近日，中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在《World J Stem Cells》上發(fā)表了一篇文章，文章報(bào)道了脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞在已被用于治療OA，取得了良好的治療效果。這種安全、簡(jiǎn)便、有效的療法有望在未來得到應(yīng)用和推廣。
骨關(guān)節(jié)炎 (OA) 被認(rèn)為是一種高度異質(zhì)性的疾病，具有進(jìn)行性軟骨丟失、軟骨下骨重塑和低度炎癥。它是世界上導(dǎo)致殘疾的主要原因之一。OA的常規(guī)臨床治療多為姑息性藥物，不能從根本上治愈該病。來自脂肪組織的基質(zhì)血管部分 (SVF) 是異質(zhì)細(xì)胞群。根據(jù)以往的研究，它含有大量的間充質(zhì)干細(xì)胞，已被用于治療OA，取得了良好的治療效果。這種安全、簡(jiǎn)便、有效的療法有望在未來得到應(yīng)用和推廣。本文詳細(xì)介紹了 OA的發(fā)病機(jī)制、和目前的臨床治療方法。
骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制
軟骨破壞、軟骨下骨重塑、骨贅形成、關(guān)節(jié)囊增厚都是OA發(fā)病的一部分，可能需要數(shù)年時(shí)間。應(yīng)該注意的是，四肢的關(guān)節(jié)炎前期畸形也可能導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎。例如，嚴(yán)重的外翻或內(nèi)翻畸形會(huì)導(dǎo)致外側(cè)或內(nèi)側(cè)膝關(guān)節(jié)炎。這會(huì)產(chǎn)生關(guān)節(jié)內(nèi)高應(yīng)力分布的變化，導(dǎo)致力不平衡，進(jìn)而加速關(guān)節(jié)炎病理。
OA的炎癥是低度和慢性的，導(dǎo)致先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)都被激活（主要是先天免疫系統(tǒng)），將OA與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎區(qū)分開來。通常，關(guān)節(jié)軟骨由水、軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成。細(xì)胞外基質(zhì)由軟骨細(xì)胞合成和分泌，含有膠原蛋白（主要是II型膠原蛋白）、蛋白多糖、透明質(zhì)酸（HA）和小分子糖蛋白。II型膠原蛋白和其他細(xì)胞外基質(zhì)可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為關(guān)節(jié)軟骨提供抗壓能力。
當(dāng)OA發(fā)生時(shí)，軟骨細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多種引起炎癥的炎性細(xì)胞因子和趨化因子，如白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細(xì)胞介素-6（IL-6）。同時(shí)，軟骨細(xì)胞產(chǎn)生MMP，以及具有血小板反應(yīng)蛋白樣基序 (ADAMTS) 的去整合素和金屬蛋白酶。II型膠原是解整合素的靶標(biāo)，蛋白多糖是ADAMTS的靶標(biāo)；這些蛋白質(zhì)一起最終導(dǎo)致軟骨分解代謝增加，合成代謝和修復(fù)減少。值得注意的是，關(guān)節(jié)中的成骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞和單核細(xì)胞可產(chǎn)生IL-1β、TNF-α、MMPs等。
軟骨下骨位于關(guān)節(jié)軟骨鈣化層下方，包含血管和神經(jīng)，可為關(guān)節(jié)軟骨提供機(jī)械支撐。在OA的早期階段，破骨細(xì)胞介導(dǎo)軟骨下骨的重塑。隨著OA的進(jìn)展，磁共振成像 (MRI) 可以檢測(cè)到不同程度的軟骨下骨硬化、骨贅和軟骨下骨囊腫。這種改變可能會(huì)減少軟骨下骨對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的機(jī)械支撐，使關(guān)節(jié)軟骨容易受到損傷。
滑膜炎是OA最常見的并發(fā)癥之一。在骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展過程中，滑膜可能會(huì)顯著增殖，滑膜細(xì)胞也可能分泌促炎因子和基質(zhì)金屬蛋白酶，以幫助骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。除了關(guān)節(jié)的局部炎癥機(jī)制外，越來越多的證據(jù)表明，肥胖可以使人體長(zhǎng)時(shí)間處于低度炎癥環(huán)境中。與BMI正常的人相比，肥胖者患OA的風(fēng)險(xiǎn)明顯更高。
治療骨關(guān)節(jié)炎的方法有哪些？
OA的治療主要包括改變生活方式、物理治療、藥物治療、關(guān)節(jié)內(nèi)治療和手術(shù)。然而，目前還沒有完全治愈 OA的方法。
OA早期治療的目標(biāo)是減輕疼痛和僵硬。治療方法通常包括適度運(yùn)動(dòng)、飲食和口服藥物。OA中晚期的治療目標(biāo)是維持身體機(jī)能。治療方法通常包括關(guān)節(jié)內(nèi)注射療法和手術(shù)。根據(jù)國(guó)際骨關(guān)節(jié)炎研究協(xié)會(huì)的說法，適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化陸上運(yùn)動(dòng)是治療OA最有效的方法之一，因?yàn)樗梢詼p輕關(guān)節(jié)疼痛和僵硬。此外，減肥也是肥胖患者改善OA的重要途徑之一。
物理療法包括電療、熱療和針灸。藥物治療中常用鎮(zhèn)痛、抗炎、保護(hù)軟骨的藥物。然而，這些療法只能減輕疼痛癥狀并減緩炎癥過程；他們不能阻止OA的發(fā)展。
