富血小板血浆治疗膝骨关节炎的研究进展

何翔鹏，刘永明，陈海生，徐亚非

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是由膝关节软骨纤维化、溃疡、皲裂、脱失等一系列病变引起，以关节疼痛为主要症状的退行性改变，是导致膝关节功能障碍及慢性疼痛的首要疾病[1]。据美国营养与健康调查数据显示，症状性KOA的发病率达12.1%，对于年龄超过80岁的患者，通过影像学诊断为KOA的人群比例甚至高达43.7%[2]。在中国，人群症状性KOA的发病率为8.1%，伴有功能受限的KOA患者超过四百万，平均每十万人中有968人伴有不同程度的膝关节功能受损[3]。

目前对于KOA的处理包括保守治疗和手术治疗。对病变程度较轻的患者，可采取健康教育、运动疗法等改善其生活质量；若症状仍未缓解，可考虑使用药物对症治疗。当前推荐的药物包括非甾体类抗炎药（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs）、激素等[4-6]。但这些药物仅能控制患者的疼痛症状，不能逆转关节软骨的进行性退行性变，不良反应也较大。研究表明，富血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）具有促进细胞增殖和胶原合成的作用，能有效修复关节软骨，延缓其退行性改变[7-9]，近年来在治疗骨关节炎，特别是KOA方面应用广泛[10-14]。本文就PRP基础和临床研究进行综述，以期为KOA治疗选择提供参考依据。

1 PRP的生物学特性

PRP是自体全血通过离心后提取的血小板浓缩液，含高浓度的血小板、白细胞和纤维蛋白，加入凝血酶后可变为胶状物，因此也被称为富血小板凝胶或富血小板白细胞凝胶（plateletleukocyte-enriched gel，PLG）[15-16]。局部组织受损后，存在于血小板内α颗粒中的相关生长因子，如血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、转化生长因子（transforming growthfactor，TGF）-β等，通过胞吐作用得以释放，修复损伤组织[17-19]。临床上将PRP与凝血酶、氯化钙等催化剂混合，可起到释放生长因子、促进组织修复与再生的目的。

2 PRP治疗KOA的基础研究

2.1 PRP的作用机制研究

关节软骨无神经和血管，其营养主要来源于滑液和滑膜血管的渗透作用，软骨受损后修复过程极其缓慢，甚至难以修复，PRP在修复软骨损伤方面有独特优势。

2.1.1 促进软骨细胞增殖 有学者发现，骨关节炎患者软骨细胞中SOX-9、ColⅡ、AGN等具有软骨形成作用的基因表达受到抑制，经透明质酸（hyaluronic acid，HA）+PRP处理后，基因表达可逆转，前炎性因子受到抑制，促进了关节软骨细胞增殖，软骨修复进程加快[20]。Moussa等[7]分离骨关节炎软骨细胞，在不同PRP浓度（5%、10%、20%）条件下培养48 h，结果显示，PRP处理后软骨细胞可维持正常形态，且随着浓度的升高，软骨细胞增殖效果越来越强。这些体外研究证实，PRP可通过调控基因表达水平，促进相关蛋白的表达，提供有利于软骨细胞增殖的微环境，在该种微环境下，软骨细胞的增殖作用可达到最大。

2.1.2 促进软骨基质修复 Akeda等[21]自8只成年小型猪获得外周血，经处理制备成PRP、贫血小板血浆（platelet-poor plasma，PPP）后取其软骨细胞，分别与10%PRP、10%PPP和10%FBS共培养，结果发现，PRP组蛋白聚糖合成比例、蛋白聚糖积聚、胶原蛋白合成量相较于另外两组明显升高（P＜0.05），且3组合成的蛋白聚糖及胶原蛋白主要特性相似；进一步的研究显示，PRP共培养组的蛋白聚糖基因和COL1A1 mRNA表达水平高于HA共培养组，PRP对软骨的修复效果更优。Simental-Mendia等[22]将10例行全膝关节置换术（total knee replacement，TKR）患者的关节软骨分别与贫白细胞 PRP（leukocyte-poor platelet-rich plasma，LP-PRP）、白细胞介素（interleukin，IL）-1β和LPPRP+IL-1 β共培养，结果发现，LP-PRP 组和LP-PRP+IL-1β组分解代谢因子的基因（MMP13、ADAMTS5和IL1β）表达减少，合成代谢因子的基因（COL2A1、ACAN和SOX9）表达增强，且Ⅱ型胶原蛋白的表达更多。这些结果均提示，合理使用PRP可促进基质合成，达到修复软骨的目的。

