新进展：干细胞治疗股骨头坏死

股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一种常见的难治性骨科疾病，多发于中青年，是年轻患者接受髋关节置换术的主要原因。

自从Hernigou教授首次报道早期ONFH应用干细胞治疗以来，大量研究证实了干细胞在成人ONFH治疗中的潜力。随着跨学科干细胞治疗与富血小板血浆治疗相结合的兴起，基因治疗或其他方法逐渐引起研究者的重视。

本文综述了目前干细胞治疗ONFH的研究进展以及存在的问题和挑战，为进一步的研究提供参考。

关键词：干细胞，细胞治疗，股骨头坏死，间充质干细胞，基因治疗，创伤。

感谢河南省洛阳正骨医院(河南省骨科医院)梁大伟医生的翻译工作！

目 的

近年来，股骨头坏死的发病率呈上升趋势。据估计，全世界约有3000万ONFH患者。ONFH主要由创伤、糖皮质激素的使用和酗酒引起[1]。ONFH是一个渐进的病理过程，损伤最初发生在股骨头负重区，随后坏死骨的小梁结构在应力作用下受到损伤（微骨折），然后受损骨组织得到修复。如果消除了ONFH的原因，并且修复过程并不完美，则损伤-修复过程会继续进行，从而导致股骨头结构发生变化，股骨头塌陷和变形，导致关节炎和关节功能障碍。

ONFH的当前治疗包括早期和晚期治疗。早期治疗旨在减轻疼痛和延迟坏死的进展，包括患者教育、药物治疗和髓芯减压[2]。但是，在早期治疗后，ONFH可能以不同程度进展到最后阶段，后期治疗是不可避免的。如何最大程度地延迟ONFH的进展，甚至逆转ONFH的早期阶段，仍然是ONFH当前研究的热点。Friedenstein首先从骨髓中发现并提取了间充质干细胞（MSC）。进一步的研究表明，这些细胞起源于中胚层，具有多系分化潜能，并且可以分化为骨骼，软骨或肌肉[3]。目前，普遍认为，MSCs广泛存在于各种组织中，并且可以分化为成骨细胞或软骨细胞[4]。Hernigou等研究人员发现ONFH的发生可能与MSC不足或MSC的功能缺陷有关，而影响MSC增殖和分化的因素（如激素和酒精）导致成骨细胞代谢紊乱和股骨头坏死[5]。问题是使用骨髓间充质干细胞补充股骨头坏死的丢失部分是否可以治疗ONFH。

MSCs治疗ONFH的理论基础

坏死股骨头的解剖和MRI影像学研究可发现血管分布异常、黄骨髓增多、类固醇过度积聚、成骨细胞代谢异常、成骨细胞数量减少[6]。ONFH是包括骨坏死和修复重塑的过程。在血管疾病引起的缺血过程中，股骨头内成骨细胞数量不足，骨修复速度不足以补偿骨坏死，从而不可避免地导致股骨头坏死。骨髓间充质干细胞（Bone marrow MSCs，BMSCs）具有易体外扩增、免疫原性低、多系分化潜能等特点，能为骨修复提供成骨细胞，促进血管生成，改善坏死区的血供，为血管生成提供内皮细胞和生长因子。因此，它们是治疗ONFH的良好种子细胞[7]。BMSCs具有成骨性和成软骨性，这是ONFH治疗的基础。Cheng等人报道运用地塞米松、β-磷酸甘油酯和抗坏血酸诱导21天后，BMSCs茜素红染色呈阳性，提示形成钙结节，BMSCs具有分化为成骨细胞和形成骨的能力[8]。Pittenger等人采用微球法，利用TGF-β1或TGF-β3联合Vit-C和脯氨酸，成功地将原代培养的1-3代BMSCs体外诱导为软骨细胞。这种方法为骨髓间充质干细胞在体外分化为软骨细胞和软骨创造了新的途径[9]。

