01、引言

　　骨关节炎是一种以关节软骨退行性病变、软骨下骨硬化和滑膜炎为特征，并伴有骨头摩擦、僵硬、疼痛及活动受限等症状的代谢性疾病。据估计，60岁以上的老年人都患有不同程度的骨关节炎。该病的基本病理生理学特征是关节软骨的缺失。而软骨细胞是软骨的主要组成成分，是一种相对惰性的细胞，它在儿童时期具有一定的再生能力，但这种能力会伴随着年龄的增长而丧失，而在60岁以后几乎完全消失。换言之，当老年人由于软骨的缺失而出现骨关节炎以后，便很难进行自行恢复。

　　目前对于软骨的修复治疗主要集中在关节镜灌洗、清创术、微骨折诱导和自体软骨细胞植入方面。虽然上述技术能够维护正常关节功能和抑制软骨的进一步退化，但不能恢复损伤的软骨，而这些组织不具有与原生软骨相同的生化和生物力学特性。　　

　　理想的关节修复治疗，应需恢复软骨细胞的再生能力以及对炎症的抗破坏作用。　　

　　而间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）以其易于分离，并可在未分化状态下大量扩增的特点，加上可以通过抗炎和免疫抑制功能调节局部微环境，使其在异体应用方面具有额外的优势。此外，间充质干细胞还能够通过分泌多种生物活性因子，可以保护软骨免受进一步的组织破坏，并促进残余祖细胞原位再生。

　　02、MSCs的简介

　　MSCs是一种多能干细胞，它具有干细胞的所有共性，即自我更新和多向分化能力。MSCs最早是从骨髓组织中分离得到，随后又从各种其他组织中分离出来，如脂肪组织、胎盘、脐带血、外周血、牙髓及滑膜。　　

　　MSCs或MSCs样细胞可以替代因老化或组织损伤而丢失的细胞。MSCs通过其塑料粘附特性从组织中分离，并可以在临床中大规模地扩增培养。虽然目前还没有明确的标志物来分离MSCs群体，但国际细胞治疗学会已经确定这些细胞的基本细胞标志物为CD73、CD105和CD90呈阳性，CD45、CD34、CD14、CD19、CD11b和HLA-DR呈阴性。MSCs已经被证实具有几种独特的生物固有联系，这些联系可能有利于它们在自体和异体细胞治疗中的应用，它们内在的自我更新能力和分化成软骨细胞、骨细胞和脂肪细胞的潜力也已经得到了充分的证明。

　　03、MSCs的生物学特性

　　MSCs除具有多系分化能力之外，从骨髓或其他组织中获得的基质细胞还拥有这些细胞所特有的一些性质，以实现其组织再生。另外，MSCs是通过向组织损伤后的炎症部位移行归巢而发挥其组织再生作用的。普遍认为，炎症部位趋化因子的密度梯度决定了MSCs的移行方向，趋化因子的浓度是MSCs向其移行的关键因素。当组织损伤后，释放趋化因子，MSCs表达多种趋化因子受体，待趋化因子激活，MSCs向损伤部位移行聚集，对组织进行修复。　　

　　归巢是细胞移行、植入组织并发挥其功能和保护作用的必要过程。MSCs的归巢特性，意味着可以避免组织在注射了细胞后出现的骨化等并发症，因此，可通过静脉进行大剂量输注。

　　04、MSCs的免疫调节特性

　　MSCs的免疫原性低，并且具有免疫抑制活性。当使用异体细胞治疗相关疾病时，通常需要用传统的免疫抑制药物，但MSCs移植时不存在这种情况。其免疫原性低的生理学基础是细胞表面不表达人白细胞抗原Ⅱ类分子（HLA-Ⅱ）。一般的，在大多数炎症反应中，γ干扰素上调，引起HLA-Ⅱ表达的增加，但使用γ干扰素预处理的MSCs并不能引起异体淋巴细胞的增殖反应。另外，MSCs不表达T细胞协同刺激分子，这也预示着MSCs的移植不会造成T细胞的反应活动，也就是免疫耐受。所以，MSCs可以应用于同种异体的软骨修复治疗。

　　05、MSCs的成软骨效应

　　MSCs的成软骨分化是一个信号转导通路、转录因子和细胞外生长因子之间的复杂交互网络(图2)。MSCs内在的成软骨分化潜能受转录因子sox-9和runx-2的控制，而转化生长因子（如TGF-β3）以及骨形成蛋白是MSCs成软骨分化的一些很有效的诱导因子。一项来自使用不同组织来源的MSCs的比较研究发现，滑膜来源的MSCs表现出最大的软骨细胞再生潜力，其次是骨髓来源的MSCs[1]。结果表明，骨髓来源的MSCs可以作为软骨修复的细胞来源。

