富血小板血浆治疗膝骨性关节炎的研究进展
2019-04-10庞成龙颜世昌陈晖
庞成龙 颜世昌 陈晖
膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是骨科常见的疾病之一。KOA的主要病理改变是关节软骨的进行性破坏,本质为软骨基质的合成与分解代谢失衡,临床表现为进行性的膝关节疼痛、肿胀、僵硬及活动受限[1]。目前临床上对于早中期KOA的治疗方法主要有口服非甾体抗炎药(Non⁃ste⁃roidal anti⁃inflammatory drugs,NASIDs),关节内注射透明质酸(hyaluronic acid,HA)、臭氧和激素类药物等。但这些方法只能暂时缓解病人的疼痛,并不能延缓KOA的进展[2]。
富血小板血浆(platelet⁃rich plasma,PRP)是外周血多次离心后的血小板浓缩物,可释放多种活性物质,包括多种细胞因子、趋化因子、生长因子,而且PRP具有制作简便、使用方便、低成本等优点,现已成为骨关节炎治疗的新热点。众多研究者发现PRP释放的生长因子等活性物质具有促进细胞增殖、胶原合成及炎性趋化作用[3]。多数研究表明,相对于传统的关节腔内注射HA和口服镇痛药物等治疗,关节内注射PRP可有效改善KOA病人的临床症状,但是关于PRP的作用时间、使用剂量和注射次数尚无统一标准,而且少数研究结果表明PRP和其他治疗方法相比,并未显出更好的临床效果。本文通过回顾目前关于PRP治疗KOA的相关研究,对PRP治疗KOA的相关问题作一综述,为临床应用PRP治疗KOA提供参考和依据。
一、文献检索策略
计算机检索英文数据库 PubMed、Embase、Cochrane li⁃brary、Web of Science,以及中文数据库中国知网、万方数据库、维普数据库和中国生物医学文献数据库。英文检索词主要包括:“Osteoarthritides”、“Osteoarthrosis”、“Osteoarthroses”、“Osteoarthritis”、“Arthritis,Degenerative”、“Degenerative Ar⁃thritides”、“Degenerative Arthritis”、“Arthritides,Degenera⁃tive”、“Osteoarthrosis Deformans”、“Platelet⁃Rich Plasma”,“Plasma,Platelet⁃Rich”、“Platelet Rich Plasma”、“PRP”;中文检索词主要包括“骨关节炎”、“骨性关节炎”、“退行性关节炎”、“退变性关节炎”、“退化性关节炎”、“骨关节病”、“富血小板血浆”、“PRP”、“血小板”、“血浆”、“生长因子”。检索时间截至2018年。
文献纳入标准:①文献类型为已发表的期刊文献;②研究内容与PRP和KOA密切相关。排除标准:①文献质量偏低;②无法获得全文或重复发表的文献;③非中英文文献。
通过检索共获得文献707篇,经过剔重、初筛和复筛,最终纳入47篇文献。文献纳入过程见图1。
二、PRP生物学特性和作用机制研究
正常血液中血小板的含量为100×109/L~300×109/L,离心后的PRP血小板浓度为1 000×109/L,所含的生长因子浓度增加3~5倍[4]。Kingsley[5]在20世纪50年代第一次报道了PRP的制备工作。首先从病人体内提取静脉血液,然后将其从红细胞和血浆中分离出来,最后将自体的PRP注入到受影响的关节中。PRP注入关节腔后会释放转化生长因子β(trans⁃forming growth factor β,TGF⁃β)、血小板衍生生长因子(plate⁃let⁃derived growthfactor,PDGF)、血管内皮生长因子(vascular endo⁃thelial growth factor,VEGF)、肝细胞生长因子(hepato⁃cyte growth factor,HGF)、表皮生长因子(epidermal growth fac⁃tor,EGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowth factor,FGF)和胰岛素样生长因子(insulin⁃like growth factor,IGF)等[6]。