富血小板血浆联合干细胞治疗在骨外科中的应用研究进展▲

苏 辉 谭国庆 王若冲 薛海鹏 徐展望

(1 山东中医药大学第一临床医学院，山东省济南市 250035； 2 山东中医药大学附属医院脊柱骨科，山东省济南市 250035； 3 北京中医药大学，北京市 100000)

【提要】 在骨外科领域，富血小板血浆联合干细胞的治疗方法越来越受到重视，其具有促进组织再生的潜在优势，但是两者联合应用治疗的安全性及治疗效果仍存在争议。因此，本文就近年来富血小板血浆联合干细胞治疗在骨外科中的应用效果及安全性进行综述，为将来的研究方向及临床应用准则的制定提供参考。

富血小板血浆是一种含有浓缩血小板的自体血液产品，其富含血小板衍生生长因子、转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)、胰岛素样生长因子、表皮生长因子等，这些生长因子可以通过增强细胞的迁移、增殖、分化能力来促进组织再生[1]。干细胞具有减轻炎症反应，促进损伤组织修复和愈合的作用，同时还可以诱导细胞的迁移和分化，促进机体的恢复[2-3]。干细胞作为再生医学和组织工程的细胞来源受到了广泛关注[4]。目前的基础实验研究和临床应用研究表明，干细胞具有分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌细胞和成纤维细胞的能力[5]。越来越多的研究将富血小板血浆与干细胞联合应用，以使得两者协同作用的最大化，其良好的治疗效果也逐渐得到验证，并逐渐被应用于骨缺损、肌腱损伤、关节炎等骨外科领域[6]。本文就富血小板血浆联合干细胞在骨外科中的应用研究进展做一综述。

1 富血小板血浆联合干细胞治疗可促进成骨再生

富血小板血浆联合干细胞治疗能够刺激骨形态发生蛋白的大量分泌进而促进成骨分化，因此两者联合使用可增加骨缺损中的骨形成[7]。研究表明，用脂肪来源的干细胞联合自体富血小板血浆处理犬科动物骨缺损模型，具有显著促进骨髓间充质干细胞增殖和成骨的作用，从而促进骨缺损的恢复[8]。研究发现，与单独骨髓间充质干细胞治疗相比，采用富血小板血浆联合骨髓间充质干细胞治疗绵羊胫骨中段缺损，其新骨填充率更高，原因可能为骨髓间充质干细胞具有直接分化为成骨细胞和形成高效再生骨组织的潜力，而富血小板血浆的参与能够促进干细胞增殖及成骨分化[9-10]。Tajima等[11]在大鼠颅骨缺损模型中证实干细胞与富血小板血浆混合应用对骨再生有显著影响，其不仅具有促进成骨的潜能，还能够释放更多的成骨细胞因子，从而促进骨质再生，Wang等[12]同样得出相似的实验结果。临床中，将富血小板血浆与骨髓间充质干细胞的复合物置入生物支架载体中并用于治疗骨缺损，结果显示具有良好的促进骨缺损愈合的效果。富血小板血浆与干细胞生长因子在肌肉骨骼再生中的相互作用显著促进成骨细胞的增殖、分化和相关基因表达。研究表明，在兔模型胫骨缺损的治疗中，富血小板血浆同自体骨髓间充质干细胞的协同使用能够促进骨形成、骨吸收和新血管形成相关生长因子的表达[13]。Liao等[14]在颅骨缺损的兔子模型中植入富血小板血浆及干细胞的混合体，通过CT检查、组织学和免疫组织化学分析发现缺损部位有新骨形成。Hong等[15]通过检测试验对象的碱性磷酸酶、骨钙素和Ⅰ型胶原的基因表达水平，证实了在生物材料中使用富血小板血浆处理可促进干细胞的增殖和成骨分化，从而达到骨缺损的重建。Liu等[16]在颅骨缺损大鼠模型的研究中，证实了骨髓间充质干细胞与富血小板血浆联合应用具有促进骨缺损愈合及骨再生的作用。Silva 等[17]的研究表明，富血小板血浆及脂肪组织间充质干细胞联合使用可以使骨缺损模型小鼠出现一定程度的骨小梁新生，并增加成骨活性，该研究证明了脂肪组织间充质干细胞与富血小板血浆在骨再生中的再生潜能。Liu等[18]在脊柱损伤兔模型中通过CT扫描和三维重建，证实了骨髓间充质干细胞与富血小板血浆联合使用能够促进连续骨块的形成。 还有学者提取健康兔的骨髓间充质干细胞及富血小板血浆，将含有骨诱导性骨髓间充质干细胞的富血小板血浆注射到胶原海绵中，将其应用于下颌切牙拔除兔模型的牙槽中，结果显示骨髓间充质干细胞和富血小板血浆干细胞联合治疗能够促进牙种植体骨整合[19]。但也有学者发现，来源于猪髂嵴的骨髓间充质干细胞与自体富血小板血浆混合，并将其植入到猪的后槽牙窝中后，骨诱导分化率较低，对骨再生和骨整合并没有显著的积极影响[20]。因此，富血小板血浆联合干细胞治疗应用于骨再生的有效性及安全性仍需要在大样本动物及临床中进行更多的研究探索，今后也应开展更多的分子机制研究。

