富血小板血浆治疗股骨头坏死机制及临床应用研究进展

战红旗，孙磊，卢斌，靳洪震，马剑雄，马信龙

股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是一种常见的难治性关节疾病，其病理特征为股骨头缺血性坏死、骨细胞死亡和软骨下骨小梁微骨折，最终会导致股骨头塌陷和继发性髋骨关节炎[1-4]。其病因和发病机制尚不清楚，可能由多种因素引起[5]。2009年，在中国研究人群中观察到的ONFH病例数为500 万至750 百万。中国每年预计将出现10万至20万新病例。因为其高发病率和高致残率的特点，ONFH给患者和医疗卫生系统带来了巨大的经济负担[6]。晚期ONFH难以保留髋关节，所以早期及时干预对降低髋关节置换率和提高患者生活质量具有重要意义。目前ONFH 的治疗方法包括早期治疗和晚期治疗。早期治疗的目的是减轻疼痛和延缓坏死的进展，包括患者教育、药物治疗和髓芯减压术。早期ONFH 的治疗关键在于新骨形成、血管生成、股骨头内部减压和软骨下骨的有效支持[7]。但ONFH早期治疗后，多数会不可逆地进展到股骨头塌陷，需要进行全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）[8]。因此，保髋手术及利用干细胞和生长因子等新技术治疗和延迟ONFH 是研究的热点问题[9]。近年来，再生技术如富血小板血浆（platelet rich plasma，PRP）和干细胞治疗，已逐渐应用于临床，以协助治疗早期ONFH[10]。PRP 是一种含有丰富生长因子的自体血小板浓缩物，从离心后的新鲜外周全血中获得。这些细胞生长因子可以促进血管生成、胶原合成和成骨细胞及成纤维细胞的有丝分裂[11,12]，在组织恢复中至关重要。本文旨在综述PRP 治疗ONFH的生理机制和临床应用。

1 PRP治疗股骨头坏死的机制

1.1 促进成骨和血管生成

ONFH 的病理机制关键在于坏死区域的成骨祖细胞和血管缺乏，因此促进成骨和血管生成、重建坏死区的骨结构是早期治疗ONFH 的关键所在。PRP含有多种促进骨诱导和组织愈合的生长因子，例如血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、转化生长因子-β1（transforming growth factor，TGF-β1）、转化生长因子-β2（transforming growth factor，TGF-β2）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、上皮生长因子（endothelial growth factor，EGF）、胰岛素样生长因子（insulinlike growth factor，IGF），以及充当骨传导支架的细胞黏附分子（纤维蛋白、纤维连接蛋白和玻璃体连接蛋白），这些生长因子促进和加速了正常的骨再生途径[13,14]。PDGF 刺激骨内成骨细胞有丝分裂，通过促进成骨来促进骨再生。还可以通过血管生成和巨噬细胞活化促进伤口愈合，间接促进骨修复和骨再生[15,16]。TGF-β1和TGF-β2可激活成纤维细胞和成骨细胞前体细胞有丝分裂并增加其数量，支持其向成熟的功能性成骨细胞分化；还能抑制破骨细胞的形成和骨吸收[16,17]。IGF-1被认为可以增加成骨细胞的数量，从而加速骨形成[18]。Karakaplan 等[19]报道，在PRP治疗激素性ONFH兔子的实验中，PRP治疗组的新骨形成率高于单独用骨髓注射和单独用髓芯减压术治疗，证明用PRP 治疗早期ONFH 有积极作用，并有可能延迟THA的需要。

有研究报道，单次注射PRP 可以加速血管植入坏死骨的外科血管生成[20]。PRP 的α 颗粒可以释放多种生长因子，VEGF是血管生成途径中的关键信号分子。VEGF 通过调节内皮细胞增殖和迁移刺激血管生成[21]。其他生长因子，PDGF、TGF-β、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）也可以刺激新生血管生成[21]。值得注意的是，血管生成是由各种生长因子协调调控的。Brill等[22]报道，在整个血管形成过程中，成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor 2，FGF-2）和VEGF 的联合作用似乎比单独使用FGF-2或VEGF更为关键。Lynch等[23]也加以证明，PDGF、IGF-1、EGF和bFGF以不同组合形成网络，产生协同效应，促进新生血管的形成。Xu等[24]发现PRP治疗组大鼠血清骨钙素、VEGF水平明显升高，显著上调β-连环蛋白（β-catenin）、碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、VEGF 和血小板内皮细胞黏附分子-1（即CD31）。

