富血小板血漿軟骨下骨注射治療膝骨關節炎的研究進展

孫巖，魯佳君，張煊，潘曉豪，鄭凌歆，蘇陳穎，金紅婷，童培建，徐濤濤

(1.浙江中醫藥大學第一臨床醫學院，浙江 杭州 310053；2.溫州醫科大學附屬第一醫院，浙江 溫州 325000；3.浙江省中醫院，浙江 杭州 310006)

膝骨關節炎(knee osteoarthritis，KOA)是一種慢性退行性疾病，主要臨床表現為膝關節疼痛和功能障礙。目前尚無明確能夠阻止或逆轉KOA進展的治療方法，臨床上常采用口服非甾體抗炎藥、關節腔內注射皮質類固醇或透明質酸等非手術療法緩解癥狀[1-2]；對于晚期KOA患者，常采用全膝關節置換術進行治療[3]。KOA的病理特征包括關節軟骨變性、軟骨下骨硬化或囊變、關節邊緣骨質增生、滑膜炎性病變、關節囊攣縮、韌帶松弛或攣縮、肌肉萎縮無力等[4]。軟骨下骨和滑膜病變會加速關節軟骨退變，而關節軟骨退變會進一步影響軟骨下骨和滑膜，最終導致關節功能喪失。因此，軟骨下骨病變是KOA發生與發展的關鍵因素之一[5-6]。富血小板血漿(platelet rich plasma，PRP)富含多種活性生長因子，能夠刺激軟骨細胞增殖分化，促進膠原蛋白合成，抑制軟骨炎癥反應，調節受損組織環境，延緩KOA進展。PRP關節腔內注射在臨床上廣泛應用并取得了良好的臨床療效[7-10]。隨著對軟骨下骨研究的不斷深入，采用PRP軟骨下骨注射治療KOA的研究逐漸增多[11-13]。本文對軟骨下骨和PRP進行了概述，并從作用機制和臨床療效2個方面就PRP軟骨下骨注射治療KOA的研究進展進行了綜述。

1 軟骨下骨概述

1.1 軟骨下骨的結構和功能軟骨下骨與關節軟骨形成骨軟骨復合體，對于維持關節的穩定性和功能具有重要作用[14]。軟骨下骨位于軟骨鈣化層下，由鄰近鈣化軟骨的致密皮質骨(軟骨下骨板)和靠近髓腔的松質骨(骨小梁)組成[15]。軟骨下骨板厚度為1～3 mm，具有明顯的孔隙結構，其主要作用是為關節軟骨提供支撐[16]。骨小梁為多孔結構，內含血管、神經和骨髓，能夠調節關節軟骨的營養供給和新陳代謝，且具有減震和支撐作用[17]。軟骨下骨在關節中擔負著重要的生理功能：軟骨下骨及其周圍的肌肉、肌腱等組織能夠承擔膝關節30%～50%的負載，對減輕關節軟骨負載具有重要作用[18]；軟骨下骨和關節軟骨間不斷進行物質交換和信息交流，維持關節軟骨的生理活動[19]。

1.2 軟骨下骨在KOA中的病變特征KOA患者的膝關節軟骨、軟骨下骨及關節周圍的滑膜、韌帶、肌肉等組織均存在不同程度的結構改變。隨著對骨關節炎發病機理研究的不斷深入，軟骨下骨病變在骨關節炎發生和發展過程中的重要作用逐漸引起研究者的重視[20]。但目前關于軟骨下骨病變是關節軟骨退變的誘因還是關節軟骨退變的繼發損傷尚存在爭議[21]。Anderson-Mackenzie等[22]建立了豚鼠自發性KOA模型研究軟骨下骨與關節軟骨的病變發生順序，結果顯示軟骨下骨病變先于關節軟骨病變發生。然而，Stupina等[23]的研究表明關節軟骨病變先于軟骨下骨硬化。