骨髓间充质干细胞治疗ONFH的现状

与单纯髓核减压术相比，MSCs在早期ONFH治疗中的疗效明显优于单纯髓芯减压术[10,11]。最近的研究表明，将骨髓间充质干细胞植入股骨头坏死病灶是一种很有前途的细胞治疗方法，其疗效与早期治疗密切相关[12,13]。Hernigou教授首次发明了髓芯减压术联合骨髓间充质干细胞移植治疗ONFH。他对116名患者的189个髋关节进行了髓芯减压，随后将自体骨髓离心获得的单核细胞注入股骨头。随访5～10年，145个SteinbergⅠ～Ⅱ期髋关节中有9个需要再次手术进行髋关节置换（失败率6.2%）。44个III-IV期髋关节中有25个进行了全髋关节置换术（失败率为56.8%）[14]。Daltro等人报道，在最后5年的随访中，MSC移植使疼痛显著缓解，抑制了疾病进展，提高了ONFH患者的髋关节评分。放射学检查显示，病灶没有进一步坏死，只有3.7%的治疗患者未能取得满意的结果[15]。Tabatabaee等研究了28例ONFH患者的髓芯减压和浓缩BMSCs移植的效果，并评估了VAS评分，WOMAC评分和MRI指数。随访2年后，他们发现接受髓芯减压和BMSCs移植的患者与单纯髓芯减压的患者相比，主观和客观症状有所改善[16]。系统评价总结说，将MSCs植入髓芯减压通道，尤其是在ONFH的早期使用时，将改善股骨头的生存率并减少对髋关节置换术的需求[17，18]。总之，髓芯减压联合MSCs移植是治疗早期股骨头坏死的满意方法。

MSCs联合其他方法治疗ONFH

经典的髓芯减压术结合骨髓间充质干细胞，衍生出多种新的治疗方法。富血小板血浆（PRP）是自体血液离心后获得的血小板浓缩物。它含有大量的生长因子和蛋白质。Martin采用微创减压技术，然后将自体BMSCs和PRP注射到预先塌陷的ONFH（FicatⅠ期或Ⅱ期）的骨坏死区。结果，78%（60/77）的患者髋部疼痛缓解并阻止了疾病的发展，只有21%的患者最终需要全髋关节置换术[19]。另外，BMSCs可以很容易地转染外源基因并稳定表达。因此，转染目的基因的BMSCs可以植入不同材料的载体，然后植入股骨头治疗ONFH。生物技术、组织工程和基因转染技术的结合为ONFH的治疗提供了新的途径。Xiao等人报道，在兔股骨头髓芯减压和液氮注入股骨头诱导的骨坏死模型中，将BMSCs接种的生物衍生骨材料与重组骨形态发生蛋白2（rhBMP-2）联合植入股骨头后，骨修复正常，提示转染rhBMP-2基因的骨髓间充质干细胞移植是治疗ONFH的有效方法[20]。Schussler等人利用扩增的BMSCs结合生物活性支架修复骨缺损，发现这种方法促进了缺损区新骨的生长，提示BMSCs具有修复骨缺损的能力。该方法为终末期ONFH骨缺损的治疗提供了新思路[21]。此外，纳米技术、3D打印技术等新技术的出现丰富了传统的治疗方法，为股骨头坏死的治疗提供了更多更好的选择。

