王乃会
（广东先康达生物科技有限公司 广东东莞 523808 ）
【摘要】 骨关节炎( OA )是一种难治性疾病，随着再生医学的发展，间充质干细胞( MSC )在治疗OA方面取得了进展，但目前对其治疗的作用机制并未完全阐明。为促进MSC在治疗OA临床研究与应用方面的开展，本文对MSC治疗OA的作用机制作一综述，主要集中在以下四个方面：软骨修复与再生、免疫调节与抗炎、抑制基质金属蛋白酶表达、调节信号通路。
【关键词】 间充质干细胞；骨关节炎；作用机制；软骨；免疫调节
【Abstract】
【Key word】
0 引言
骨关节炎( osteoarthritis，OA )是临床上最常见的一种慢性关节炎，随着年龄的增长患病率逐渐增加[1]。据国外流行病学统计OA患病率在50岁到60岁的人群中已达50%，75岁以上的老年人患病率高达80%[2]。我国60岁以上的人群OA发病率约为60%[3]。据世界卫生组织预测，我国将成为世界OA患病人数最多的国家[4]。随年龄增长，OA呈进行性发展，最终引起关节疼痛、僵硬、失用等行为功能障碍[5-6]。OA晚期致残率可高达53%，严重影响中老年人群的身体健康和生活质量[2]。因此，世界卫生组织将OA与心血管疾病及癌症并列为威胁人类健康的“三大杀手”[7]。
迄今为止，临床实践中尚没有能够有效治疗OA的治疗手段[8]。不过，随着间充质干细胞( mesenchymal stem cells，MSC )近年来被广泛应用于再生医学领域，MSC在治疗OA方面也取得一定进展。但MSC治疗OA的作用机制目前尚未完全阐释清楚，而弄清楚MSC治疗OA的作用机制对其临床研究与应用具有重要的意义。故本文尝试对MSC治疗OA的作用机制研究进展作一综述。
1 软骨修复与再生
软骨细胞是关节软骨中唯一的细胞，关节软骨的稳定依赖于软骨细胞，而软骨细胞又可以维持细胞外基质的平衡，因此，损害软骨细胞的功能和存活将会导致关节软骨的损害。软骨细胞凋亡是关节软骨退行性改变的病理因素之一[9]。
MSC具有归巢性，当组织器官损伤后，会释放多种生物活性因子，引导移植到患者体内的外源MSC向损伤部位迁移[10-11]。MSC具有自我更新增殖能力和多向分化潜能，在关节组织内同时具有成骨和成软骨特性，它能在体内微环境作用下主动迁移至关节受损部位进行软骨组织修复重建。
Park等报道，骨髓MSC可以向受损的软骨组织发生迁移，进而分化成软骨细胞修复缺损的软骨[12]。Emadedin等通过临床试验，对6例OA患者进行关节内注射MSC，注射后6个月磁共振成像( MRI )显示软骨厚度较注射前增加，软骨下骨水肿有所减轻[13]。
越来越多的研究将MSC的治疗作用归因于其旁分泌机制所分泌的细胞外囊泡( EVs )，并且外泌体( EX )在介导组织修复中起主要作用。Liu等发现在小鼠OA模型中，MSC来源的外泌体( MSC- EX )通过lncRNA-KLF3-AS1/miR-206/GIT1轴促进OA中软骨细胞的增殖并抑制其凋亡[14]。Tao等的研究发现，源自miR-140-5p过表达人滑膜MSC-EX促进软骨组织再生，并防止大鼠模型OA的发生[15]。
2 免疫调节与抗炎
免疫反应是OA致病因素之一。参与免疫反应的主要免疫细胞有T细胞、B细胞、巨噬细胞，在关节中多种细胞因子作用下，免疫反应系统进一步活化，免疫反应更为强烈，从而加剧关节软骨病变，加重损伤。损伤加重，更多的关节软骨组织及细胞都呈现于免疫反应系统当中，形成恶性循环，导致OA发生并不断加剧。而越来越多的研究也表明，炎症是OA的发生与进展中不容忽视的一个重要因素[16]。长期反复损伤的关节软骨可引起软骨细胞及基质分解代谢产物，这些分解代谢产物激活巨噬细胞和其他先天性免疫细胞释放炎性细胞因子，从而导致软骨细胞损伤、细胞功能异常改变[17]。
MSC具有较强的调节免疫反应功能，它可通过调节先天和适应性免疫系统，来实现其免疫调节作用。Glenn等报道，MSC能抑制NK细胞的增殖和分化，并减少NK细胞的激活受体( 如2B4、NKG2D )的表达，也减少了促炎细胞因子的产生[18]。Abomaray等研究证明，MSC在多个水平上调节树突状细胞，主要通过影响树突状细胞的表型、细胞因子释放、分化和成熟并减弱其抗原呈递能力[19]。Lo Sicco等以及Cho等报道，MSC具有拮抗促炎M1巨噬细胞和促进抗炎M2巨噬细胞极化的作用，其中M2巨噬细胞促进抗炎因子IL-10的产生和降低促炎因子IL-12和TNF-α的表达[20- 21]。
