干细胞可以使关节软骨再生，未来或成为治愈膝骨关节炎的唯一选择

膝关节是指大腿股骨和小腿胫骨之间的关节软骨，也包含了提供被动稳定的关节囊、韧带、前后十字韧带、半月板，以及提供主动稳定的前后肌肉肌群。

膝关节骨性关节炎（KOA），在X光上最明显的变化是软骨流失和骨刺形成，而进行肌骨超声检查，可以发现膝盖周边的韧带、肌腱也都有受损的状况。

 为什么膝骨关节炎这么难治？ 

关节软骨主要由软骨细胞与基质组成。其中，软骨细胞占成熟组织体积的10%以下，负责维持基质。基质主要由水(占70% ～85%)、Ⅱ型胶原(占10%-20%)、蛋白多糖(占5%-10%)组成。关节软骨主要靠滑液的弥散来获取营养，只有在反复负载的情况下才能保持正常的代谢。

软骨组织无血管、神经及淋巴引流。故成年的软骨一旦破坏，因缺乏血供则不能使纤维蛋白凝块形成，或炎性细胞和未分化细胞从血管迁移到组织损伤部位进行修复。此外，软骨缺少能够迁移、增殖并参与修复反应的未分化细胞。而仅有的高分化的软骨细胞，既无法穿过致密的胶原－蛋白多糖基质到达受损处，又不能很好促进基质合成。

 膝骨关节炎的治疗方法 

目前，KOA尚无有效治愈方法，其治疗策略主要局限于药物治疗及外科手术。对于前者，非甾体抗炎药（NSAIDs）虽然能够有效镇痛，但并不能从发病机制上延缓或阻止关节软骨的变性及坏死；此外，大量的随机对照临床试验均表明长期服用NSAIDs会增加消化道出血、不良心血管事件及死亡风险。

 

人工关节置换术虽然是治疗终末期膝骨关节炎的重要方法，但由于假体寿命的限制，该方法并不适合年轻患者；此外，术后持续疼痛、假体翻修等并发症也会为患者带来巨大的躯体痛苦和沉重的经济负担。

 干细胞治疗膝骨关节炎的进展

如果想治愈KOA，那么一定要使其软骨再生。而间充质干细胞（MSCs）恰好具有多向分化与促进组织再生潜能，能在特定条件下分化成软骨细胞，用于软骨修复，为 KOA 的局部治疗开辟一条新的途径。

研究发现MSCs组织修复的机制主要表现在两方面：自身分化形成组织细胞和促进周边细胞向缺损组织转化。

一方面MSCs能直接分化形成相关组织来补充该损伤部位的缺损 。干细胞体外实验表明，MSCs作为一种多能干细胞，其本身具备多向分化的能力。将MSCs进行单独培养，在培养基中加入转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β），MSCs可向软骨细胞方向分化，研究人员可通过检测培养基中关节软骨的特殊成分如：硫酸软骨素、Ⅱ型胶原蛋白等直接观测到软骨组织的生成。

另一方面，MSCs在受到周边微环境的作用时，可以分泌细胞活性因子促进其周围的细胞再生，这种旁分泌作用称为营养作用（trophic）。目前认为，MSCs这种对周边细胞的旁分泌作用是促使软骨修复的主要途径  。研究表明 ，MSCs通过细胞的出胞作用，形成大量外泌体（exosome），这些外泌体携带各种营养因子及MicroRNA（miRNA），通过旁分泌作用，促进周围细胞向软骨细胞转化。将MSCs所形成的外泌体分离单独培养，同样可以达到软骨修复的目的：研究人员构建了关节软骨缺损的大鼠模型，分别注射MSCs外泌体和磷酸盐缓冲液，在第6周和第12周解剖膝关节，在大体和镜下可以观察到明显再生的关节软骨

此外，间充质干细胞也可参与调控T细胞相关的免疫反应，进一步抑制骨关节炎相关的炎症反应，从而减缓KOA的病程进展。研究发现，从终末期膝关节炎患者体内提取出的MSCs，其分裂分化活性都显著低于正常人体中的MSCs 。随着年龄的增长，人体内各部位MSCs的成软骨能力会逐渐下降  。有研究构建了退行性膝关节炎的动物模型，研究人员用超顺磁性氧化铁纳米粒子对MSCs进行标记，然后将其注射到膝关节内，实验结果虽然没能观测到新的软骨形成，但在MRI下可以观察到标记的MSCs会在注射后8～24小时内向软骨缺损区移动，说明MSCs对组织损伤存在主动修复倾向。

目前国外针对MSCs的临床研究有很多，已有相关的药物问世 。目前普遍采取的方法是将MSCs制成细胞悬液，向关节腔内直接注射，这种方式简单易行，对患者损伤较小，在临床试验中广泛应用。

