间充质干细胞移植治疗股骨头坏死的临床疗效

张 婷，周冬梅，蔡欣诺，刘春梅，宋远圆，殷松楼

徐州医科大学附属医院风湿免疫科，江苏 徐州 221002

股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一种以骨细胞和骨髓死亡为特征的疾病，是由于多种原因导致的股骨头供血障碍，进而导致软骨下骨的退化、坏死，最终导致股骨头塌陷［1］。该疾病主要影响30～55 岁青年人和中年人［2］，如果错过了早期治疗，会造成关节塌陷、股骨头变形、严重的关节疼痛和功能受限，给患者带来极大的痛苦。目前ONFH 的治疗选择包括高压氧、磷酸盐、抗凝、髓芯减压、植骨等［3］，但以上方法均不能逆转病程，最终大部分需要全髋关节置换。全髋关节置换术的假体寿命有限，此外还可能发生假体松动和感染等并发症。因此，ONFH 的早期有效的干预正受到越来越多的关注。

随着干细胞和组织工程学的深入研究，近年来间充质干细胞用于治疗股骨头坏死在动物实验和临床应用中均显示出令人鼓舞的成果［4］。多项研究通过髓芯减压联合植入自体骨髓间充质干细胞取得了明显疗效［5-7］，但髓芯减压创伤性较大，ONFH患者自体骨髓间充质干细胞本身存在缺陷。目前关节腔局部植入人脐间充质干细胞治疗股骨头坏死的临床研究报道较少。本文旨在观察超声引导下关节腔局部植入人脐间充质干细胞对股骨头坏死的临床疗效和安全性，以探索ONFH 治疗的新方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2017年1月—2019年9月在徐州医科大学附属医院风湿免疫科收治的符合2006年中华医学会骨科分会ONFH 的诊断标准［8］，均同意接受脐间充质干细胞治疗的21例患者。本研究经徐州医科大学附属医院伦理委员会批准。治疗前患者签署知情同意书。

纳入标准：（1）患者均为风湿免疫病患者，有髋关节疼痛和功能受限，糖皮质激素应用史，诊断为股骨头坏死；（2）年龄大于18 岁；（3）患者签署知情同意书并能接受脐间充质干细胞局部移植治疗；（4）按照世界骨循环研究学会（ARCO）［9］分期标准进行分类，处于Ⅱ～Ⅲ期；（5）患病髋关节无外伤史和手术史。

排除标准：（1）外伤导致的股骨头坏死；（2）ARCO分期Ⅳ期；（3）年龄小于18 岁；（4）其他髋关节疾病。

采用博雅干细胞公司提供的脐间充质干细胞，每个关节腔植入细胞总数1×107。细胞形态为塑料瓶底贴壁生长，通过支原体检测、无菌检测、供者病毒检测、内毒素检测。存活率检测>85%，流式细胞学检测CD105、CD73 和CD90 阳性，CD45、CD34、CD11b、CD19 和HLA-Ⅱ表达阴性，符合2006年国际细胞治疗学会提出的对间充质干细胞的标准［10］。

1.2 方法

1.2.1 疼痛评分方法

采用视觉模拟评分法（visual analogue scale，VAS）用于疼痛的评估。

1.2.2 髋关节功能评价方法

使用Harris髋关节评分（HHS）［11］对患者进行临床评估。分别计算出移植前、移植后3、6、12个月患者髋关节功能的Harris评分。满分100分，90～100分为优，80～89分为良，70～79分为中，小于70分为差。

1.2.3 髋关节影像学评价方法

（1）观察ARCO分期有无进展；（2）使用GE公司Signa 1.5T Infinity TwinSpeed 型超导磁共振成像系统，取髋关节MRI图像T1像冠状位上股骨头坏死面积最大的平面，使用GE Healthcare Advantage Workstation 软件测算低信号区域面积，测算3 次，取平均值［12］。

1.2.4 干细胞移植方法

患者平卧位，超声选择穿刺点，常规消毒铺巾，超声探头支架引导下穿刺进针至股骨头表面，注射适量的生理盐水，根据超声下表现确认穿刺针头在髋关节腔内，缓慢注入脐间充质干细胞1×107，约1.8 mL。

1.3 观察指标

（1）对患者髋关节疼痛及功能等进行临床评价；（2）对髋关节行影像学评价；（3）不良事件。

1.4 统计学分析

采用SPSS 26.0 对数据进行统计分析。计量资料经正态性检验，符合正态分布的资料均采用均数±标准差（±s）表示，不同组间Harris评分变化量比较采用独立样本t检验，不同时点Harris评分比较采用单因素重复测量方差分析，进一步采用Bonferroni 法进行两两比较。检验水准均为P<0.05有统计学意义。

2 结果

2.1 患者基本特征

本研究共纳入符合标准的患者21例，年龄27～55 岁，平均年龄（36.7±6.9）岁，8例为双侧，共29髋。按ARCO分期标准，Ⅱ期17髋（64.2%），Ⅲ期12髋（35.7%）。所有患者均完成治疗及随访，平均14.6（12～16）个月。见表1、2。

表1 移植前患者的基本信息Tab.1 Basic information of patients before transplantation

表2 纳入29髋的详细特征Tab.2 Characteristics of 29 hips included in the study

2.2 临床症状

移植后3、6、12个月患者VAS评分分别为（5.29±1.59）分、（3.76±1.22）分、（2.10±0.70）分，较移植前的（6.86±1.31）分明显降低（P<0.05）。

患者临床症状改善具体表现为：（1）患侧髋关节疼痛改善共19例（90.4%）；（2）步态改善或行走距离延长共17例（80.9%）；（3）关节活动范围改善共14例（66.6%）。

