监督管理局（NMPA）临床试验默示许可，正式进入临床试验。根据中国医药生物技术协会的公示信息，共有7个干细胞治疗膝骨关节和半月板损伤临床研究备案项目。

根据国家药品监督管理局(NMPA)显示，目前共有3款针对膝骨关节炎的干细胞新药获得临床批件。此再次展示了干细胞在骨关节炎领域的临床应用前景。

现在，随着再生医学的发展，干细胞疗法已经不仅局限于关节炎疾病，更在疑难性、难治性疾病方面有很好的治疗前景，随着干细胞技术的发展，干细胞治疗骨关节炎越来越被认为是一种极具前景的治疗方式。相信不久的将来，全球更多的骨关节炎患者将能够受益于干细胞技术。

参考资料：Xiang, XN., Zhu, SY., He, HC. et al. Mesenchymal stromal cell-based therapy for cartilage regeneration in knee osteoarthritis. Stem Cell Res Ther 13, 14 (2022). https://doi.org/10.1186/s13287-021-02689-9