问题和挑战

尽管在临床实践中，MSC已被证明可有效治疗ONFH，但如何使用它们以取得更好的效果仍然具有挑战性。需要优化和解决有关细胞来源、植入方法和细胞数量的许多问题。

细胞来源

骨髓间充质干细胞广泛分布于人体结缔组织中，可以从骨髓、脂肪和滑膜中提取[3]。不同来源的MSCs具有不同的分化潜能。目前尚不清楚哪种组织来源的MSCs最适合治疗ONFH。目前，骨髓间充质干细胞被认为在修复关节软骨和改善患者症状方面效果最好。然而，它们的分化潜能随着扩增次数的增加而降低，从骨髓中收集细胞会导致供体部位疼痛[22]。脂肪来源的骨髓间充质干细胞具有与骨髓来源的骨髓间充质干细胞相似的特性，并且具有易获得性和较高的生产效率等优点。例如，与100毫升骨髓相比，从100克脂肪组织中可以获得高达300倍的骨髓间充质干细胞[23]。此外，脂肪来源的MSCs可直接注入关节腔内进行软骨修复，具有与BMSCs相似的分化潜能。滑膜来源的间充质干细胞比骨髓和脂肪来源的间充质干细胞具有更高的分化潜能[24]。滑膜间充质干细胞用于治疗膝关节骨性关节炎患者，治疗3年后，MRI、组织学评估和Lysholm评分均有改善，滑膜侵犯较少[25]。然而，滑膜间充质干细胞移植治疗ONFH的有效性尚未见报道，有待进一步的实验研究

植入方法

在经典的治疗方法中，从自体骨髓中分离提取单个核细胞，通过髓芯减压时形成的孔注入股骨头。然而，究竟应该采用直接一步植入还是多步植入，目前仍存在争议。在多步骤方法中，细胞在体外分离、鉴定和纯化，并在标准化生产后通过支架载体注射或植入。这种方法保证了细胞的良好质量，并且可以精确控制植入细胞的数量。然而，这种方法耗时且成本高昂，还可能影响细胞的分化潜能，从而影响治疗效果[26]。理想的干细胞移植载体应与人体具有生物相容性，损伤治愈后可生物降解，对液体、气体和营养物质具有渗透性，细胞植入具有多孔性，机械强度高，易于粘附于骨和软骨组织[27]。然而，需要进一步研究哪种载体最适合骨髓间充质干细胞，且不良反应较少。

移植细胞数

股骨头内植入干细胞的数量是影响疗效的重要因素之一。根据Hernigou和Homma的研究，正常股骨头中MSCs的数量为700±264个/m3，股骨头的平均大小约为50m3。因此，股骨头中的MSCs总数约为35000个，可以作为植入细胞数量的参考数据[6，28]。在实践中，我们需要考虑植入时股骨头坏死的严重程度和程度，术前应估计植入细胞的数量，以防止植入细胞数量不足。Hernigou教授认为，植入的干细胞数量应该尽可能多[14,29]。因此，在将骨髓细胞注射到股骨头狭窄的缝隙中之前，应先将其分离和浓缩。然而，究竟有多少干细胞被植入不同程度损伤的股骨头，才能达到最佳效果，目前尚不清楚。要解决这个问题还需要进一步的研究。

其他问题

目前的研究表明，骨髓间充质干细胞移植最适合于ONFH的早期（I～II期），如果股骨头形状改变或发生股骨头塌陷，则预后较差。如何提高MSC治疗终末期ONFH的疗效仍然是研究者面临的挑战。此外，尽管Hernigou教授认为自体骨髓间充质干细胞移植不会增加局部肿瘤发生的风险[30,31]，但对于转染某些基因的骨髓间充质干细胞或同种异体骨髓间充质干细胞移植到体内后是否会诱发突变或引起肿瘤，仍有很大的关注。

结  论

随着生活条件的改善，ONFH患者数量的增加，患者的治疗负担逐渐加重。骨髓间充质干细胞治疗ONFH在临床上已取得初步成功。在经典治疗方法的基础上衍生出一系列的新方法，这些方法补充和完善了MSCs治疗的许多方面，包括干细胞的提取、分离、纯化和浓缩，以及与组织工程、基因修饰和转染的结合。虽然已经取得了许多成就，但仍有许多问题有待解决，需要更多的基础研究和临床试验来寻找MSCs分化的潜在分子机制、理想的细胞来源和优化的移植方法。随着跨学科哲学的普及，我们相信MSCs可以为ONFH患者提供更多的选择和帮助。随着跨学科知识理念的普及，我们相信MSCs可以为ONFH患者提供更多的选择和帮助。

参考文献：略。