軟骨下骨病變包括微損傷、骨髓水腫及囊腫等。軟骨下骨微損傷包括線性微損傷和彌漫性微損傷2種形式：線性微損傷是指軟骨下骨中存在的短裂紋，其能夠導致骨轉換率升高，進而導致軟骨下骨板增厚、軟骨鈣化及潮線向透明軟骨進展，但同時其也能夠觸發骨修復[24]；彌漫性微損傷是指軟骨下骨中存在大量納米級裂縫，其能夠導致軟骨下骨的機械性能下降，但不會觸發骨修復[25]。軟骨下骨骨髓水腫常發生于軟骨下骨皮質骨和松質骨間的過渡區域，多伴有骨體積增大、骨小梁增粗，與關節疼痛及KOA的發展關系密切[26-28]。軟骨下骨囊腫是指軟骨下骨中的空洞性病變，多由異常機械應力、微裂紋、水腫和局灶性骨吸收等誘導形成[27]。軟骨下骨囊腫會導致患者關節疼痛加劇、骨關節炎進展迅速、關節置換風險增加[29]。軟骨下骨與關節軟骨關系密切，軟骨下骨微損傷、骨髓水腫及囊腫等均能夠導致骨軟骨復合體負荷分布異常，進而引起關節軟骨病變[30]。此外，KOA不同時期軟骨下骨的病變表現亦不同。KOA早期，軟骨下骨骨體積減小、微結構改變，出現局部微循環障礙，易發生應力性骨折及非典型骨髓水腫[31]；KOA中晚期，軟骨下骨骨密度增加、骨量增加，軟骨下骨板硬化、骨髓間隙縮小，局部微循環障礙加劇，骨髓水腫范圍擴大，軟骨下骨囊腫形成[32]。

2 PRP概述

PRP是指將自體外周血通過離心等方法獲得的富含血小板的血漿制品，其血小板濃度是正常血液的3倍以上；PRP注射具有無免疫排異反應、安全性高的特點[33]。PRP中含有的血小板衍生生長因子、血管內皮生長因子等多種生長因子能夠促進Ⅱ型膠原和蛋白多糖生成，進而促進軟骨細胞修復和增殖、抑制軟骨細胞凋亡；纖維蛋白能夠促進軟骨前體細胞粘附、遷移，進而促進軟骨血管區重建及軟骨纖維支架合成，修復軟骨損傷[34-35]。隨著研究的不斷深入，PRP的種類不斷增加，目前常見的有富血小板纖維蛋白、富白細胞、貧白細胞等多種PRP[36]。然而，由于PRP的制備方法、組分標準、分類標準以及使用方法均存在差異，導致PRP治療KOA的臨床研究結果存在一定的差異，臨床數據不能整合處理[37]。因此，應從標準化方面進一步開展PRP治療KOA的臨床研究[38]。

3 PRP軟骨下骨注射治療KOA的臨床研究

關節腔內藥物注射是治療KOA的主要方法之一，目前常用的藥物有皮質類固醇、透明質酸和PRP等。關節腔內長期注射皮質類固醇會導致軟骨代謝失衡及骨質疏松[39]；關節腔內注射透明質酸能夠潤滑關節，緩解疼痛等癥狀，但不能修復軟骨損傷和延緩KOA進展[40-41]。關節腔內注射PRP既能減輕癥狀，又能夠促進關節軟骨修復，在一定程度上能夠遏制KOA進展，但該方法僅能作用于關節軟骨和滑膜，而不能作用于軟骨下骨[35]。軟骨下骨病變是KOA的主要病變特征之一，在KOA的發生和發展過程中起著重要作用。相關研究表明PRP軟骨下骨注射治療KOA在緩解膝關節疼痛、改善膝關節功能方面更具優勢[42]。

3.1 PRP軟骨下骨注射治療KOA的作用機制PRP富含多種生長因子，且能夠較好地在軟骨損傷區域聚集[43]。采用PRP軟骨下骨注射治療KOA，PRP浸潤骨軟骨復合體及間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)，通過抑制炎癥反應、促進組織修復、抑制氧化應激及調控MSC增殖分化等作用機制延緩KOA進展[44]。

3.1.1抑制炎癥反應及促進組織修復 炎癥反應是KOA發生的關鍵因素。Xu等[45]研究表明，PRP中的肝細胞生長因子、胰島素樣生長因子-1能夠抑制滑膜成纖維細胞、軟骨細胞和成骨細胞中的NF-κB信號通路，減少腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β的合成，進而阻斷炎癥反應過程。Anitua等[46]研究表明，PRP中的胰島素樣生長因子-1、血小板衍生生長因子和轉化生長因子-β1能夠調控軟骨和軟骨下骨細胞的代謝，維持蛋白多糖的合成和降解平衡，并能夠刺激軟骨細胞的增殖。Vasina等[47]研究表明，PRP中的多種生長因子及血小板微粒能夠增加M2巨噬細胞的表達，進而促進局部組織修復。PRP能夠通過多種生物途徑發揮抗炎和促進組織修復的作用，進而延緩和治療KOA。