这些生长因子与软骨修复密切相关,如TGF⁃β可促进软骨细胞外基质蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的生成,同时抑制软骨细胞的分解代谢[7];PDGF可调节胶原、蛋白多糖的分泌和合成,促进软骨细胞的增殖[8];VEGF可调节血管的生成,促进慢性损伤修复和软骨内成骨[9];HGF可以通过激活B细胞的核转录因子kappa-轻型链增强子(NF⁃κB)和白细胞介素1(IL⁃1)抑制软骨细胞的炎症反应[10]。EGF可通过与受体结合导致受体二聚体化和酪氨酸残基磷酸化,启动下游信号传导通路,从而发挥促细胞增殖、促细胞迁移、促细胞周期分化及促组织损伤修复的功能[11]。FGF是一种分泌型的信号蛋白,在细胞增殖、分化和伤口愈合中起着重要作用[12]。IGF是一类多功能的细胞因子,可调节蛋白质和糖原的合成与分解,参与细胞的增殖、分化及凋亡过程,通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen⁃activated protein kinase,MAPK)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信号通路促进软骨细胞增殖[13]。PRP也可以抑制氧化氮对关节的氧化应激反应[14]。PRP的生物学特性为其在组织损伤修复中的应用提供了理论基础。
图1 文献纳入流程图
KOA的主要病理改变是关节软骨的进行性破坏,软骨细胞外基质减少,由于膝关节软骨缺乏血液供应,损伤后很难实现自我修复,因此有效预防软骨细胞外基质的减少对于关节软骨的修复、延缓KOA的进展具有重要意义。近年的基础研究证实了PRP对于关节软骨的修复作用。Sundman等[15]通过PRP作为介质,在体外人工培养滑液和软骨,结果表明,PRP不仅刺激了内源性HA生成,而且还降低了基质金属蛋白酶(Metalloproteinases,MMP)对软骨的分解代谢作用,此外PRP在抑制炎症介质浓度及其基因表达方面的作用与HA相似。Moussa等[16]将KOA病人的软骨细胞在不同浓度的PRP培养基和普通培养基分别进行培养,结果显示PRP培养基较普通培养基能明显抑制软骨细胞凋亡、促进软骨细胞外基质Ⅱ型胶原和聚蛋白多糖的生成,且PRP浓度与软骨细胞增殖情况呈正相关。王刚[17]在采用关节内注射PRP治疗兔KOA的研究中发现,PRP不仅能够促进软骨基质中Ⅱ型胶原和蛋白多糖合成,而且可以抑制软骨组织中MMP⁃13及其mRNA表达,防止基质胶原降解,延缓KOA的进展。徐建军等[18]将20只新西兰大白兔在超声引导下行内胶原酶注射,建立兔KOA模型,4周后随机分为PRP组和生理盐水组,并在超声引导下行关节内注射,在实验的第9周取关节软骨观察软骨总体形态和软骨微形态的变化,结果显示PRP组软骨总体形态损伤较小且微形态评分明显低于生理盐水组,这说明PRP具有保护软骨的作用。吴剑[19]将48只新西兰大白兔随机分为正常组、空白对照组、模型组和PRP组,观察软骨形态的改变和和各组关节液中Ⅱ型胶原蛋白和白细胞介素β(Inter⁃leukin⁃β,IL⁃β)的含量,结果表明PRP可降低主要炎症因子IL⁃β的水平,降低Wnt/P⁃Catenin信号通路中Wnt1和p⁃catenin的表达水平,增加糖原合成酶激酶-3P(glycogen syn⁃thase kinase⁃3P,GSK⁃3P)的表达水平,起到减缓关节软骨病理损伤、抑制蛋白多糖与胶原的降解作用。Mei⁃Dan等[20]的研究表明PRP能够促进骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化,这可能是PRP修复软骨缺损的潜在机制。