在臨床上，關(guān)節(jié)腔注射療法是一種微創(chuàng)治療方法。注射的治療劑包括糖皮質(zhì)激素、透明質(zhì)酸鈉、富血小板血漿 (PRP)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 (BMP-7) 和干細(xì)胞。需要注意的是，超聲可用于指導(dǎo)晚期骨關(guān)節(jié)炎和肥胖患者關(guān)節(jié)內(nèi)注射的使用。一種使用納米級(jí)材料（包括膠束、脂質(zhì)體和樹枝狀聚合物）的新型關(guān)節(jié)內(nèi)可注射載藥遞送系統(tǒng)，已經(jīng)提出。這種方法可以減緩藥物釋放，延長(zhǎng)藥物在關(guān)節(jié)腔內(nèi)的滯留時(shí)間。
OA治療的手術(shù)方法主要包括關(guān)節(jié)鏡清創(chuàng)術(shù)、微骨折術(shù)、異體/自體軟骨移植、人工關(guān)節(jié)置換等。例如，對(duì)于額骨排列不齊和內(nèi)翻或外翻排列不齊，脛骨高位截骨術(shù)可用于矯正脛骨近端角，從而減輕疼痛并延緩關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。然而，手術(shù)是侵入性的并且具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，它僅適用于關(guān)節(jié)發(fā)生嚴(yán)重退行性改變的患者，如關(guān)節(jié)間隙縮小或消失，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。該療法不適用于早期OA的治療。
基質(zhì)血管部分
SVF是一種多細(xì)胞成分，通過膠原酶消化、離心、洗滌和過濾等過程從脂肪組織中提取。臨床上，例如，抽脂術(shù)可用于從腹部、腹股溝、前臂和臀部等區(qū)域獲取脂肪組織。
SVF主要由脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞 (ADSC)、造血干細(xì)胞/祖細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞組成。ADSC是SVF的重要組成部分，約占SVF細(xì)胞群的10%。ADSCs賦予SVF干細(xì)胞的特性，其他細(xì)胞也對(duì)分泌活性細(xì)胞因子、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫等起到積極作用。由于SVF在組織再生、血管重建和抗炎特性方面表現(xiàn)出卓越的治療價(jià)值，因此在臨床實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。
使用關(guān)鍵詞“基質(zhì)血管部分”和“骨關(guān)節(jié)炎”搜索臨床研究數(shù)據(jù)庫(kù)（https://www.clinicaltrials.gov/）。剔除撤回研究后，得到目前SVF治療骨關(guān)節(jié)炎的臨床試驗(yàn)研究，見表格1。
基質(zhì)血管部分在骨關(guān)節(jié)炎中的臨床研究
臨床上，OA的藥物治療可以緩解疼痛和部分癥狀，但不能修復(fù)或抑制軟骨等關(guān)節(jié)組織的損傷。因此，既不能從根本上解決軟骨退化問題，也不能阻止骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。雖然手術(shù)治療可用于修復(fù)軟骨損傷，但OA的??長(zhǎng)期治療效果有限，且存在諸多弊端和風(fēng)險(xiǎn)。另外需要注意的是，手術(shù)治療只適用于中晚期OA患者的治療。因此，關(guān)節(jié)腔內(nèi)干細(xì)胞注射這種微創(chuàng)、安全、快速的治療方法得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。
間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）來源于中胚層，可分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等中胚層細(xì)胞。這種分化潛能使MSCs成為OA的有前途的替代治療方法。MSC 可來源于臍帶、骨髓和脂肪組織。與其他來源的組織相比，脂肪組織含量豐富，更容易獲得（通過抽脂），并且含有更多的干細(xì)胞（ADSCs）。ADSC是一種MSC。此外，ADSCs具有更高的遺傳穩(wěn)定性、更高的增殖和分化能力、更低的衰老速度和更長(zhǎng)的端粒長(zhǎng)度，使其成為OA最有希望的治療選擇。
體外貼壁培養(yǎng)擴(kuò)增后，可通過SVF獲得ADSCs 。然而，由于繁瑣且耗時(shí)的體外擴(kuò)增步驟會(huì)帶來污染風(fēng)險(xiǎn)以及時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，因此研究人員將注意力轉(zhuǎn)移到了不需要培養(yǎng)的 SVF 上。SVF中豐富的細(xì)胞成分，不僅可以分化成軟骨細(xì)胞，幫助組織修復(fù)，還可以分泌活性細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)人體免疫系統(tǒng)，發(fā)揮抗炎作用等。因此，臨床研究人員更喜歡 SVF。
本研究使用關(guān)鍵詞“stromal vascular fraction”和“osteoarthritis”搜索 PubMed、Web of Science、Cochrane Library 和 Google Scholar，在去除重復(fù)和非英文文獻(xiàn)后，我們篩選了SVF治療OA的臨床試驗(yàn)發(fā)表于2016年和2020年。最終得到22個(gè)研究，如表2。
表2：血管基質(zhì)成分治療骨關(guān)節(jié)炎的臨床研究
| Ref. | Treatment | Study type | Patients | Follow-up time | Outcome assessments | Consequences |
| OA position/number | ||||||
