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【关键词】 干细胞
骨髓间充质干细胞（BMSCs）主要存在于全身结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量最多，胎儿脐血中亦可分离到[1]。它在成体容易分离，体外具有强大的增殖能力和多分化潜能，在不同条件下能向骨、软骨、脂肪、神经、心肌、骨骼肌等多方向分化，因此成为组织工程的种子细胞[2]。进一步研究发现，BMSCs也具有强大的免疫调节和抗炎作用，能通过细胞间相互作用和多种因子的分泌来调节局部环境和活化内源性祖细胞，从而发挥修复受损组织的作用，这些特性使BMSCs成为治疗骨性关节炎理想的种子细胞。本文就过去十几年间BMSCs作为种子细胞通过组织工程和利用其抗炎、抗免疫的特性治疗骨性关节炎的研究进展作一综述。
1 BMSCs的生物学特性
在相差显微镜下观察，BMSCs呈梭形或纺锤形的成纤维细胞状，体积较大，且都能附着在细胞培养甁壁上生长。透射电镜下，大部分细胞表现为椭圆形，核浆比例大，染色质丰富，胞质内细胞器少,相邻细胞间可见缝隙连接。
BMSCs有强大自我更新和增殖能力，在特定诱导条件下可分化成软骨细胞、成骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、心肌细胞、肝细胞、神经元及星形胶质细胞等[3]。FRIEDENSTEIN等[4]首先证实了BMSCs具有分化为骨、软骨、纤维组织的能力。PITTENGER等[5]在含有TGFβ的无血清培养液中，采用离心沉淀式培养法成功诱导BMSCs向软骨细胞分化。YANG等[6]在含体积分数0.10胎牛血清、1 μL地塞米松和5 μL/L胰岛素的培养基中培养BMSCs 2～4周，每3 d换培养液一次，在倒置显微镜下观察到了由BMSCs分化而来的脂肪细胞。刘斌钰等[7]用含10 mmol/L β甘油磷酸钠、10-7 mol/L 地塞米松、50 mg/L维生素C的低糖培养基成功诱导了大鼠BMSCs向成骨细胞分化。TOKALOV等[8]的研究表明，随着年龄的增长，BMSCs的表型和分化潜能不会改变。
2 BMSCs的免疫学特性
BMSCs在体内外都具有强大的免疫抑制和抗炎功能。首先，BMSCs可以逃避宿主的免疫清除。BMSCs在胎儿表达主要组织相容性抗原Ⅰ（MHCⅠ）低，在成人表达一般，不表达MHCⅡ类分子，即使在分化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞后，细胞表面上继续表达MHCⅠ类分子，仍不表达MHCⅡ类分子，甚至在刺激下仍没有免疫原性，但被IFNγ刺激后在细胞表面可以表达为MHCⅡ类分子[9]。这些特性使BMSCs进行异体移植后不产生免疫排斥反应，并且在体内用异体BMSCs移植的细胞疗法和组织工程软骨重建也应该不会引起宿主的免疫反应。其次，BMSCs不仅可以逃避免疫系统的检测和消除，而且可以通过对大多数主要免疫细胞的调节来实现强大的免疫抑制和抗炎功能[10]。在体外，BMSCs可以抑制T细胞增殖和活化，多项研究表明BMSCs和它分化成的软骨细胞、成骨细胞及脂肪细胞一样，也能抑制同种异体淋巴细胞增殖[11]；除此之外，BMSCs也对B细胞[12]、NK细胞及树突状细胞[13]的分化发挥抑制作用。目前虽然对BMSCs的免疫调节机制研究取得了一定的进展，但仍未完全了解。
3 BMSCs治疗骨性关节炎取得的成就
骨性关节炎是临床中常见的疾病，据报道25岁以上的美国人有2 690万人患有此病，老年病人所占比例很高[14]。骨性关节炎的临床表现包括关节疼痛和活动受限，以及周围组织炎症。目前我们还未完全了解骨性关节炎的病因，创伤、年龄、遗传是患该病的危险因素。骨性关节炎是一种退行性疾病，主要导致骨与软骨发生改变。关节软骨受损后再生修复能力有限，目前药物治疗该病效果较差，各种外科治疗如清创、钻孔减压、骨软骨移植、骨膜移植和自体软骨细胞移植术等，虽能暂时缓解疼痛但最终会失败[15]。由于人口老龄化，骨性关节炎病人逐渐增多且无有效的治疗方法，因此需要一种新的有效的软骨修复方法。近年来，随着软骨组织工程研究的兴起，使用BMSCs治疗骨性关节炎成为研究的热点。
