人臍帶血間充質干細胞治療膝關節(jié)小范圍軟骨缺損療效研究

孫 月，沈 陽，劉 銘，劉松波，趙 根,3, 劉欣偉

北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 1.醫(yī)學信息數據室；2.骨科 全軍重癥戰(zhàn)創(chuàng)傷救治中心,遼寧 沈陽 110016；3.大連醫(yī)科大學北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院研究生聯合培養(yǎng)基地，遼寧 沈陽 110016

膝關節(jié)是人體較大的承重關節(jié)，大量的膝關節(jié)扭轉或旋轉活動會加大膝關節(jié)損傷發(fā)生率[1]。膝關節(jié)軟骨損傷較常見，可單獨發(fā)生，亦可與半月板、前交叉韌帶損傷同時發(fā)生。有研究顯示，軟骨損傷直徑<3 mm時，能自行修復，否則不能自行修復成功，需接受治療，如未得到有效治療，極易并發(fā)膝關節(jié)炎，甚至不同程度的軟骨缺損[2]。軟骨缺損癥狀包括腫痛、甚至活動受限，嚴重患者的日常生活。有研究顯示，全球60歲以上人群中，男性發(fā)生膝關節(jié)軟骨損傷概率約10%，女性約為18%，約80%患者因關節(jié)炎而活動受限，其中25%可導致殘疾[3]。膝關節(jié)軟骨損傷后，往往先行3～6個月的保守治療，如果非手術治療失敗，手術治療效果很大程度上取決于軟骨缺損的大小和位置。關節(jié)鏡下微骨折技術是一種骨髓刺激技術，其目的是破壞軟骨下骨，促進干細胞、生長因子等從骨髓中流出，形成纖維蛋白凝塊，最終重塑成纖維軟骨，以填充缺損，具有創(chuàng)傷輕、技術要求低、手術成本低、手術安全性高、術后恢復快等優(yōu)點，目前已成為治療關節(jié)軟骨損傷的重要方法[4]。有研究顯示[5]，行膝關節(jié)微骨折術后，疼痛緩解率高達90%，但有研究表明，微骨折可能僅在短期內延緩軟骨退變[6]。近年來，干細胞研究的進展為軟骨缺損的治療提供了新思路,對于小范圍軟骨缺損是否有更好的治療方法，本研究旨在探討膝關節(jié)腔內注射人臍帶血間充質干細胞(umbilical cord mesenchymal stem cells，UC-MSCs)治療膝關節(jié)小范圍軟骨缺損的臨床療效和安全性?，F報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取自2020年8月至2021年1月收治的31例膝關節(jié)軟骨損傷患者為研究對象。根據隨機數字表法將患者分為微骨折術組(A組，n=10)、UC-MSCs注射組(B組，n=10)和微骨折術聯合UC-MSCs注射組(C組，n=11)。A組：男性7例，女性3例；年齡范圍25～36歲，年齡(30.00±3.30)歲；體質量指數(20.26±1.20)kg/m2；左膝5例，右膝5例。B組：男性8例，女性2例；年齡范圍27～36歲，年齡(30.50±3.00)歲；體質量指數(20.03±1.20)kg/m2；左膝3例，右膝7例；C組：男性9例，女性2例；年齡范圍25～37歲，年齡(29.00±3.30)歲 ；體質量指數(20.25±1.20)kg/m2；左膝4例，右膝7例。3組患者在性別、年齡、患側、體質量指數等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性。納入標準：(1)診斷為膝關節(jié)軟骨缺損，體格檢查顯示關節(jié)間隙有不同程度的壓痛；(2)膝關節(jié)Outerbridge分類[7]Ⅲ級及以下，且缺損面積≤2 cm2；(3)X線檢查顯示膝外翻角正常，年齡≥18歲；(4)保守治療效果不佳者。排除標準：(1)體質量指數≥24 kg/m2[8]；(2)站立位時，明顯對位不良，患肢內翻或外翻角度>正常值5°[9]；(3)合并膝關節(jié)感染、半月板或交叉韌帶損傷、其他系統(tǒng)性疾病導致的軟骨缺損等；(4)未能成功完成術后隨訪、精神障礙、溝通障礙或認知障礙。本研究經醫(yī)院倫理委員會審批通過，所有患者或家屬均簽署知情同意書。