| Pak?et al (2016, 2018) | SVF + HA + PRP | Case report | 3 patients: 1 male, age: 68; 2 females, age: 60 and 87 | 3.5 mo | FRI, MRI, ROM, VAS | Cartilage repaired showed by MRI; all scores improved |
| Knee | ||||||
| Fodor?et al (2016) | SVF | Pilot study | 6 patients: 1 male, 5 females, mean age: 59 | 12 mo | ROM, WOMAC, VAS, TUG, MRI | All scores improved, no MRI evidence of cartilage regeneration |
| NCT02357485 | Knee/8 OA | |||||
| Yokota?et al (2017) | SVF | Case report | 13 patients: 2 males, 11 females, mean age: 74.5 | 6 mo | VAS, JKOM, WOMAC | All scores improved |
| Knee/26 OA | ||||||
| Nguyen?et al (2017) | AM vs AM + SVF + PRP | Comparative study | 30 patients (15 per group: 3 males, 12 females) mean age: 58 | 18 mo | VAS, Lysholm, WOMAC, MRI | All scores improved compared with AM group; AM + SVF + PRP group had obvious cartilage repair show by MRI |
| NCT02142842 | Knee | |||||
| Michalek?et al (2017) | SVF | Case control multi-centric non-randomized study | 1128 patients: 596 males, 532 females, median age: 62 | 17.2 mo | Modified KOOS/HOOS | KOOS/HOOS improved, most patients gradually improved, obesity and more severe OA healed slowly |
| Knee and hip/1856 OA | ||||||
| Tantuway?et al (2017) | SVF | Case report | 101 patients: 41 males, 60 females, age: 29-84 | 3-24 mo | KOOS | KOOS and joint function improved, pain relieved, patients could move normally |
| Knee/201 OA | ||||||
| Russo?et al (2017, 2018) | SVF | Retrospective study | 30 patients: 21 males, 9 females, median age: 43 | 12-36 mo | Lysholm, VAS, IKDC-subjective, KOOS | 41%, 55%, 55%, 64% of the patients improved in the scores, respectively |
| Diffuse degenerative keen | ||||||
| Bright?et al (2018) | SVF | Case report | 1 patient: female, age: 27 | 3 yr | WOMAC, HOOS | Symptoms of OA reduced, all scores improved, ankylosing spondylitis, depression, anxiety and fatigue improved |
| Knee and hip | ||||||
| Barfod?et al (2019) | SVF | Prospective cohort study | 20 patients, mean age: 49 | 12 mo | KOOS | KOOS improved |
| NCT02697682 | Knee | |||||
| Roato?et al (2019) | SVF | Case report | 20 patients: 9 males, 11 females, mean age: 59.6 | 18 mo | VAS, WOMAC | Pain relieved, scores improved |
| Knee | ||||||
| Hudetz?et al(2019) | SVF | Prospective, non-randomized and single center study | 20 patients: 15 males, 5 females | 12 mo | VAS, WOMAC, KOOS | All scores improved, pain and symptoms relieved for up to a year |
| Knee | ||||||
| Berman?et al (2019) | SVF | Case report | 2586 patients | 2-5 yr | Questionnaire (visual acuity pain scores, sustained improvement in function) | Over 80% of patients’ pain relieved, joint function improved and maintain 1 yr; outcomes between male and female or between SVF alone and SVF + PRP showed no difference |
| NCT10953523 | Knee | |||||