PRP在治疗ONFH小鼠模型的实验中，可显著上调VEGF、PDGF、IGF-1 和TGF-β 的mRNA 表达水平。这提示PRP 可诱导血管生成因子的产生，参与ONFH的血管生成[7]。PRP还可以促进其他血管生成相关因子，如肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、细胞间黏附分子-1（intercelluar adhesion molecule 1，ICAM-1）、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）和血小板源性内皮细胞生长因子（platelet-derived endothelial cell growth factor，PD-ECGF）的mRNA 表达水平显著升高[25]。值得一提的是，血管生成对新骨的形成至关重要。

1.2 抑制炎症反应

ONFH 是一种以关节慢性炎症为特征的自身免疫性疾病，特征是释放促进可降解介质的炎性细胞因子，随后自身免疫细胞渗入滑膜，导致关节损害[25,26]。炎症细胞因子已被确认参与ONFH的复杂调控信号网络，并由不同的细胞内激酶信号通路介导，调节自身免疫细胞的募集、刺激、激活[27]。在PRP 治疗ONFH小鼠的实验中，PRP治疗组小鼠滑膜细胞和脾脏中白细胞介素17A（interleukin-17A，IL-17A）、白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和NF-κB 受体激活蛋白配体（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）的mRNA 水平和浓度均显著降低，提示PRP 治疗通过有效抑制ONFH 小鼠体内的上述炎性细胞因子的表达，抑制炎症反应，减少炎症带来的组织损失和破坏[25]。

1.3 抑制糖皮质激素诱导的细胞凋亡

糖皮质激素的过度使用被认为是ONFH 最常见的原因之一[7,28]。ONFH与糖皮质激素内质网应激介导的骨细胞和血管内皮细胞凋亡有关[29,30]。有研究报道，由PRP 衍生的外泌体（PRP derived exosomes，PRP-Exos）在体内外对糖皮质激素-内质网应激诱导的细胞凋亡具有抑制作用。在内皮细胞中，PRP-Exos激活Akt和Erk途径以促进细胞增殖和存活，从而促进血管生成。在骨细胞中，PRP-Exos通过Wnt/β-catenin信号传导途径拯救成骨蛋白表达水平，从而维持成骨分化和成骨作用。在内质网应激下，PRP-Exos 通过Akt/ Bad/ Bcl-2/ Caspase-3 信号通路阻断CHOP 介导的Bcl-2 蛋白表达抑制，从而使细胞免于凋亡[29,31]。Wang 等[32]发现地塞米松诱导骨髓间充质干细胞（bone marrow stem cells，BMSCs）凋亡率和caspase-3表达增加，迁移和成骨分化减少，RUNX-2 和Bcl2 表达下调，PRP 可逆转地塞米松的上述抑制作用，增强BMSCs的增殖、迁移和成骨能力。

1.4 促进软骨修复

PRP具有改善骨软骨损伤的修复能力，其修复机制主要是PRP中多种高浓度的生长因子促进了骨软骨细胞的增殖和软骨基质的分泌，诱导软骨再生，加速软骨的形成[33-35]。PRP 可以刺激间充质干细胞迁移、增值、分化为关节软骨细胞，调节受损关节软骨的修复和再生，以及促进关节软骨的润滑[36]。

