间充质干细胞治疗马运动系统疾病研究进展

冯 杰 ， 梁 璐 ， 王 斌 ， 韩忠朝

(1.天津百恩生物科技有限公司 ， 天津 空港经济区 300308 ； 2.国家干细胞工程技术研究中心 ， 天津 滨海 300457)

间充质干细胞治疗马运动系统疾病研究进展

冯 杰1， 梁 璐1， 王 斌1， 韩忠朝2

(1.天津百恩生物科技有限公司 ， 天津 空港经济区 300308 ； 2.国家干细胞工程技术研究中心 ， 天津 滨海 300457)

近几十年来，医学重心正在从修复转移到再生。包括干细胞在内的再生医学已成为医学界最为关注的研究领域之一，在兽医领域，干细胞基础研究和临床研究也有迅猛的发展。其中关于干细胞治疗狗和马的运动系统疾病的研究报道最多。赛马的肌肉骨骼系统特别容易受伤，是其结束运动职业生涯的主要原因。其中关节和肌腱损伤的预后较差，这是再生医学研究的热点。本文综述了近年来间充质干细胞(mesenchymal stem cell, MSC)治疗马的关节和肌腱损伤疾病的治疗方法和存在问题，期望为干细胞治疗此类疾病提供借鉴。

1 MSC治疗马关节炎

退行性关节病(degenerative joint disease，DJD)，又称骨关节炎，主要特点是关节周围组织退化性病变，是马最主要的慢性疾病，严重影响马的运动能力。DJD的传统治疗是在延长休息或限制运动的情况下，应用抗炎药和镇痛药，此外还有一些疾病修饰治疗药物，如氨基葡萄糖、硫酸软骨素和透明质酸等。传统治疗只能减轻疼痛，并不能修复退化损伤的关节。关节置换术可以治疗该疾病，但造价高，推广不普遍。干细胞因其损伤修复能力和简单的治疗方法，受到了越来越多的关注。

多篇研究报道表明，对健康马进行单次关节腔注射同种异体MSC或自体MSC是安全的，不会引起全身反应，只有滑膜液会有短暂的炎症反应[1-3]。多个供者混合的异体MSC多次关节内注射是安全的，反复注射不会引起超敏反应，只有短暂的滑膜炎症，症状会逐渐缓解恢复正常[4]。另外对炎症的关节注射同种异体MSC有轻微的自限性的炎症[5]。但也有报道骨髓间充质干细胞(Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells，BMMSC)治疗可以减少滑膜积液产生，降低PGE2浓度，治疗后观察70 d没有观察到副作用[6]。总体而言异体细胞治疗是安全的。

已有的动物实验和临床研究证实，MSC治疗马关节炎是有效的。间充质干细胞治疗马关节炎的详细研究方案和治疗结果见表1。Spaas等[7]报告了一个慢性DJD导致的严重的单侧前肢跛行马的病例，该马患病1年，期间经过传统治疗(限制运动，口服非甾体抗炎药，关节内注射甾体抗炎药和透明质酸)无效，经过两次自体外周血MSC关节内注射治疗后，该病马一年内没有复发跛行，并且恢复参加比赛。Ferris等[8]对33例膝关节损伤的马进行了骨髓MSC的关节内注射。细胞治疗后恢复工作的百分比(75%)比单纯手术恢复的 (60%～63%)要高，且具有统计学差异。临床研究证明，细胞治疗关节损伤是安全有效的，与传统方法比较能够提高治疗后的恢复能力。

软骨退化病变是关节炎的主要病理变化。MSC可以治疗软骨缺损，能增加蛋白多糖含量和提高组织硬度，从而提高软骨修复的质量[9]。通过关节腔注射自体骨髓MSC治疗关节炎后，观察到细胞定植在软骨组织的表面和内部，并且注射后6个月仍能检测到GFP标记的MSC[10]。定向诱导分化为软骨细胞的MSC可以更好的治疗关节炎。Broeckx等[11]在轻至中度马DJD病例中进行了不同细胞的比较试验，试验结果表明，异体外周血MSC和富血小板血浆(Platelet rich plasma，PRP)治疗可以改善关节炎，且联合治疗效果更好，治疗效果可以持续1年。

2 MSC治疗马肌腱炎

肌腱病在人类和马中都是常见疾病，其中发病率最高的是浅屈肌腱炎(Superficial Digital Flexor Tendon，SDFT)。肌腱受伤后，愈合过程缓慢，而且肌腱的愈合是通过纤维化瘢痕形成而不是再生，导致愈合的肌腱机械强度低，运动性能差，并且发生再损伤的几率很高[12]。而MSC治疗是通过促进肌腱再生来促进肌腱修复。

表1 间充质干细胞治疗马关节炎的研究

LRS：lactated ringer′s solution,乳酸林格氏液液 ； HA：sodium hyaluronate，透明质酸钠

目前临床上自体MSC[13-17]和异体MSC[18-19]治疗肌腱炎均有报道，已有的研究统计见表2。细胞来源主要是骨髓MSC[13，15-16，20-21]和脂肪MSC[14，18，22]，此外还有外周血MSC[17]和脐带血MSC[19]。MSC治疗肌腱损伤是通过改善肌腱结构来实现肌腱修复的。MSC治疗后肌腱软骨低聚基质蛋白(Cartilage oligomeric matrix protein，COMP)的表达升高，肌腱结构改善[14]。