1.2 研究方法 A組：患者麻醉成功后，取仰臥位，常規(guī)患肢消毒、鋪單，連接器械?；贾P節(jié)腔內注入生理鹽水約60 ml擴張關節(jié)囊，在脛骨平臺內側和外側約0.5 cm處的髕韌帶左右兩側作4 mm縱行切口，插入關節(jié)鏡，常規(guī)探查膝關節(jié)腔。徹底清除軟骨碎片、顆粒以及關節(jié)腔中的游離體和增生的滑膜組織，并對軟骨缺損邊緣進行適當修飾。軟骨缺損用45°角錐子鉆孔，深度5 mm，孔間距3 mm，孔直徑4 mm。灌注結束時，骨髓應從鉆孔部位漏出。從關節(jié)中抽出液體，等待傷口泄漏的骨髓形成血塊。軟骨缺損應徹底填充，否則，應再次進行鉆孔。從關節(jié)腔排出生理鹽水，不使用關節(jié)內引流管，術畢。B組患者在接受關節(jié)鏡探查、清理的1個月后于第1、4周向膝關節(jié)腔內注射UC-MSCs。取仰臥位，消毒，鋪巾，抽取2%利多卡因5 ml，于膝關節(jié)髕骨外上方及小腿近端作局部浸潤麻醉后，于髕骨外上方進針穿刺入膝關節(jié)腔，注入UC-MSCs 2.5 ml(約2×107個)。無菌敷料覆蓋加壓包扎，術畢。第2次同等劑量于接受關節(jié)鏡探查、清理的1個月后的第4周復注1次。C組患者在接受微骨折術后1個月后的第1、4周向膝關節(jié)腔內注射UC-MSCs，操作同B組。

1.3 觀察指標 3組患者均在接受治療后的3、6、12個月進行門診隨訪。記錄各病例術后Tegner評分和Lysholm評分變化，觀察切口愈合情況，有無出現術后感染等并發(fā)癥。

1.4 療效判定標準 對膝關節(jié)軟骨損傷采用膝關節(jié)Outerbridge分類[7]，因此本研究納入的患者均需接受關節(jié)鏡檢查。Tegner功能評分[10]用于評估患者膝關節(jié)運動功能，總共分為10個等級，滿分10分，評分越高，功能恢復越好。Lysholm評分[11]主要通過疼痛程度，是否有跛行、腫脹、交鎖等指標評價患者的膝關節(jié)恢復情況，評分越高，膝關節(jié)功能恢復越好。

2 結果

2.1 3組患者的Lysholm評分比較 治療后，3組患者的Lysholm評分均有所提高，各隨訪節(jié)點Lysholm評分較前一次隨訪均有提高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。治療前及接受治療后3個月，3組患者的Lysholm評分組間比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；治療后6、12個月，B、C組患者的Lysholm評分均高于A組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；B、C兩組各隨訪時間點Lysholm評分比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 3組患者治療后Lysholm評分比較評分/分)

2.2 3組患者的Tegner評分比較 治療后，3組患者的Tegner評分均有所提高，各隨訪節(jié)點Tegner評分較前一次隨訪均有提高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。治療前及接受治療后3個月，3組患者的Tegner評分比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；治療后6、12個月，B、C組患者的Tegner評分高于A組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；B、C兩組各隨訪時間點Tegner評分比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 3組患者治療前后膝Tegner評分比較分析評分/分)

2.3 傷口愈合及并發(fā)癥發(fā)生情況 B、C組各有2例患者在接受UC-MSCs注射治療后，膝關節(jié)出現局部發(fā)熱、腫脹，予以外敷冰袋對癥處理，1周后癥狀均消失，其余患者均未見明顯異常，切口愈合良好，無感染及靜脈血栓等并發(fā)癥發(fā)生。