尽管目前PRP治疗KOA的机制仍不完全明确,但以上研究表明PRP治疗KOA的可能机制包括以下几个方面:①PRP能够释放多种生长因子,并参与到软骨修复过程;②PRP不仅能够促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原的生成,而且能够通过抑制炎症因子的释放,抑制蛋白多糖和胶原的降解,从而降低关节软骨的分解;③PRP能够刺激骨髓间充质干细胞的增殖和内源性HA的生成,并参与到软骨修复。以上基础研究结果表明PRP能够促进KOA软骨细胞的修复,为临床应用PRP治疗KOA提供了理论依据。
三、PRP治疗KOA的相关临床研究
(一)PRP治疗早中期KOA的相关临床研究
由于关节内没有血管供应营养物质,其获得营养的形式主要以扩散为主,因此关节内注射和口服镇痛药成为早中期KOA的主要治疗方法。传统的关节内注射药物主要有HA、臭氧和激素类药物等,口服药物主要为NASIDs。随着研究者对PRP的关注度逐年增高,国内外陆续出现与之相关的临床研究,多数研究结果表明关节内注射PRP较传统药物在缓解疼痛、改善关节功能方面更有效。
1.PRP与HA 关节内注射HA作为治疗KOA的主要方法,其临床疗效已被证实,但是目前的临床研究证明PRP缓解关节疼痛、改善膝关节功能要优于HA。Cerza等[21]将120例Kellgren⁃Lawrence(KL)分级为Ⅰ~Ⅲ级的KOA病人随机分配为两组,每组60例,一组病人给予PRP(5.5 ml),另一组给予HA(20 mg/2 ml),两组病人均每周注射1次,共注射4周,分别在注射前及注射后的4、12、24周评估两组的西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数评分(the Western On⁃tario and McMaster Universities arthritis index,WOMAC),结果显示在注射后的第24周,PRP组的评分明显优于HA组(PRP组:36.5,HA组:65.1,P<0.01);在HA组,Ⅲ级KOA的评分结果最差,而PRP组各分级的评分未见明显差异;PRP组Ⅲ级评分明显低于HA组Ⅲ级(PRP组:41.20,HA组:74.85,P<0.01)。在Guler等[22]的回顾性研究中,分析了132例KL分级为Ⅰ~Ⅱ的KOA病人,63例接受HA治疗(40 mg/2 ml),69例接受PRP治疗(2 ml),每周1次,共注射3次,分别比较两组病人治疗前及治疗后2、6个月的美国膝关节协会评分(American knee society score,KSS)和疼痛视觉模拟量表(vi⁃sual analogue scale,VAS)评分,结果显示PRP组在治疗后2、6个月的KSS和VAS评分均明显优于HA组。在另一项随机双盲对照实验中,Paterson等[23]将23例KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的KOA病人随机分为两组,12例接受PRP治疗,11例接受HA治疗,比较两组病人在治疗后的4和12周的膝关节损伤和骨关节炎结果评分(the knee injury and osteoarthritis score,KOOS)、VAS评分,结果显示PRP组在4周和12周的VAS和KOOS评分较HA组的改善更为显著。Lisi等[24]在其研究中发现,PRP组不仅在VAS和WOMAC评分优于HA组,在注射后6个月MRI随访中,PRP组至少改善Ⅰ级的百分比明显高于HA组(PRP组:48.3%,HA组:8%),这项结果表明PRP具有减少关节破坏的作用。以上研究结果表明关节内注射PRP治疗KOA的临床疗效优于HA。
也有学者指出关节内PRP联合HA注射治疗KOA的临床疗效要优于单纯注射PRP或HA。Lana等[25]将KL分级为Ⅰ~Ⅲ级的105例KOA病人随机分配为3组,分别给予单纯关节内PRP注射(36例),单纯关节内HA注射(36例)和PRP联合HA注射(33例),结果发现注射后1、3、6、12个月PRP组的VAS评分均明显低于HA组;此外,注射后12个月,PRP组的WOMAC体力活动栏目评分较HA组明显改善;PRP联合HA组在治疗后1年的VAS评分较HA组明显降低,在治疗后1、3个月WOMAC评分较PRP组明显改善。在另一项相似的随机对照研究中,Yu等[26]在研究中指出PRP联合HA治疗KOA在短期内缓解疼痛、改善关节功能方面均显著优于单纯注射PRP或HA。