图2：MSCs成软骨效应的可能机制

　　BMP，骨形成蛋白；FGF，成纤维细胞生长因子；Gli3，胶质母细胞瘤转录因子3；HoxA，同源框蛋白A；IGF-1，胰岛素样生长因子1；IL，白介素；PTHrP，甲状旁腺激素相关蛋白；SOX9，性别决定区Y阅读框9；STAT 1，信号传感器和转录因子的激活因子1；TGF-β，转化生长因子β。

　　06、MSCs对于软骨修复的临床前疗效

　　在各种骨关节炎临床前模型中，MSCs移植对于软骨的修复具有一定的效果。一项研究报道，科研人员通过对山羊膝关节完全切除内侧半月板和切除前交叉韧带来诱导出现单侧骨关节炎模型。6周后，在透明质酸钠溶液中，把单剂量的1000万自体分离扩增的MSCs进行悬浮，然后把这些细胞注射到损伤的膝关节内，而对照组只给予透明质酸钠溶液。结果显示，在注射有MSCs的膝关节中，有明显的内侧半月板再生现象（图3），并在新形成的组织中检测到了植入的细胞，而且与对照组相比，经MSCs治疗的膝关节中出现软骨退行性病变和软骨下硬化症的现象有所减少[2]。

　　MSCs已被应用于临床，对于软骨的修复同样收到了不错的疗效。一项研究中，受试者是一位31岁的男子柔道运动员，因右膝遭遇伤病而出现间断性疼痛。股骨内侧髁负重区发现20-30毫米全层软骨缺损。在患者知情同意的情况下，用其自身的MSCs治疗软骨损伤。术前4周，从患者髂骨吸取骨髓，去除红细胞后，扩增剩余的细胞。收集贴壁细胞并将其植入到胶原凝胶中，然后将胶原凝胶转移至股骨内侧髁软骨缺损处，其中种植体被自身骨膜瓣覆盖。结果显示，在术后7个月，通过关节内窥镜检查发现，软骨缺损部位被光滑组织所覆盖（图4）。术后1年，通过磁共振成像发现，受损部位软骨水肿消失（图5），临床症状明显改善，患者恢复了先前的活动水平，并且右膝不再疼痛，也没有其他并发症出现[3]。

图4：关节内窥镜检测结果

　　A：术前，股骨内侧髁负重区发现20-30毫米全层软骨缺损；B：术后7个月，软骨缺损部位被光滑组织所覆盖；

　　A、B：术前磁共振成像。股骨内侧髁有明显的缺损，软骨下水肿，内侧半月板的后部已退化。C、D：术后1年的磁共振成像。软骨不再水肿，但修复区软骨和软骨下形态不规则。

　08、展望

　　MSCs以其免疫原性低和可以轻松获得并能在体外实现大量扩增等优势，使它成为治疗骨关节炎最具潜力的选择之一。MSCs从最初的发现到目前逐渐应用于临床疾病的治疗，经历了漫长的科研探索、治疗方案和方法创新的过程。虽然MSCs治疗骨关节炎的临床试验已经逐步开展，但诸多细节仍需要在试验中进一步的探索和完善。

　　齐鲁细胞治疗公司的脐带间充质干细胞制剂已成功通过中检院的质量复核认证，所涉检测项目包括10大项，45个小项。细胞鉴别、分化能力、干性基因、增殖能力、免疫抑制能力等均符合脐带间充质干细胞特性，所有检测项目均符合规定。相信不久的将来，通过科研工作者和医学领域相关人员的不懈努力，MSCs的应用，将为骨关节炎患者带来康复的希望。

参考文献：

[1] Sakaguchi Y, Sekiya I, Yagishita K, Muneta T: Comparison of human stem cells derived from various mesenchymal tissues: superiority of synovium as a cell source. Arthritis Rheum 2005, 52:2521-2529.

[2]  Murphy JM, Fink DJ, Hunziker EB, Barry FP: Stem cell therapy in a caprine model of osteoarthritis. Arthritis Rheum 2003, 48:3464-3474.

[3] Kuroda R, Ishida K, Matsumoto T, Akisue T, Fujioka H, Mizuno K, Ohgushi H, Wakitani S, Kurosaka M: Treatment of a full-thickness articular cartilage defect in the femoral condyle of an athlete with autologous bone-marrow stromal cells. Osteoarthr Cartil 2007, 15:226-231.