2.1.3 抗炎作用 一项体外研究将12例接受TKR手术的KOA患者的关节软骨与5%、10%、20%PRP共培养，结果证实，促炎因子COX-2和IL-6呈剂量依赖性下降，抗炎因子IL-10、IL-4和IL-13均显著上调；与10%、20%PRP共培养条件下，TGF-β表达水平也明显增强[7]。同样，Sundman等[23]将取自21例拟行TKR的KOA患者的关节软骨与PRP、HA共培养，结果发现，相较于对照组，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α在 PRP+HA共培养组明显降低；TNF-α与骨关节炎疼痛程度关系密切，因此人们推测，PRP和HA可能通过抑制TNF-α水平来减轻患者的疼痛症状。

2.1.4 提供软骨修复的三维环境 Xie等[24]将激活的PRP与间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）混合，结果发现，活化PRP在纤维蛋白基质中形成三维凝胶，其中分布着高度浓缩的血小板。PRP凝胶支架可用于包覆成软骨细胞，其中的PDGF可促进细胞增殖和分化；混合MSC的PRP支架亦可在较短时间内增加软骨细胞的密度，增强细胞外基质相关基因的表达；而在PRP凝胶支架的降解过程中，血小板可持续进行软骨修复。目前尚无相关的动物实验和临床研究，今后有待进一步深入探索。

2.2 PRP治疗的动物实验研究

膝关节组织形态学方面，Chen等[20]将小鼠KOA模型分成3组，分别在其膝关节腔内注射HA、PRP和HA+PRP，结果显示，HA组动物半月板撕裂及关节软骨磨损情况改善并不明显，PRP组受损软骨表面有少许修复，HA+PRP组半月板及软骨均得到显著修复；对获得的关节软骨进行IHC染色，PRP组和HA+PRP组Ⅱ型胶原表达明显增强，推测两组可能通过提高Ⅱ型胶原含量来增强对受损关节的修复效果。Chouhan等[25]将36只早期KOA模型豚鼠分为对照组、单次注射PRP组和3次注射PRP组，结果证实，PRP组滑膜炎评分明显低于对照组，治疗后3个月1次及3次注射PRP组关节软骨评分低于对照组，说明膝关节腔内注射PRP能有效控制滑膜炎症，起到短期保护关节软骨的作用。

膝关节功能方面，Lee等[26]制作比格犬前交叉韧带离断KOA模型，分别在其膝关节腔内注射生理盐水、HA和HA+PRP，结果发现，相较于生理盐水对照组，HA组和HA+PRP组能有效增加关节活动范围，提高关节功能，临床残疾评分也明显降低；随访至20周，HA+PRP组较HA组临床结局更具优势。上述动物实验研究均表明，PRP能够很好地修复膝关节软骨损伤，改善膝关节功能，减轻疼痛症状，从而为临床使用PRP提供一定的证据支持。

3 PRP治疗KOA的临床研究

3.1 与传统疗法的比较研究

对于早中期KOA，关节腔内注射HA已被证实是切实有效的治疗方法[27-28]。诸多临床对照研究结果证实，PRP在改善关节功能、缓解关节疼痛方面的作用优于HA。Ahmad等[29]纳入89名KOA患者，随机采用关节腔内HA或PRP注射（2周/次，共3次），结果显示，注射后3、6个月两组患者视觉模拟量表（visual analogue scale，VAS）和国际膝关节文献委员会膝关节评估表（International Knee Documentation Committee knee evaluation form，IKDC）评分均较治疗前明显好转，其中PRP组改善更好，超声检查提示PRP组能有效改善滑膜增生、减少滑膜渗出并提高滑膜血管分数。一项Meta分析囊括15个PRP和HA治疗KOA的随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）研究（n=1 314），结果表明，两组不良反应发生率相似，随访6、12个月时PRP组较之HA组WOMAC疼痛评分和功能评分更优[30]。

关节腔内注射糖皮质激素是临床上缓解患者关节疼痛的常用方法，但副作用较大，不建议频繁使用。Forogh等[31]对48例KOA患者分别进行PRP和糖皮质激素关节腔内注射，结果发现，PRP组可更长时间、更大程度地减轻关节疼痛症状，增强日常生活活动能力，提高生活质量。Migliorini等[32]对30项比较PRP和糖皮质激素治疗KOA患者的RCT研究进行Meta分析（n=3 463），结果显示，随访3、6、12个月时PRP组相较于糖皮质激素组WOMAC评分和VAS评分均有改善。这些研究提示，PRP在缓解KOA患者疼痛方面的作用优于糖皮质激素，副作用较少，不失为一种安全有效的治疗选择。