部分研究者指出PRP的注射次数以及PRP中白细胞的含量与其临床疗效密切相关。Görmeli等[27]发现对于KL分级为Ⅰ~Ⅲ级的KOA病人,3次注射PRP组的国际膝关节文献委员会膝关节评估表(International Knee Documentation Committee,IKDC)和VAS评分较单次注射PRP组和单次注射HA组均显著改善。此结果说明对于早中期的KOA病人,多次关节内注射PRP效果要优于单次注射。Riboh等[28]在纳入了6个随机对照试验共1 055例KOA病人的Meta分析中发现,LP⁃PRP(leukocyte⁃poor platelet⁃rich plasma)组的WOMAC评分较HA组和安慰剂组均明显改善,而LR⁃PRP(leukocyte⁃rich platelet⁃rich plasma)组与HA组和安慰剂组未见明显差异;在不良事件中,PRP组的发生率均明显高于HA组和安慰剂组,而LP⁃PRP和LR⁃PRP两组之间未见明显差异。因此得出结论,相比于LR⁃PRP,LP⁃PRP在治疗KOA的疗效更优。但在不良事件中,谢雪涛等[29]得出相反结论,在其纳入的10个随机对照试验共959例KOA病人的Meta分析结果中发现,PRP组与HA组、安慰剂组相比,不良反应风险未见明显差异。目前关于PRP治疗KOA主要不良事件为注射后的局部肿胀和短暂疼痛,但总体发生率很低。多数研究报告未出现重大的不良反应事件。与安慰剂相比,PRP总体的不良反应风险没有增加,但是这需要更多的研究和随访确定其是否有长期的不良反应。
在另一项研究中,Su等[30]将86例KL分级为Ⅱ~Ⅲ的膝骨关节炎病人随机分为3组,A组给予关节内和髓腔注射PRP(28例),每2周1次,连续注射2次;B组给予关节内注射PRP(26例),每2周1次,连续注射2次;C组给予关节内注射HA(32例),每7天1次,连续注射5次,分别比较注射前及注射后的1、3、6、12、18个月各组的VAS和WOMAC评分,结果显示A组在注射后的1、3、6、12、18个月的VAS和WOMAC评分均显著优于B组和C组;注射后的6个月,B组和C组的VAS评分未见明显差异;注射后的1、3、6、12个月,B组的WOMAC评分明显优于C组,但注射后的18个月,两者未见明显差异。这项研究表明关节腔联合髓腔注射PRP可在短期内降低膝骨关节炎病人的疼痛,改善关节功能方面明显优于单纯PRP注射和HA注射,为未来治疗KOA提供了新思路。
2.PRP与NASIDsNASIDs作为骨科治疗KOA的一线用药,在缓解疼痛、改善骨关节功能方面具有重要作用。虽然某些NASIDs不仅能消炎、止疼,而且还可以延缓关节软骨损害的进程,但药物不良反应居多[31]。临床上相关研究证实PRP在治疗KOA的疗效明显优于NASIDs。Buendía⁃López等[32]将98例KL分级为Ⅰ~Ⅱ级的KOA病人随机分为3组,分别给予非甾体类抗炎药(33例)、单次注射PRP(33例)和单次注射HA(32例),分别评估注射前及注射后26、52周病人的WOMAC评分和VAS评分,结果显示在注射后的52周,PRP组分别有30%的病人WOMAC疼痛缓解和24%的病人膝关节功能改善;HA组和非甾体类抗炎药组的WOMAC疼痛和VAS评分较注射前明显缓解,但PRP组相对于前两者,改善更加明显(P<0.05);但在注射后52周三者的KL分级未发现明显差异。Simentalmendía等[33]将65例KL分级为Ⅰ~Ⅱ级的KOA病人随机分为两组,32例给予对乙酰氨基酚片,33例给予LP⁃PRP,结果发现,LP⁃PRP组VAS评分明显低于口服药组,在治疗后24周,LP⁃PRP组膝关节功能较口服药组明显改善;此外,LP⁃PRP组发现炎症因子白细胞介素1和TGF⁃β较治疗前明显减少。这项研究结果表明LP⁃PRP可能通过抑制炎症因子白细胞介素1和TGF⁃β,缓解KOA病人的疼痛,改善膝关节功能。在另一项临床试验中,作者将PRP和口服镇痛药进行对比,观察二者治疗轻度KOA的疗效,42例病人随机分为两组,每组各21例,一组行关节腔内PRP注射,另一组口服对乙酰氨基酚,研究结果表明,治疗后的6个月行PRP注射的病人膝关节症状有所改善,而对照组疗效不佳[34]。