 相关临床实验 

Jo等 将脂肪间充质干细胞（ADMSCs）分三个浓度梯度：1×107个（低剂量）、5×107 个（中剂量）、1×108 个（高剂量），分别注入三组患者关节腔内。结果发现，各组患者的膝关节功能及症状明显改善，MRI和关节镜检查显示明显的软骨再生，且软骨再生情况与MSCs的剂量有关，高浓度组的软骨再生情况明显高于低剂量组。

一项评估MSCs缓解骨关节炎患者临床症状如疼痛、僵硬程度、活动能力的临床研究中 ，纳入32名患者，其中包括Kellgren-Lawrence分级为Ⅳ级的患者，分别注射10×10 ⁶个（低剂量）、10×10 ⁷个（高剂量），并与注射透明质酸的患者作对照，进行随机双盲研究，利用疼痛视觉模拟评分法（visual analogue scale/score，VAS）和膝关节炎评分系统（TheWestern Ontatario and McMaster Universities，WOMAC）量表评分进行评估。通过四年的随访，发现高剂量组治疗的膝关节炎患者临床症状的改善程度明显高于低剂量组和对照组。

 有临床研究比较了多次膝关节注射和单次膝关节注射ADMSCs的疗效。研究中 纳入了30名患者，将其分为三组，一组患者进行单次的膝关节腔内注射MSCs：100×10⁶ ，一组患者注射后6个月后进行再次注射，每次注射剂量为100×10 ⁶ ，对照组采取传统疗法，利用WOMAC和KOOS评分量表进行评估。随访1年，结果显示：相对于对照组，关节注射ADMSCs的患者膝关节功能改善明显，两次注射ADMSCs的患者得到更稳定的临床效果。该研究不仅证实了注射ADMSCs的治疗效果，也证明了膝关节多次注射ADMSCs临床效果更好。

临床实验所使用的MSCs悬液大多是以生理盐水作为载体进行关节注射，也有研究将富含血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）和透明质酸（hyaluronic acid，HA）作为载体，联合MSCs进行给药。

研究者利用患者自身髌下脂肪垫分离提取ADMSCs，在体外扩增后，联合自身来源的PRP进行膝关节腔注射，对照组给予相同剂量的PRP，利用Lysholm量表评分、Tegner活动指数量表和疼痛VAS评分量表进行评估，结果显示实验组患者的治疗效果优于对照组。在MSCs联合HA及PRP进行的对比性研究中，实验组患者不仅临床症状得到明显改善，而且在术前和术后多次的MRI检查中，通过测量胫骨平台软骨厚度并进行术前和术后对比，均显示出明显的软骨再生 。

研究者使用异体来源的骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）进行膝关节腔内注射，对照组注射HA，并在实验中设立了组内对照，随访时使用WOMAC、VAS评分量表评估患者临床症状的改善程度，术前和术后进行膝关节核磁共振扫描，评估患者的关节软骨变化情况，实验结果显示，实验组患者的临床症状和软骨质量的改善情况都明显优于对照组。

有研究者使用同种异体MSCs对患者进行治疗，长达7年的随访结果显示，患者膝关节软骨缺损部位出现了软骨再生，且与周边固有的软骨整合良好。但该研究不是关节内直接注射同种异体MSCs，而是利用MSCs与透明质酸混合形成凝胶状物质，对软骨缺损进行修补，3年后的MRI结果显示软骨缺损处有新的软骨形成，钆增强造影显示关节表面有大量造影剂富集。

目前关于MSCs对终末期KOA患者治疗的应用尚需进一步研究。从目前所进行的临床研究中长期随访结果来看，膝关节腔内注射 MSCs 尚未发现明显的不良反应。一项随机分组对照研究纳入53名Kellgren-Lawrence分级为Ⅱ~Ⅳ级的患者，分两次注射 5×10 ⁷数量的MSCs，以注射透明质酸为对照，随访12个月，结果显示，实验组患者仅有轻微的不良反应，如局限性肿胀、进针点疼痛等，与对照组相比无显著性差别。且这些不良反应均在7天内自行缓解。目前在各种动物及人体中进行的临床实验中，均未出现严重的不良反应，在一项研究MSCs疗效的的荟萃分析中，参与统计的11项研究均未出现严重不良反应，显示利用MSCs治疗骨关节炎具备临床所要求的安全性和可靠性。

 总结 

MSCs作为一种具备多向分化能力的组织干细胞，因其独特的组织学特性已应用于临床的多个领域，如应用于治疗肝脏组织纤维变性和促进骨骼肌再生  等，均取得了良好的临床效果。在膝骨关节炎治疗方面，利用MSCs强大的软骨化能力，可以使关节软骨的损伤得以修复，停止甚至逆转膝骨关节炎的病情发展。未来需要筛选优化分化能力强的MSCs，进行商业化规模化开发，为广大骨关节炎患者带来福音。