2 富血小板血浆联合干细胞治疗可促进软骨再生

富血小板血浆联合干细胞的主要优势是能够加强干细胞分化为骨细胞和软骨细胞的能力[21]。Salkn等的[22]研究表明，富血小板血浆与干细胞的联合使用对软骨形成有诱导作用。富血小板血浆自身含有多种天然生长诱导因子，可以使干细胞产生多种生长蛋白质，从而增加干细胞的软骨分化潜力[23]。Wang等[24]通过免疫荧光和细胞化学染色及软骨发生相关基因表达分析表明，富血小板血浆联合骨髓间充质干细胞比单一应用骨髓间充质干细胞具有更强的促进软骨分化能力，进一步证实了其联合应用的有效性。Fang等[25]研究发现，富血小板血浆联合干细胞可能是通过TGF-β/SMAD信号通路促进软骨再生。Xu等[1]研究发现，富血小板血浆促软骨再生的作用可以通过调控核因子-κB途径来增强。Hesari等[26]研究也发现富血小板血浆能够在体外条件下联合脂肪干细胞促进TGF-β的表达加强软骨形成。Beigi等[27]使用含富血小板血浆的软骨形成介质培养脂肪源性干细胞-藻酸钠微球复合物，结果显示微球中的软骨形成标志物表达上调；使用含脂肪源性干细胞和富血小板血浆的藻酸钠支架修复骨缺损兔子模型，发现在骨缺损处功能性软骨细胞增多，与天然透明软骨相容的细胞外基质分泌增加，软骨再生组织的完整性得到改善。Hsu等[28]的研究表明，富血小板血浆联合干细胞治疗可在术后14周内促进兔骨缺损模型软骨缺损的愈合。然而，目前的研究也存在局限性：目前大部分的研究仅在急性软骨损伤模型中进行，未来应进一步研究以确定富血小板血浆联合干细胞治疗对慢性骨损伤的作用；此外，目前的评估指标较为单一，缺乏诸如生物力学等方面的评判标准；目前对于两者在临床及基础实验中联合应用的研究较少，富血小板血浆联合干细胞用于促进软骨再生的安全性也有待进一步研究。

3 富血小板血浆联合干细胞治疗可促进血管再生

Conese等[29]通过对既往的文献进行分析，证实了富血小板血浆联合干细胞在伤口愈合和血管生成方面具有积极作用。Myung等[30]的研究结果显示，骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆治疗可促进小鼠的伤口愈合和血管生成，其血管内皮生长因子、内皮素等表达明显增加。Naderi等[31]研究发现，含有富血小板血浆与脂肪干细胞涂层的纳米复合支架可促进血管生成。Karina等[32]研究发现，经干细胞联合富血小板血浆治疗的大鼠伤口愈合更快。Gao等[33]通过激光灌注成像和免疫组织化学技术评估了几种血管生成生长因子在皮肤移植物中的水平，结果表明富血小板血浆联合干细胞能够促进内皮细胞的分化、加速新血管的生成。但两者联合应用于创伤领域的效果及机制，仍需更有力的数据支持。