3.PRP与激素 目前关节腔内注射激素是缓解KOA疼痛的主要方法之一,在一项双盲随机对照研究中,Forogh等[35]将KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的41例KOA病人随机分为两组,分别给予关节内注射PRP(23例)和关节内注射糖皮质激素(18例),分别比较两组病人在注射前及注射后的2、6个月VAS、WOMAC、膝关节活动度和20 m步行测试,结果发现,PRP组在缓解疼痛、改善关节功能方面明显优于糖皮质激素组,且PRP组KOA病人的20 m步行测试结果更优。也有学者指出PRP联合激素注射治疗KOA的临床疗效要优于单纯PRP注射,Camurcu等[36]将115例KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的KOA病人分为3组,37例接受单纯PRP注射,40例接受PRP联合甲泼尼龙注射,38例接受单纯甲泼尼龙注射,分别比较3组病人在注射前及注射后1、3、6、12个月的VAS和WOMAC评分,结果显示注射后的1个月,PRP联合甲泼尼龙注射病人的WOWAC评分明显低于单纯PRP组;在注射后的第3个月,PRP联合甲泼尼龙注射组的WOMAC评分明显低于单纯PRP组和单纯甲泼尼龙组;在注射后的第6个月,PRP联合甲泼尼龙注射组的VAS和WOMAC评分均明显低于甲泼尼龙组;而在第12个月,三者之间的VAS和WOMAC评分均未见明显差异。Rahimzadeh等[37]将54例KL分级为Ⅰ~Ⅱ级的KOA病人随机分为两组,每组27例,一组单纯给予关节内PRP注射,另一组给予关节内PRP联合生长激素注射,结果显示两组病人较治疗前VAS和WOMAC评分均明显改善;在注射后1个月,PRP联合生长激素组的WOMAC评分明显低于PRP组,但注射后2个月,两者之间无明显差异。以上研究结果说明关节内PRP联合激素注射治疗KOA的短期临床效果更优。
4.PRP与臭氧 膝关节腔内注射医用臭氧治疗KOA已经在国内外广泛应用,并取得了良好的临床效果,但目前的临床研究证明PRP在缓解疼痛、改善膝关节功能要优于臭氧。Duymus等[38]将KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的102例膝关节OA病人纳入研究,随机分为3组,分别给予关节内单次注射PRP(33例)、HA(34例)和臭氧气体(35例),比较3组病人注射前及注射后1、3、6、12个月的VAS评分和WOMAC评分,注射后的1个月,3组的VAS评分和WOMAC评分均优于注射前;注射后的3个月,PRP治疗组和HA治疗组效果无明显差异,两组均优于臭氧治疗组;6个月后,臭氧治疗组已失效,PRP治疗组和HA治疗组仍有效;12个月后,PRP治疗组的治疗效果明显优于HA治疗组。叶阮炷等[39]将106例KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的KOA病人分为两组,54例行关节内注射PRP治疗,52例行臭氧治疗,结果发现,在治疗后1个月,两组病人较治疗前VAS和WOMAC均明显下降,但两者之间无明显差异,但在治疗后3、6个月,PRP组VAS和WOMAC评分较臭氧组下降更明显,临床效果更显著。
(二)PRP治疗晚期KOA的相关临床研究
目前关于PRP治疗晚期KOA的临床研究较少,且效果和对照组(包括激素和HA等)相比,没有明显差异。何珊等[40]将65例KL分级为Ⅲ~Ⅳ级的KOA病人随机分为两组,30例接受PRP治疗,35例接受糖皮质激素治疗,两组病人VAS和WOMAC评分较治疗前均有明显缓解,但两组之间未见明显差异。此外,在Görmeli等[24]的研究中也发现,虽然注射3次的PRP组的IKDC和VAS评分较单次注射PRP组和单次注射的HA组均显著改善;但对于Ⅳ级的KOA病人的IKDC和VAS评分未见明显差异。以上研究说明,虽然关节内注射PRP对于晚期的KOA病人有效,但与关节内注射HA和激素相比,没有明显优势。