3 討論

膝關節(jié)軟骨損傷極易繼發(fā)膝關節(jié)炎，導致關節(jié)腫痛、活動受限甚至出現關節(jié)畸形等。關節(jié)軟骨損傷的治療是一項艱巨的任務，軟骨細胞沒有血液、淋巴管和神經的直接供應，其營養(yǎng)依賴于周圍組織的擴散[12]。有研究發(fā)現，軟骨組織可大致分成三種類型：關節(jié)軟骨(又稱透明軟骨，覆蓋在關節(jié)表面)，纖維軟骨(如半月板，椎間盤)及彈性軟骨(如外耳廓)。其中，透明軟骨由于血供營養(yǎng)極差且受自身細胞特性等影響，其本身幾乎不可再生，導致其創(chuàng)傷后不可逆改變，而纖維軟骨則是當前修復過程中的主要組織來源，微骨折術則正是通過在缺損處形成纖維軟骨來實現膝關節(jié)功能恢復。

目前普遍認為，非手術治療失敗的有癥狀小病灶(損傷面積≤2 cm2)患者可接受微骨折術、軟骨成形術或自體軟骨移植治療。有研究顯示，微骨折術治療軟骨缺損方面是有效的，軟骨下行微骨折術后，松質骨的間充質干細胞受到刺激而增殖，并隨著血液沿著孔隙流動，軟骨溢出物變成纖維凝塊，而分化的間充質干細胞繼續(xù)增殖并分化成具有軟骨細胞形態(tài)特征細胞，從而實現軟骨缺損的修復[13-14]。但有研究顯示，微骨折術后約2年，膝關節(jié)功能開始惡化，有超過60%患者出現骨過度生長，動物研究顯示微骨折后軟骨下骨密度降低[15]。自體骨軟骨移植移植物本身提供了一個透明的軟骨表面，利用患者的天然軟骨可以提高愈合潛力,局限性是很難將供者軟骨與病變的輪廓相匹配[16]。

近年來，干細胞用于軟骨修復成為研究熱點，干細胞家族一個重要成員-間充質干細胞(mesenchymal stem cell,MSC)起源于中胚層，其不僅具有多向分化潛能，還能支持造血和促進造血干細胞植入，并參與免疫調節(jié)，越來越受到廣泛關注[17-18]。目前，干細胞注射在臨床上主要用于對面積>2 cm2軟骨缺損的研究，對于≤2 cm2軟骨缺損更多采用微骨折術，雖然在既往的研究中，微骨折術表現出較好的療效，但對于小范圍軟骨缺損是否有更好的治療方法，目前研究甚少。本研究發(fā)現臍帶血干細胞注射治療膝關節(jié)軟骨損傷，經過近12個月的隨訪，獲得了較佳療效。在選取的3組患者中，各組患者膝關節(jié)Lysholm和Tegner評分在接受治療前無明顯差異，在接受治療后的隨訪中，Lysholm評分和Tegner評分均顯示，B、C兩組在隨訪的6、12個月評分高于A組，顯示出更佳療效。但B、C兩組在各個時間段的隨訪中，Lysholm評分和Tegner評分比較，差異無統(tǒng)計學意義，療效相似。在兩種膝關節(jié)評分中，前3個月組間比較，差異無統(tǒng)計學意義，可能原因是UC-MSCs分化、成熟和微骨折術缺損池內纖維軟骨爬行需要一定時間，導致病例在接受治療后的一段時間內，膝關節(jié)功能評分比較，差異無統(tǒng)計學意義。但本研究亦存在一定的局限性：(1)本研究納入的樣本數較少，只有31例，若在以后研究中擴大樣本數，延長隨訪時間，將使本研究結論具有更高可信度；(2)未設置空白對照組，忽略了自然病程對研究的干擾；(3)干細胞治療價格昂貴，作為異體移植物，其免疫排斥等不良反應尚不完全清楚。

綜上所述，小范圍軟骨缺損行微骨折術可獲得一定療效，與治療費用高昂的干細胞注射相比較，微骨折術仍有其獨特優(yōu)勢，單純UC-MSCs注射或微骨折術聯合UC-MSCs注射在膝關節(jié)小范圍軟骨缺損的短期隨訪中，相較于單純微骨折術可獲得更滿意療效。從單純膝功能評分角度來看，對于小范圍軟骨缺損，單純UC-MSCs注射即可獲得與微骨折術聯合UC-MSCs注射相同療效，因此在膝關節(jié)腔注射臍帶血干細胞前提下，可不必行微骨折術。