4 富血小板血浆联合干细胞治疗关节炎的效果

富血小板血浆联合干细胞治疗能够减轻骨关节炎患者关节的氧化应激和炎性反应，延缓关节炎的进程。Pintat等[34]对19例保守治疗失败的膝关节骨性关节炎的患者进行镜下骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆注射，治疗后患者西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数明显降低，且无并发症发生，但患者的MRI检查图像未发现明显变化，表明注射骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆对膝关节骨性关节炎患者的膝关节功能有一定的改善作用。还有研究表明，富血小板血浆联合间充质干细胞注射对轻度、中度关节炎患者具有缓解症状、恢复功能和修复组织的作用[35-36]。Yanasse等[21]比较单纯富血小板血浆和富血小板血浆联合干细胞治疗关节炎患者的疗效，发现接受联合治疗的患者的滑膜组织炎性物质表达水平下降更明显。Southworth等[37]研究发现，干细胞联合富血小板血浆治疗后膝关节骨性关节炎患者的病情改善率为51%，其可改善中度、重度关节炎患者的膝关节功能指数评分。 Prodromos等[38]采用自体脂肪干细胞、骨形态发生蛋白和富血小板血浆联合治疗中度膝关节骨性关节炎患者，效果显著，其可使大多数患者避免采用全膝关节置换术治疗。研究发现，关节腔内注射间充质干细胞联合富血小板血浆治疗膝关节骨关节炎患者是安全、有效的，患者的临床症状、膝关节功能评分、国际膝部委员会评分及骨关节炎结果评分均显著改善[39-43]。Vannabouathong等[44]的研究表明，干细胞联合富血小板血浆治疗在踝关节骨性关节炎患者中同样具有良好的效果。但目前关于富血小板血浆联合干细胞治疗膝关节骨性关节炎的方案缺乏统一标准，大部分研究结果未能证实其长期有效性，且部分研究的样本量较小，今后仍需要开展长期、大规模、多中心的随机对照试验来证实富血小板血浆联合干细胞疗法的效果。此外，富血小板血浆联合干细胞治疗关节炎的具体机制仍不完全清楚，有研究表明其可能通过Wnt信号通路发挥调节作用[45]，但仍需要进一步研究了解Wnt信号通路调节的具体机制。

5 富血小板血浆联合干细胞治疗股骨头坏死的效果

股骨头坏死是由血液供应中断引起骨细胞凋亡而导致的，治疗股骨头坏死的最重要环节是促进成骨和血管生成，恢复骨形成以促进关节面的重塑恢复[46]。富血小板血浆主要通过诱导血管生成和成骨加速骨愈合，抑制坏死病变组织中的炎症反应以及骨细胞凋亡治疗股骨头坏死[47]。然而，富血小板血浆单独治疗股骨头坏死的效果并不好，需结合核心减压和其他治疗方法来发挥其作用[48]。干细胞可调节多种营养因子，有助于诱导和增强骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化以促进骨再生[49]。因此，有学者建议采用富血小板血浆联合干细胞治疗早期股骨头坏死[50]。D′Ambrosi等[51]的研究表明，骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆治疗可提高股骨头坏死患者的成骨活性并促进骨愈合。Houdek等[52]研究发现，股骨头髓芯减压后采用骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆治疗，能改善股骨头坏死患者的疼痛和关节活动功能，患者术后3年均没有出现股骨头塌陷。Rocchi等[53]回顾性分析了52例股骨头坏死患者的临床资料，发现股骨头髓芯减压联合富血小板血浆与骨髓间充质干细胞治疗股骨头坏死的疗效明显，能够延缓甚至避免患者接受关节置换术治疗。虽然富血小板血浆联合干细胞治疗在股骨头坏死方面的疗效显著，然而两者均不能逆转股骨头坏死的病理生理过程，其治疗机制、治疗方案的标准化还有待进一步研究。