| Michalek?et al(2019) | SVF | Multicenter case-control study | 29 patients: 9 males, 20 females, mean age: 83.3 | 36 mo | Modified KOOS/HOOS | Apart from 3 elderly patients died from aging, other patients’ pain and weekly dosage of analgesics were reduced, KOOS/HOOS improved |
| Knee and hip | ||||||
| Yokota?et al (2019) | ADSC vs SVF | Retrospective cohort study | ADSC: 42 patients; SVF: 38 patients | 6 mo | VAS, KOOS | No major complications occurred, knee joint effusion was more likely to occur in SVF group than ADSC group (SVF 8%, ADSC 2%); VAS and KOOS improved in both groups |
| Knee/128 OA | ||||||
| Mayoly?et al(2019) | SVF +PRP | Case report | 3 patients: 1 male, 2 females, mean age: 62 | 12 mo | VAS, PRWE, DASH | All scores improved |
| NCT03164122 | Wrist | |||||
| Hong?et al(2019) | SVF vs HA | Double-blind randomized self-controlled trial | 16 patients (with bilateral symptomatic knee OA) one side: SVF, the other side: HA. 3 males, 13 females, mean age: 52 | 12 mo | VAS, WOMAC, ROM, MRI (MOCART, WORMS) | Significant improvement of VAS, WOMAC and ROM in SVF group, but no improvement in HA group; SVF group was superior to HA group in cartilage repair showed by MOCART and WORMS |
| Knee | ||||||
| Tran?et al(2019) | SVF + AM vs AM | Single-center, non-randomized, placebo-controlled study | 33 patients, placebo group (AM): 3 males, 12 females, mean age: 58.2; SVF group (SVF + AM): 5 males, 13 females, mean age: 59 | 24 mo | VAS, WOMAC, Lysholm, OS | VAS, WOMAC of SVF group reduced significantly compared with placebo group, and maintained 24 mo; Lysholm, OS of SVF group improved |
| Knee | ||||||
| Garza?et al(2020) | SVF | Double-blinded prospective randomized controlled study | 39 patients (randomly assigned to high-, low-dose SVF, or placebo at 1:1:1) | 12 mo | WOMAC, MRI | Symptoms and pain relieved by SVF treatment for up to at least 12 mo; changes in WOMAC scores reached statistical significance in the high- and low-dose groups compared to the placebo group; the improvements were dose dependent |
| NCT02726945 | Knee | |||||
| Lapuente?et al (2020) | SVF | Retrospective study | 50 patients: 28 males, 22 females, age: 50-89 | 12 mo | Lequesne, WOMAC, VAS | All scores improved |
| Knee/100 OA | ||||||
| Tsubosaka?etal(2020) | SVF | Case report | 57 patients: 41 males, 16 females, mean age: 69.4 | 13.7 mo | ROM, WOMAC, VAS, KOOS, MRI | WOMAC, VAS and KOOS improved, while no significant difference in hip-knee-ankle angle, T2 mapping values of lateral femur and tibia improved significantly |
表中的大多數(shù)研究用于膝關(guān)節(jié)OA，大約一半的臨床研究是不受控制的，沒有聯(lián)合治療，只有SVF被用于治療OA。這些研究均未報(bào)告感染、急性疼痛或癌癥等嚴(yán)重不良反應(yīng)，表明SVF治療OA是安全的。