(三)PRP联合关节镜手术治疗KOA的相关临床研究
随着PRP治疗KOA在临床的普及,部分学者提出PRP联合关节镜治疗KOA具有良好效果。黄山东等[41]将25例KL分级为Ⅱ~Ⅲ级的KOA病人随机分为两组,13例行关节镜手术联合关节腔内注射PRP,12例行单纯关节镜手术,结果显示治疗后6个月,PRP联合关节镜手术组的WOMAC评分和HSS评分明显优于单纯关节镜手术组。刘义等[42]将169例KOA病人随机分为微创组(单纯关节镜手术,86例)和联合组(关节镜手术联合PRP注射,83例),观察两组在治疗后3、6、12个月的VAS评分和膝关节Lysholm评分,结果发现联合组在治疗后3、6和12个月的VAS评分和膝关节Lysholm评分均明显低于微创组。以上研究结果说明,PRP联合关节镜治疗KOA较单纯关节镜手术效果更优。
(四)PRP在全膝关节置换术中的应用
目前关于PRP在全膝关节置换中的作用研究也逐渐成为热点,Mochizuki等[43]将315例需行全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)的病人随机分为两组,109例在TKA术中进行关节内注射PRP,另一组单纯TKA手术,比较两组病人的术后失血量和术后1、2、7 d的血红蛋白(Hb)含量变化值,结果显示PRP组的术后平均失血量明显低于对照组;在术后1、2、7 d PRP组Hb含量变化均明显小于对照组,表明PRP在TKA术后可以明显减少病人的出血量。在另一项研究中,40例TKA病人随机分为两组,17例术中注射PRP,23例未做特殊处理,术后结果发现,PRP组术后的出血量和输血率均明显低于对照组,PRP组的术后疼痛和麻醉剂需求率也明显低于对照组;术后3个月PRP组的膝关节活动度明显优于对照组;术后12周PRP组的KSS和WOMAC评分较对照组也明显改善,但是术后6个月,两组之间未见明显差异[44]。Ma等[45]在纳入了6个随机对照试验共529例TKA病人的Meta分析中发现,与对照组比较,PRP组在TKA术后能明显减少病人的出血量和Hb含量变化,但在输血率、关节活动度、术后WOMAC评分和并发症等方面与对照组未见明显差异。
四、小结
目前PRP治疗KOA的适应证尚不明确,部分学者指出,对于年龄小于50岁的轻中度KOA病人,PRP的疗效要优于HA,而对于重度KOA病人,两者临床疗效等同[21,46]。笔者通过阅读大量基础和临床研究论文,认为PRP治疗KOA的推荐指征可能为:①临床研究证实,对于早中期的KOA年轻(<50岁)病人,可以建议注射PRP治疗;②由于PRP价格昂贵,且性价比不高,临床医生应根据病人的经济基础进行推荐,以防临床过度使用;③尽管注射PRP相对于关节镜手术创伤小,但仍是有创操作,应推荐依从性高的病人应用。
尽管PRP治疗KOA取得了一定的疗效,但依旧存在较多的潜在问题。基础研究证明了PRP在软骨修复中的作用,但PRP中对软骨细胞有保护作用的因子尚不明确。以及临床研究虽然证实了关节内注射PRP治疗KOA的良好临床效果,但是PRP的制备标准、注射次数、注射剂量、间隔时间以及评价指标仍存在较大差异,尚无统一标准。此外,大部分临床研究的随访时间较短,其长期疗效仍不明确,这些因素可能导致临床试验的说服力下降。而且PRP的疗效受时间影响,相关临床研究指出尽管PRP治疗KOA具有一定的效果,但其疗效随时间的推移呈下降趋势,在注射PRP超过6~9个月后,其缓解疼痛和改善功能的效果开始下降,24个月后疗效进一步下降[46,47]。在不良反应方面,尽管大部分实验证明PRP相较于对照组没有增加不良事件的风险,但部分病人在注射后会出现短暂的关节肿胀、疼痛表现,且长期不良影响也尚不明确。因此仍需要大量高质量、长期随访的临床研究来明确PRP在KOA治疗中的最佳剂量、最佳次数、不良反应以及长期效果,为临床应用PRP治疗KOA提供更高质量的证据。