在体外培养体系中，MSC与外周血单个核细胞接触或非接触培养，均能明显抑制刺激后的T细胞和B细胞增殖[22]。Lo Monaco等研究证明，骨髓MSC已被证明可以抑制T细胞增殖，并诱导T细胞凋亡，且由此产生的碎片还刺激吞噬细胞产生TGF-β，增加了调节性T细胞的数量[23]。Glenn等的研究表明，MSC在体外共培养B细胞期间减少了IgG、IgM和IgA的产生，并且MSC还抑制了B细胞上的趋化因子受体表达[18]。
许多研究报道，MSC具有免疫调节及抗炎功能，主要通过旁分泌机制所分泌的EVs发挥作用[24]。据报道，脂肪MSC-EX对T细胞的增殖、分化和活化具有抑制作用[25]。Miguel 等[26]仍用脂肪MSC-EX进行研究，研究发现在IL-1β刺激的OA软骨细胞中，脂肪MSCs-EX 减少了炎症介质( IL-6、TNF-α、前列腺素E2、NO等 )的产生。IL-1β对抗炎因子IL-10有抑制作用，脂肪MSC-EX能够抵消其抑制作用，并显示出对IL-10的表达有一定的增强作用[26]。
3 抑制基质金属蛋白酶表达
研究表明，OA关节软骨中的基质金属蛋白酶( MMP )合成增加，基质金属蛋白酶组织抑制剂( TIMP )合成减少，导致软骨细胞外基质的合成与降解失衡[27]。MMP-13是MMP中最重要的一种，是靶向降解软骨的主要酶[28]。在OA的病理过程中，关节软骨细胞和滑膜细胞会分泌过量的MMP，致使MMP-TIMP失衡，导致关节软骨细胞外基质过度降解，使关节软骨逐步出现糜烂、溃疡、缺失[29]。
在周月的研究中，大鼠膝关节免疫组化结果显示，脐带MSC给药能够抑制MMP-13的表达，恢复MMP-13 /TIMP-1的比值水平，增加II型胶原的表达[30]。脐带MSC能够显著性抑制IL-1β和IL-6的水平，进而恢复MMP-13/TIMP-1的比值水平。提示脐带MSC关节腔注射可以有效抑制体内炎性因子的表达，恢复MMP/ TIMP平衡，并且能够促进II型胶原的形成，重塑细胞外基质，促进关节软骨的再生。
4 调节信号通路
信号通路是指以细胞内外传递信息为作用参与细胞反应的特殊酶类，多由蛋白激酶与磷酸酶组成，以快速改变对应蛋白的构象完成信息的传递。相关信号通路在调控软骨细胞代谢机制中发挥关键作用。
MSC-EX含有大量的miRNAs，可调节多种重要的信号传导通路，主要包括有SMAD、AKT、ERK等通路[31]。miR-125b和miR-320可通过下调ADAMT而减轻OA的进展[32-33]。还有研究表明miR-23b是人MSC向软骨细胞分化的介质，miR-221和miR-92a可能有助于调节软骨细胞增殖和分化[34]。Jiang等研究发现，TGF-β1通过调节ERK/JNK信号通路参与维生素D诱导骨髓MSC的增殖和迁移，并在骨髓MSC向软骨分化中发挥潜在作用[35]。
5 结语
治疗OA，MSC具有很大的潜力。对于其治疗的作用机制，目前文献的讨论主要集中在四个方面：MSC归巢到关节损伤处，分化成软骨细胞，促进软骨的修复与再生；免疫调节，抑制抗炎；抑制基质金属蛋白酶表达，阻止软骨降解；调节信号通路，调节软骨细胞增殖和分化。对于前面的两个作用机制，目前的研究已经比较充分，而对于后面的两个作用机制，目前的研究还不够充分，缺乏足够的证据支持，尚需深入研究。
此外，本文未涉及的一些作用机制，如：抑制成纤维细胞样滑膜细胞与破骨细胞的活性，降低趋化因子的浓度，细胞因子的影响，诱导抗原特异性细胞的产生等，也需要开展深入的研究。
总之，MSC治疗OA的作用机制，目前尚未完全阐释清楚。为了促进MSC在治疗OA临床上的应用，我们还需要对其作用机制进行全面深入的研究。
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作者姓名：王乃会 籍贯:山东菏泽 学历：本科 出生年月:1985年6月 职称：无