3.1.2抑制氧化應激 PRP能夠激活成骨細胞中的抗氧化反應元件，抑制活性氧，保護細胞免受氧化應激的影響[48]。Liu-Bryan等[49]研究表明，PRP通過抑制氧化應激，減緩軟骨下骨的分解。PRP抑制氧化應激能夠恢復軟骨下骨所在的生物學環境，對軟骨下骨的骨重塑和神經血管生長有促進作用。

3.1.3調控MSC增殖分化 MSC具有分化為骨細胞、軟骨細胞的能力，對于KOA的治療具有重要作用[50]。KOA患者關節中的MSC活性降低，向骨細胞、軟骨細胞分化的能力受到抑制[51]。Everts等[36]研究表明，骨關節炎患者關節滑液中MSC含量增加，且大多數MSC是病態的或衰老的，且滑液中高水平的MSC與骨關節炎的嚴重程度密切相關。Muinos-Lopez等[52]的研究結果表明，軟骨下骨和關節腔內聯合應用PRP可減少KOA患者膝關節滑液中MSC的含量，然而單純關節腔內應用PRP不會引起滑液中MSC含量的變化，提示PRP軟骨下骨注射在調節關節內環境中具有潛在作用。PRP浸潤MSC能夠增強MSC的細胞活性及分化能力，促進其向骨細胞、軟骨細胞分化，進而修復骨軟骨損傷。

3.2 PRP軟骨下骨注射治療KOA的臨床療效目前，PRP軟骨下骨注射治療KOA的臨床研究仍處于起步階段。Sanchez等[53]采用PRP軟骨下骨注射治療KOA，取得良好的治療效果。Lychagin等[54]采用PRP軟骨下骨注射治療17例骨關節炎合并骨髓水腫患者，治療1年后，患者西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數(Western Ontario and McMaster Universities osteoarthritis index，WOMAC)評分和膝關節損傷和骨關節炎結局評分(knee injury and osteoarthritis outcome score，KOOS)均明顯降低，且治療后1～3個月內軟骨低聚基質蛋白血清含量持續升高，且在治療后6個月、12個月軟骨低聚基質蛋白血清含量與治療后3個月相當；提示PRP軟骨下骨注射治療效果持續時間較長，能夠顯著改善患者生活質量。Sanchez等[55]采用關節腔內和軟骨下骨聯合注射PRP的方法治療嚴重KOA患者14例，分別于關節腔內和軟骨下骨注射8 mL和5 mL的PRP，每隔7 d注射1次，連續注射3次，治療后6個月，患者的KOOS和關節滑液中MSC含量均顯著降低。Sanchez等[56]還比較分析了關節腔內和軟骨下骨聯合注射PRP和單純關節腔內注射PRP治療嚴重KOA的臨床療效，結果顯示治療后2個月、6個月、12個月，聯合注射治療組患者WOMAC評分和KOOS顯著高于單純注射治療組，治療后6個月、12個月聯合注射治療組達到最小臨床有意義改善的患者數量顯著多于單純注射治療組。蘇柯等[57]分別采用關節腔內和松質骨內聯合注射PRP(聯合治療組)和單純關節腔內注射PRP(單純治療組)治療KOA，結果顯示2組患者膝關節疼痛緩解、功能改善，治療后12個月聯合治療組患者膝關節疼痛視覺模擬量表評分和WOMAC評分均低于單純治療組。Su等[58]對比了關節腔內和骨內聯合注射PRP、單純關節腔內注射PRP和關節腔內注射透明質酸治療KOA的臨床療效，18個月隨訪結果顯示關節腔內和骨內聯合注射PRP能夠持續改善膝關節功能、緩解膝關節疼痛，提高患者生活質量。PRP軟骨下骨注射治療KOA具有良好的臨床療效，而PRP關節腔內和軟骨下骨聯合注射治療KOA表現出更佳的效果。

4 小 結

KOA作為骨科臨床常見病，目前尚無明確能夠阻止或逆轉其進展的治療方法。PRP內含有豐富的生長因子，在修復軟骨損傷方面具有顯著優勢，且PRP關節腔內注射治療KOA具有良好的臨床療效。軟骨下骨與關節軟骨形成骨軟骨復合體，其病變在KOA的發生發展過程中起著重要作用。PRP軟骨下骨注射能夠通過抑制炎癥反應、促進組織修復、抑制氧化應激及調控MSC增殖分化等作用機制延緩KOA進展。PRP關節腔內和軟骨下骨聯合注射治療KOA的臨床療效顯著優于單純PRP關節腔內注射，且療效持續時間更長。目前，PRP軟骨下骨注射治療KOA的臨床研究尚處于起步階段，但其可能成為未來KOA治療的重要方向。