赛马的SDFT治疗是具有挑战性的，无复发的重返赛场是对肌腱功能恢复的一个重大考验。Smith[15]总结了自体骨髓MSC治疗中度至重度急性SDFT损伤的病例，共168匹赛马进行了自体MSC治疗，返回赛场后再损伤的概率仅18%，而传统治疗后有56%的赛马发生了再次损伤。研究人员对不完全损伤的肌腱进行自体骨髓MSC注射，实验组的11匹赛马中，9匹恢复赛马能力，并且在两年内没有复发，超声扫描显示，肌腱纤维形成了正确的导向，而且无异位骨沉积发生。而对照组的所有15匹赛马在平均7个月的时间内均发生了复发，超声扫描显示肌腱有纤维化形成[13]。

干细胞对于传统方法治疗无效的SDFT具有很好的治疗效果。对3例传统方法治疗无效的SDFT赛马(10～20岁)进行自体外周血干细胞治疗，4～5个月之后进行超声波检查发现损伤的肌腱已完全恢复，3年之内没有发生再损伤。而接受传统治疗的3匹赛马，肌腱处出现纤维化，在恢复后3～6个月内都出现了再损伤[17]。

异体脂肪MSC可以与自体PRP联合应用治疗肌腱损伤。研究者使用葡萄糖酸钙形成血小板凝胶作为3D生物支架，将MSC和PRP均匀的分布在3D支架网络内，将其完全填充在损伤部位，通过此方法治疗，87.5%(14/16)的马匹恢复正常[18]。

3 干细胞临床研究与应用的现状

在临床研究和应用方面欧美起步较早，最早从2004年便开始了细胞治疗在马兽医中的临床研究。美国的VetStem Biopharma公司早在2004年就开始应用脂肪MSC治疗马的肌腱损伤，到2010年累计治疗的马匹达到4 000匹。美国的Equine Partners America LLC公司，从2010年起利用BM-MSCs或者含血小板和少量干细胞的骨髓浓缩物(Bone Marrow Aspirate Concentrate，BMAC)治疗马的肌腱、韧带和软组织损伤[23]。牙周韧带干细胞(periodontal ligament stem cells，PDLSCs) 比牙龈组织来源的MSC(gingival mesenchymal stem cells，GMSC)和BMMSC有更好的成肌腱能力，将细胞装载在结合了TGF-β3的RGD三肽的海藻酸钠微球里，能明显的促进肌腱再生，是干细胞与组织工程材料结合的典型案例[24]。已报道用于马的运动系统疾病临床治疗研究的MSC主要来源于骨髓和脂肪。脂肪来源的MSC通常采自尾根部的脂肪组织，获得容易，创伤小，体外处理时间短(48 h)，商业化比较成熟，临床应用广泛[25]。骨髓来源的MSC主要采自胸骨和髂骨，创伤大，体外处理时间长(2～3周)[26-27]。如何开发更好的MSC来源，以及如何更有效的输送MSC进入损伤部位发挥作用，是未来的一个发展方向。

表2 MSC治疗马肌腱炎研究统计

BMMNC:Bone Marrow Mononucleated Cells，骨髓单个核细胞 ； SL:悬韧带韧带炎 ； DDFT:深屈肌腱鞘炎 ； ICL:下韧带韧带炎 ； BA:生物化学分析 ； CE:临床检查 ； H:组织病理学检查 ； IHC:免疫组织化学检查 ； MT:机械测试 ； N/A: not applicable ； NI:not included,无 ； PCR:聚合酶链反应 ； S:闪烁扫描法 ； U:超声波检查

4 存在问题及展望

人们对MSC促进肌腱修复的机制了解较少。自然愈合是形成瘢痕组织，而MSC治疗是通过促进基质再生，通过诱导基质重塑成正常肌腱来进行肌腱修复的[28]。但具体MSC如何有效的修复肌腱仍需要更加深入的研究。

研究者普遍认为，MSC治疗不会出现非预期分化，但也有少数报道发现异位骨的形成。Awad[29]等研究发现用于兔子肌腱修复的MSC-胶原蛋白移植物，28%会在再生部位形成异位骨组织。作者认为，导致异位骨形成的原因，一方面是兔子MSC的纯度不够。兔子MSC中可能混合了成骨祖细胞，在周围骨环境的成骨诱导因子作用下，就形成了异位骨组织。另一方面，MSC细胞介导的胶原凝胶收缩，可能促进了骨形成。由此可见，干细胞的质量控制对治疗的效果和安全性至关重要，需要有严格的质量标准和科学的治疗方案。确立科学的治疗方案和最佳的治疗方式需要更多的临床研究和病例积累。

近年来，中国现代化马场越来越多，人们对马和赛马的关注日益增加，全国各地的马术赛马运动蓬勃发展，马匹的驯养与医疗越来越受到重视。细胞治疗为马的运动系统疾病带来了新的治疗策略，能够更加有效的治疗马匹的运动损伤，延长马匹的竞赛年限，提高其竞技能力。

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S859.79+7

A

0529-6005(2017)08-0053-04

2017-04-18

冯杰(1982-)，女，硕士，主要从事间充质干细胞研究，E-mail:fengjie2891@126.com

韩忠朝 E-mail:hanzhongchao@hotmail.com