臭氧能够有效缓解疼痛，改善关节功能，临床应用广泛。Duymus等[33]对102名轻中度KOA患者进行PRP或臭氧关节腔内注射，结果发现，随访3、6和12个月时PRP组膝关节WOMAC评分和VAS评分明显优于臭氧组，证实PRP能够更好地改善KOA患者的关节功能，减轻关节疼痛。

3.2 与传统治疗的联合应用

PRP和传统疗法联合应用，可以发挥两种治疗模式的优势，产生协同作用，取得更好疗效。目前的临床研究主要集中在PRP与HA、臭氧、NSAIDs等的联合应用。

Zhao和Huang[34]对5项比较PRP联合HA治疗与单独使用HA或PRP治疗KOA的RCT研究进行荟萃分析（n=941），结果发现，随访6个月联合用药组VAS评分和lequesne指数优于单纯PRP组；随访12个月患者膝关节WOMAC功能评分及总评分较PRP组明显降低；不良反应发生率3组相似。有学者对80例KOA患者分别进行PRP和PRP联合臭氧关节腔内注射，结果显示，术后3个月联合治疗组患者WOMAC功能评分及总分、VAS评分均较PRP组降低；术后6个月WOMAC僵硬度评分明显减低，提示联合治疗能有效缓解患者早期疼痛，促使关节功能的快速恢复[35]。另外，王红云和王雪春[36]对47例KOA患者行PRP关节腔注射联合塞来昔布和盐酸氨基葡萄糖口服治疗，3个月后患者膝关节疼痛症状、功能均得到明显改善。

在TKA手术方面，PRP也可起到辅助作用，一项系统评价研究纳入6个PRP用于TKA手术的RCT研究（n=529），结果显示，TKA术中应用PRP在不增加不良事件发生率前提下，能有效减少术后失血量，控制血红蛋白降低情况，缩短住院时间[37]。

4 PRP治疗KOA的争议

尽管目前有大量临床研究报道PRP治疗KOA的优势，但在2013年美国骨科医师学会指南中，专家们既不赞成也不反对症状性KOA患者使用PRP[38]；2018年中国医疗保健国际交流促进会骨科分会撰写的临床实践指南则提出，关节腔注射PRP更适合年轻、严重程度轻的KOA患者，但推荐强度低，仍需要大量研究提供证据支持[39]。

也有小部分学者的临床研究结果不支持使用PRP。Filardo等[40]将192例膝骨关节炎患者分为两组，分别进行PRP和HA治疗，在注射前，注射后2、6、12、24个月进行随访，基于IKDC评分量表、VAS评分、Tegner评分进行结局评价，结果发现，两组治疗虽能改善患者膝关节功能及其症状，但除了注射后24个月PRP组相较于HA组再干预率低且具有统计学差异外，其余任何随访时间点两组各方面评价均未有统计学差异，提示PRP治疗KOA并未优于HA；Cole等[41]对49例患者进行PRP和HA治疗，结果亦表明，两组患者WOMAC疼痛评分并无统计学差异。

这些临床结果的差异可能与患者年龄、PRP白细胞含量、PRP血小板浓度、制备流程、储存方式、应用方式等密切相关，规范化的制备和使用流程、适应证的恰当选择以及对患者个性化因素的关注等，都是提高PRP治疗效果的有力措施。

5 KOA疗效的影响因素

研究表明，采取不同的PRP制备方式，最终得到的PRP产物可能在血小板浓度、白细胞含量及其他成分方面有所差异，从而影响其临床疗效。Filardo等[42]纳入144例KOA患者并将其分为两组，分别采用单次离心和双次离心PRP，结果显示，两组治疗对KOA疼痛及功能均有较好的改善作用，但双次离心组肿胀不良事件更多。卢萌等[43]从新西兰大白兔获得静脉血，分别进行4种不同转速的二次离心，分别为一、二次离心均为200 g，一次离心200 g、二次离心1 200 g，一次离心1 200 g、二次离心200 g，一、二次离心均为1 200 g，结果发现第二种离心模式获得的PRP回收率和血小板浓度最高，是PRP较为有效的制备方法。