大多數(shù)研究使用來自腹部、臀部和大腿外側(cè)的脂肪組織，體積（對(duì)于一個(gè)膝蓋）在60到215毫升之間；SVF細(xì)胞的數(shù)量從2×106到3×107;?用于關(guān)節(jié)內(nèi)注射的SVF制劑的最終體積從2.5到5mL不等。雖然OA的程度、脂肪組織的體積、SVF細(xì)胞的數(shù)量和活力很難保持一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)有的研究已經(jīng)證明了積極的治療效果，VAS、WOMAC、ROM、MRI、KOOS、Lysholm等評(píng)分改善，患者疼痛減輕，炎癥癥狀減輕。同時(shí)，關(guān)節(jié)功能也得到一定程度的改善。圖1描述了在當(dāng)前臨床環(huán)境中使用SVF治療OA的一般步驟。
值得注意的是，Garza發(fā)現(xiàn)高劑量SVF（3×107）和低劑量SVF（1.5×107）組之間OA患者的最終治療效果存在顯著差異。他們指出，治療6個(gè)月后，兩組的WOMAC評(píng)分變化中位數(shù)分別為83.9%和51.5%。同時(shí)，高劑量組和低劑量組的WOMAC評(píng)分與對(duì)照組差異顯著，表明OA改善程度呈SVF劑量依賴性。
基質(zhì)血管部分在治療骨關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制
當(dāng)機(jī)體受損時(shí)，受損區(qū)域會(huì)產(chǎn)生信號(hào)分子，激活干細(xì)胞的歸巢效應(yīng)，使其遷移至受損部位，發(fā)揮組織修復(fù)作用。然而，軟骨組織缺乏血管。即使是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，也很難遷移到損傷處，因此需要外源性干細(xì)胞注射。將SVF注入患者關(guān)節(jié)腔后，SVF中的ADSCs可通過多種趨化因子受體（如 CXCR4、整合素、選擇素、血管細(xì)胞粘附分子-1）相互作用遷移至損傷區(qū)域。
盡管大量研究表明ADSCs可在體外誘導(dǎo)分化為軟骨細(xì)胞，但尚無足夠證據(jù)證明ADSCs在體內(nèi)可分化為軟骨細(xì)胞以修復(fù)OA治療過程中受損的軟骨組織。
現(xiàn)有證據(jù)表明，脂肪干細(xì)胞治療作用的一個(gè)重要機(jī)制是脂肪干細(xì)胞的滋養(yǎng)作用；它們可以分泌生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，例如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β (TGF-β)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP-2、BMP-4 和 BMP-7）、胰島素樣生長(zhǎng)因子 1 (IGF-1)和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2 (FGF-2)。因此，ADSCs 可能促進(jìn)軟骨形成，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化和遷移，最終促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)。此外，ADSCs可分泌NO、TNF-α、IL等細(xì)胞因子，發(fā)揮調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和抗炎反應(yīng)的作用。同時(shí)，ADSCs可通過表達(dá)抗凋亡蛋白抑制軟骨細(xì)胞凋亡，從而減緩OA的發(fā)生。
許多研究者將PRP聯(lián)合干細(xì)胞用于治療OA并取得了滿意的治療效果。這是因?yàn)镻RP可以釋放多種生長(zhǎng)因子，如血小板衍生生長(zhǎng)因子、TGF、FGF和各種ILs。這些生長(zhǎng)因子不僅可以調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫反應(yīng)，還可以促進(jìn)和增強(qiáng)干細(xì)胞的修復(fù)功能。因此,PRP 可以刺激軟骨細(xì)胞的增殖分化,調(diào)節(jié)內(nèi)源性透明質(zhì)酸的合成,有助于軟骨組織損傷的修復(fù)。
SVF是一種多細(xì)胞成分，除ADSC外，還含有祖細(xì)胞、周細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和各種免疫細(xì)胞。這些細(xì)胞還通過形成微環(huán)境、分泌細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)免疫來幫助促進(jìn)軟骨修復(fù)。
結(jié)論
綜上所述，SVF是一種修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的有效治療方法，尤其對(duì)緩解OA患者的疼痛等癥狀，改善關(guān)節(jié)功能具有重要意義。同時(shí)，SVF在臨床上的治療是非常安全的。相關(guān)機(jī)制研究揭示了SVF及其旁分泌分子在骨關(guān)節(jié)炎治療中的有益作用，它可以介導(dǎo)細(xì)胞間通訊，與細(xì)胞微環(huán)境和多種細(xì)胞類型相互作用，從而引發(fā)適當(dāng)?shù)募?xì)胞反應(yīng)，抑制炎癥，促進(jìn)軟骨修復(fù)和再生和恢復(fù)關(guān)節(jié)穩(wěn)態(tài)以減輕疼痛。然而，多種因素可以改變SVF及其分泌的特性，例如供體的個(gè)體差異和不同的制備標(biāo)準(zhǔn)，這可能會(huì)限制其治療效果。
參考資料：Tang Q, Zhao XS, Guo A, Cui RT, Song HL, Qi ZY, Pan Y, Yang Y, Zhang FF, Jin L. Therapeutic applications of adipose-derived stromal vascular fractions in osteoarthritis. World J Stem Cells. 2022 Oct 26;14(10):744-755. doi: 10.4252/wjsc.v14.i10.744. PMID: 36337155; PMCID: PMC9630988.
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