2.3 不同ARCO分期患者各时点Harris评分比较

不同ARCO分期患者各时点Harris评分比较结果见表3、图1。不同分期患者各时点Harris评分经单因素重复测量方差分析结果显示，差异均有统计学意义（P<0.05），进一步采用Bonferroni法对不同分期及总体患者各时点Harris评分进行两两比较结果显示，移植后3、6、12个月时Harris评分均明显高于移植前，差异均有统计学意义（P<0.05），移植后3、6、12个月时Harris评分差异无统计学意义（P>0.05）。

表3 不同ARCO分期患者各时点Harris评分比较Tab.3 Comparison of Harris scores at different time points in patients at different ARCO stages

2.4 不同ARCO分期患者各时点相对于术前Harris评分变化比较

不同ARCO分期患者各时点Harris评分变化比较结果见表4。不同ARCO分期患者各时点Harris评分变化经独立样本t检验结果显示，差异均无统计学意义（P>0.05）。

表4 不同ARCO分期患者各时点Harris评分变化比较Tab.4 Comparison of Harris score changes at different time points in patients with different ARCO stages

2.5 影像学评价

21例患者中，移植后各随访时间点均没有出现ARCO分期进展。移植后12个月MRI T1像上坏死面积［（187.27±11.01）mm2］较移植前［（236.31±23.43）mm2］明显缩小（P<0.05），见图1。

图1 患者右侧股骨头坏死疗前后变化Fig.1 The changes of the right side before and after treatment for osteonecrosis of the femoral head of the patient

2.6 不良反应

3例患者出现移植后短期患侧关节疼痛加重，经非甾体类抗炎药治疗后缓解。所有患者随访过程中未出现发热、胃肠道症状、局部感染、穿刺部位皮疹、免疫排斥等不良反应。

3 讨论

2013年全国代表性调查结果显示，在中国15岁及以上人群中，估计有812万人被诊断为非创伤性股骨头坏死，且发病率正逐年增加［13］。股骨头坏死通常与一个或多个危险因素有关，如髋部创伤、酗酒、使用糖皮质激素、自身免疫性疾病等，但确切的病理生理机制仍不清楚［14］。在非创伤性股骨头坏死中，使用糖皮质激素和过量饮酒占病因的80%以上［2］。风湿免疫性疾病及长期类固醇激素患者是非创伤性股骨头坏死的高风险人群。Lieberman 等［15］的研究显示，在未经治疗的股骨头坏死自然病程报道中，一旦出现股骨头塌陷，87%的髋关节会在2年内进展到进行全髋关节置换。

本研究分析了21例股骨头坏死患者局部移植人脐间充质干细胞的临床疗效，治疗有效且安全。疼痛和跛行等临床症状得到改善，Harris评分明显提高，以及影像学改善。这与近年来许多评估干细胞对ONFH 的治疗效果的临床研究结果相似［4］。Hernigou 等［16］研究表明，基于病理标本的股骨头坏死体积测量值与磁共振成像（MRI）中的坏死体积（低信号强度区域）之间密切相关，所以我们选择刘江锋等［12］的方法，测算髋关节MRI图像T1像冠状位股骨头坏死面积最大的平面上低信号区域面积，用于评估影像学结果。目前大多数间充质干细胞治疗ONFH 临床研究表现出积极的结果，包括减轻疼痛、改善功能、逆转或延迟病情发展、减少全髋置换手术率等，但一些研究人员对此方法有所保留。不同的结果可能与患者的选择（患者ONFH 的阶段）、干细胞的植入方式、植入的细胞数量等有关。Ma等［17］报道ONFH 的阶段可能影响干细胞治疗的结果，Ⅳ期患者更倾向于不良预后，干细胞治疗晚期股骨头坏死不能很好地发挥作用，故本研究未纳入ARCO Ⅳ期病例。目前临床研究中干细胞治疗股骨头坏死的方法主要有髓芯减压联合干细胞移植、局部动脉灌注干细胞、静脉输注等。本研究采用超声引导下关节腔局部移植的方法，具有创伤性小、操作便捷等优势。

干细胞是一组具有自我更新和形成分化细胞能力的细胞。许多研究证实间充质干细胞具有向成骨细胞、血管内皮细胞等分化的潜能。研究表明，间充质干细胞治疗股骨头坏死主要通过改善股骨头的血液供应和改善骨骼重建等方面作用。间充质干细胞的移植可以增加内皮祖细胞的数量和血管生成细胞因子的分泌，从而可以诱导新生血管形成并改善股骨头的血液供应［18］。另外，间充质干细胞分化为成骨细胞，形成新生骨，以改善骨骼重建。间充质干细胞的来源包括脂肪组织，骨髓和脐带等［19］。本研究选择的是异体人脐间充质干细胞：Lee 和Houdek 等［20-21］研究证实，在非创伤性ONFH患者中，间充质干细胞的成骨和增殖减少，故从这些患者分离出的自体干细胞可能治疗效果欠佳。有研究表明激素以及酒精所致的股骨头坏死患者经骨髓间充质干细胞治疗后，分化成骨的可能性很小，更倾向于分化为脂肪细胞。而人脐间充质干细胞具有低免疫原性、体外扩增传代多、产量高等特点，同时来源丰富，容易收集，且不存在伦理问题。既往的研究资料显示，脐来源的间充质干细胞在器官修复、成骨及方面均表现出优良的种子细胞特征，其成集落生长潜能及成骨时间早于骨髓等其他来源的间充质干细胞［22］。

总之，本研究初步证实了关节腔局部植入间充质干细胞治疗早、中期股骨头坏死，可改善关节功能及影像学进展，是临床上治疗股骨头坏死的一种极具前景的安全、有效手段。但本研究为单中心、病例数少及随访时间较短，需要多中心大样本前瞻性随机对照研究进一步证实其有效性、安全性。