MURPHY等[16]的研究用BMSCs移植重建修复山羊骨关节炎模型来强调BMSCs在骨性关节炎治疗中对软骨再生的影响，用内侧半月板和前十字韧带切除单边方法来模拟由外伤引起的骨性关节炎，治疗组将自体BMSCs加入到透明质酸中，然后注射到关节腔，对照组中不加BMSCs，关节腔内只注入透明质酸。结果显示对照组病情继续发展，软骨大面积被侵蚀，有骨赘形成，软骨下骨裸露；在BMSCs治疗组中，内侧半月板显著再生，骨软骨缺损面积减小，但在关节软骨处不能观察到标记的BMSCs，BMSCs主要出现在没有半月板的地方。这些发现表明，BMSCs在关节保护和关节炎早期的有益影响不是由于BMSCs的直接结构重建作用，可能是注入的干细胞诱导内源性祖细胞通过直接和间接作用促进半月板再生，反过来延缓关节软骨的退变。庄超等[17]用BMSCs移植治疗兔早期骨性关节炎模型，实验组于造模后4周关节腔内注入自体BMSCs，对照组关节腔内注入等量生理盐水，分别在术后1、2、3个月行MRI检查。结果显示。实验组兔软骨厚度较同时期对照组兔软骨厚度增加，大体标本观察显示实验组术后1个月软骨受损面积减小，以非负重区显著，术后2个月软骨继续爬行生长充填缺损区，关节软骨水肿减轻，术后3个月见关节软骨表面基本趋于平坦完整，有软骨覆盖，但光泽欠佳，对照组在术后1个月见软骨破坏区出现纤维化，至术后3个月纤维化充填部分软骨缺损区， 关节负重面仍不平整。PONTICIELLO 等[18]将BMSCs在体外经TGFβ3诱导培养21 d，组织学检查显示出现软骨样细胞外基质，然后以可吸收明胶海绵作为支架，移植到兔股骨髁骨软骨缺损处，结果移植物表现出良好的生物相容性，移植部位未出现免疫反应或淋巴细胞浸润。通过对动物骨性关节炎模型的研究，使利用成体BMSCs注射入病人膝关节来修复受损软骨治疗早期骨性关节炎进入临床试验期。WAKITANI等[19]首次报道临床上12例骨性关节炎病人进行高位胫骨截骨术同时以自体BMSCs复合胶原凝胶移植股骨内髁关节软骨缺损处，并覆盖自体骨膜，在术后6周时可观察到缺损处有修复组织形成, 部分组织异染阳性，42周后,可观察到缺损表面有白色的软骨组织, 局部类似透明软骨的组织, 异染均为阳性。
尽管系统或局部使用BMSCs治疗骨性关节炎取得了较大进展，但治疗过程中也面临严峻的挑战，那就是BMSCs移植到关节软骨后没有效果。有研究者将人的BMSCs移植入绵羊子宫内，并对BMSCs的移植、存活和长期的生存情况进行了追踪，发现移植的细胞可以继续存活并在特定部位分化为软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞、心肌细胞和骨髓基质细胞[20]。然而，尽管人的BMSCs可以移植到大多数动物体内不同的组织，但植入到软骨是无效的。另一个研究中，将BMSCs通过尾静脉注射的方式注入被射线辐射后的小鼠体内，在1～5个月期间，发现小鼠的骨、软骨和肺中有供体细胞，但在骨髓和脾脏中没有发现供体细胞。当通过显微解剖方法将软骨细胞从剑突和关节软骨中分离出来，发现由供体细胞分化而来的软骨细胞仅占分离出的软骨细胞的2.5%，虽然含量很低，但同时期内对照组中没被辐射的小鼠中含量更低。在对不同类型的关节炎模型研究中，包括创伤诱导的山羊关节炎模型和胶原诱导的小鼠关节炎模型，没有发现关节软骨中有移植的细胞。研究结果还显示，BMSCs的转运和归巢机制可能是各种因子趋化与受体调节及黏附因子和受体作用的结果，这也是目前研究的热点，将来可能给BMSCs植入关节软骨治疗骨性关节炎的有效性提供更多的理论指导[21]。用BMSCs移植治疗骨性关节炎机制可能是通过BMSCs的营养作用和抗炎、抗免疫的特性来影响局部环境和内源性祖细胞从而修复受损的软骨组织。
4 展望
由于BMSCs通过组织工程能够修复关节软骨缺损，以及最近发现其有营养、抗炎、抗免疫特性，可以以直接细胞疗法治疗骨性关节炎，使其成为研究的热点。虽然应用BMSCs治疗骨性关节炎前景远大，但有很多方面仍需进一步研究，如建立鉴定BMSCs的统一标准，细胞体外分化调控机制，体外诱导分化构建的软骨细胞移植物如何适应关节腔内环境及新生软骨后期是否退变等。相信随着研究的深入，对BMSCs的了解将更为全面和深刻，不久的将来，BMSCs将被广泛应用于骨性关节炎的治疗。
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