合适的储存及解冻方式对PRP作用的发挥具有一定的影响，有学者对志愿者血液标本进行PRP制备，分别置于24℃、4℃和-70℃条件下储存，结果显示，相关生长因子在PRP中的浓度因贮藏温度、贮藏时间和活化方式的不同而有显著差异[44]。Nakatani等[45]将志愿者外周血离心制备成PRP，在-20℃环境下冷藏1个月后分别解冻为同体积或1/3体积（浓度分别为新鲜PRP的1倍和3倍），结果发现同体积解冻组PDGF-BB、TGF-β1水平及骨形成作用与新鲜PRP相似，而1/3体积组PDGF-BB、TGF-β1含量是新鲜PRP的3倍，骨形成作用更强。适当的储存条件和激活方式能够更好地发挥PRP在KOA方面的治疗作用，临床获益更多。

PRP注射部位及注射次数的不同对KOA的疗效也有影响。Sánchez等[46]对60例重度KOA患者进行PRP关节内治疗和PRP关节内、骨内联合治疗，结果显示，联合治疗组KOOS、WOMAC评分量表均有显著改善，而单一关节内治疗组患者在任何一项评分上都未有改善，说明对于重度KOA患者，单纯关节腔内注射PRP是无效的，只有联合骨内注射才能取得良好效果。学者们还发现，对于早期KOA患者，关节腔内3次注射PRP临床疗效优于单次注射[47]。然而，目前有关PRP不同使用方式影响疗效的文献普遍存在样本量少、异质性大的问题，今后需要开展多中心、大样本、高质量的研究，以探索最优PRP使用方式。

有关PRP的成分，目前主要涉及血小板、白细胞含量以及生长因子等方面的研究。王一帆等[48]对60例KOA患者进行不同浓度血小板的PRP注射，结果发现，PRP内血小板浓度由900×109/L逐渐上升到1 800×109/L时，临床症状改善程度随之增强；而当血小板浓度上升至2 100×109/L时，疗效反而降低，提示PRP内血小板浓度与KOA疗效关系密切，且存在一个最适浓度。白细胞含量与PRP疗效也存在相关性。一项Meta分析纳入6个有关富白细胞PRP（leukocyte-rich platelet-rich plasma，LR-PRP）和LP-PRP的随机对照试验研究（n=1 055），结果表明，LP-PRP组WOMAC评分明显优于HA，LR-PRP却没有此类优势，LP-PRP治疗效果更为理想[49]。

患者疾病严重程度及年龄、性别等个体因素也对PRP治疗效果产生影响。Jang等[50]对65例KOA患者进行关节腔内PRP注射，结果显示，K-L分级Ⅲ级患者治疗后疼痛再出现时间较Ⅰ级时间短，说明对于KOA病变程度严重的患者，PRP治疗效果较差；而年龄与疗效呈负相关关系，即年龄越小，PRP治疗效果越好。Kon等[51]也发现，对于年龄＞50岁的KOA患者，PRP的疗效与低分子量HA相当，但对于年轻患者，PRP的疗效明显好于HA。Evanson等[52]获得102名志愿者（男71人、女31人）的血液样本并将其制备成PRP，结果显示，女性样本中表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor，IGF）-1和PDGF-BB含量均高于男性，而 25岁以下患者其 EGF、IGF-1、PDGF-AB、PDGF-BB和TGFβ-1含量均高于年龄＞25岁患者。这也部分解释了某些研究PRP疗效欠佳的原因。

除了上述因素之外，膝关节评价指标多样，评价量表在各个研究中心的使用未形成统一，随访时间较短、不能反映远期效果等，均为PRP的评价与应用带来一定影响。

6 小结与展望

随着国内社会老龄化问题逐渐加重，KOA作为一类主要影响中老年群体的疾病，越来越引起医疗界的重视。PRP能够修复关节软骨，缓解疼痛症状，改善患膝功能，延缓疾病进展，进而达到提升患者生活质量、减轻经济负担等目的。目前学者们从细胞、动物到人体各个层面揭示PRP的作用机制，探讨其作用效果，为KOA的治疗选择提供一个崭新的方向。但是，目前PRP并未作为一项常规疗法应用于临床，其制备及使用流程尚未形成统一规范，同时缺乏大样本、多中心随机对照研究来证实其中远期疗效。无论如何，越来越多的学者致力于探索PRP的治疗机制，并不断提供新的治疗思路，比如，有研究表明PRP源外泌体具有阻止糖皮质激素诱导细胞凋亡的作用，可能对软骨细胞起到一定的保护作用[53]。PRP结合生物材料应用也成为一大亮点，纳米羟基磷灰石、β-磷酸三钙凝胶海绵、镁合金支架等复合PRP修复骨缺损的优势正在逐渐显现[54-56]。相信随着未来对PRP研究的更加深入，其在KOA治疗领域会有更大作为。