6 富血小板血浆联合干细胞治疗肌腱损伤的效果

肌腱和韧带是高度组织化的组织，依赖于细胞外基质的强度和结构来发挥作用。富血小板血浆富含的血小板衍生生长因子能够诱导肌腱细胞增殖和合成适当的细胞外基质蛋白[54]。骨髓干细胞是来源于中胚层的多能细胞，能够分化为骨、软骨、脂肪、肌腱和其他类型的结缔组织，其常用于治疗肌腱和韧带损伤。目前，被普遍接受的观点是骨髓间充质干细胞可能通过旁分泌表达细胞因子和分泌体，以及细胞间相互作用，来刺激修复[55]。研究表明，使用富血小板血浆联合干细胞治疗肌腱损伤马模型具有较强的组织修复性，再损伤率较低[56]。McGoldrick等[57]设计了一种富血小板血浆及干细胞的生物凝胶，并利用大鼠的跟腱组织进行培养实验，14 d后发现该生物凝胶对跟腱组织的修复效果明显。Freitag等[58]的研究表明，采用自体脂肪来源的干细胞联合富血小板血浆治疗网球肘患者，患者肌腱的炎症反应显著改善，干细胞联合富血小板血浆具有快速减轻疼痛及修复组织功能的作用。Kim等[59]采用超声引导下骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆注射治疗肩袖肌腱部分撕裂患者，结果显示该联合疗法能够减轻患者的疼痛并改善肩关节功能。Rubio-Azpeitia等[60]采用骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆注射治疗肌腱损伤，结果显示患者的肌腱组织活性增加，炎症水平降低，肌腱细胞可产生较强的趋化和促有丝分裂的特性，可诱导内源性细胞迁移，加速组织修复。Yuksel[61]等采用富血小板血浆联合骨髓间充质干细胞治疗跟腱断裂大鼠模型4周，结果显示大鼠的肌腱组织强度提升，肌腱延展性明显增加。Teng等[62]的研究也证实了富血小板血浆联合骨髓间充质干细胞治疗可增强前交叉韧带重建兔模型的腱-骨愈合，提示其具有临床应用的潜力。Xu[63]等的研究表明，富血小板血浆联合干细胞治疗是一种加速跟腱断裂早期愈合的有效方法。Pogorzelski等[64]研究发现，富血小板血浆联合干细胞治疗可能有助于肩袖撕裂的愈合。Canapp等[65]的研究表明，富血小板血浆联合干细胞治疗可明显改善韧带撕裂狗模型的冈上肌肌腱损伤。Rodas等[66]将自体骨髓扩增间充质干细胞联合富血小板血浆注入断裂的肌腱损伤区域，结果显示注入后的肌腱具有较强的恢复能力。虽然，富血小板血浆在改善肩袖愈合方面的作用已研究较多，但涉及其他部位肌腱的研究较少，最佳的调制和递送载体仍有待进一步研究以明确。此外，富血小板血浆联合干细胞治疗肌腱损伤的效果还需要进行大规模、多中心、随机前瞻性的研究进一步探讨。

7 富血小板血浆联合干细胞治疗脊柱椎间盘疾病的效果

富血小板血浆及干细胞均能抑制体外培养的神经干细胞的炎症反应[67]。富血小板血浆含有大量自体生长因子，并具有网状纤维结构，这种结构可能使脂肪干细胞分化为髓核样细胞[68]。Ma等[69]的研究表明，含富血小板血浆的脂肪干细胞可有效修复早期退变的椎间盘。研究表明，采用骨髓间充质干细胞联合富血小板血浆治疗腰椎间盘突出症兔模型，可明显改善病变腰椎间盘的形态学和组织学功能。还有研究表明，富血小板血浆联合骨髓间充质干细胞注射治疗可明显减轻椎间盘源性疼痛[70]。Comella等[71]研究发现，椎间盘内注射干细胞联合富血小板血浆治疗椎间盘退变性疾病是安全、有效的。目前有关富血小板血浆联合干细胞治疗应用于脊柱椎间盘疾病领域的研究仍较少，动物实验及临床实验数据仍较少，还需要进一步深入研究。

8 小结与展望

富血小板血浆与干细胞的协同作用可加速骨和软组织的恢复及再生，故在骨外科领域，两者的联合治疗越来越受到重视。但是目前两者联合治疗的具体作用机制仍不清楚，治疗方案仍未标准化及规范化，安全性及有效性仍需进一步研究。总之，富血小板血浆联合干细胞治疗在骨和软组织再生方面具有较好的研究价值和广阔的应用前景，未来仍值得进一步探索。