1.5 镇痛

PRP可以通过清除有害的炎症因子，中断炎症损伤过程来缓解疼痛[37]。也有研究表明，通过上调某些大麻素受体可以产生直接镇痛作用[38]。

2 临床应用

2.1 髓芯减压术后联合干细胞

2.1.1 髓芯减压术后PRP联合骨髓间充质干细胞

BMSCs易于体外扩增，免疫原性低，具有多向分化潜能，能为骨修复提供成骨细胞，促进血管化，改善坏死区的血液供应，为血管生成提供内皮细胞和生长因子。BMSCs具有良好的成骨活性和促进软骨生成，是治疗ONFH的基础。PRP具有良好的促进骨愈合的能力，同时含有大量的生长因子。PRP 联合BMSCs 治疗ONFH 时，PRP 中所含的生长因子在BMSCs 的组织修复、再生和分化过程中起着至关重要的作用[3,29]。Houdek 等[39]用BMSCs 和PRP 治疗22例（35髋）Ⅰ期、Ⅱ期ONFH患者，结果发现93%患者在3年的随访中没有出现股骨头塌陷，84%患者没有转为THA，疼痛和功能有明显改善。术后7年的随访中无股骨头塌陷和无THA 的存活率分别为84%和67%[40]。Martin 等[41]对73 例ONFH 患者实行髓芯减压术后，将取自髂骨的BMSCs和PRP注入骨坏死区，术后发现85%患者报告疼痛明显缓解。只有16个髋关节进一步恶化最终需要THA。作者得出结论这种治疗方式对于早期ONFH可获得满意的疗效，并可使坏死病灶完全消退。

2.1.2 髓芯减压术后PRP联合脂肪来源间充质干细胞

采用脂肪来源间充质干细胞（adipose-tissue-derived stem cells，ADSCs）治疗的人类坏死股骨头中会出现髓样骨组织的短期再生，ADSCs可能在ONFH的骨样组织再生中起着重要作用[42]。PRP 能为ADSCs提供多种潜在的必需因子，增强其成骨活性[43-45]。PRP对刺激骨骼、血管和软骨细胞的形成有一定的积极作用。Pak 等[42]对1 例43 岁Ⅰ期ONFH 患者采用ADSCs和PRP治疗坏死的髋关节，持续4周。治疗3个月后，患者髋关节疼痛明显改善，疼痛评分、活动范围显示坏死几乎完全消失，磁共振显示坏死区域有明显改善。治疗后的18 个月和21 个月，疼痛评分、活动范围和MRI 显示股骨头坏死区完全消失。此病例是首例经ADSCs/PRP治疗后早期ONFH完全消退的证据。Pak 等[46,47]将ADSCs 同透明质酸、PRP和氯化钙注射给3例Ⅳ期ONFH和1例Ⅲ期ONFH患者，发现4例患者注射ADSCs/PRP 4周以后，疼痛症状和活动范围有明显的改善，在第12 周进行的重复MRI 显示髋臼上骨缺损明显填充，股骨头皮质下区域有骨基质形成的迹象。作者认为这种简单、微创的ADSCs/PRP经皮穿刺手术可能对治疗早期ONFH患者具有极大的潜力。

2.2 髓芯减压术后PRP联合骨移植

自体新鲜骨移植物很容易获得，并且含有新鲜的红骨髓，可以提取出干细胞，具有良好的促进骨再生和修复的特性，经常用于治疗骨缺损和促进骨融合[48-50]。自体新鲜骨移植物中含有许多骨诱导生长因子，如骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein 2，BMP-2）、骨形态发生蛋白-7（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）、FGF、IGF 和PDGF。PRP 联合自体新鲜骨移植物可以诱导血管生成并增强细胞存活和功能，并且在坏死骨清除后提供空隙填充物和结构支持，为髓芯减压术中PRP 与新鲜骨移植提供优势互补的机会[51-53]。Xian等[53]研究PRP结合自体颗粒状骨移植在创伤性ONFH 塌陷前阶段的治疗效果，选取24 例采用髓芯减压术加PRP 联合自体颗粒植骨（治疗组），22 例采用髓芯减压加自体颗粒植骨（对照组）。术后随访发现，治疗组Harris评分和视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）均明显优于对照组，且与对照组相比，治疗组的临床结果和影像学结果更理想。作者认为PRP联合自体颗粒状骨移植是治疗Ⅱ、Ⅲ期创伤性ONFH一种有效、安全的方法，与单独自体颗粒状骨移植相比，可以获得更好的临床和影像学结果。Guadilla 等[54]对1 例ⅡA 期ONFH和3例ⅡB期ONFH患者，在关节镜下髓芯减压后行PRP和自体植骨，平均随访14个月，所有患者的疼痛症状均有好转，5 个月后恢复到正常的生活方式，MRI显示患者坏死有明显改善。Samy[15]给30例ONFH患者钻孔去除坏死区域，然后用混合有PRP 的骨移植复合物填充空腔，结果发现Harris评分和VAS评分有明显改善，85%患者表示疼痛明显缓解。D'Ambrosi等[3]评估了16例（24髋）ONFH患者，在髓芯减压术后注射PRP和MSCs联合人工移植骨治疗。结果发现，髓芯减压术后注射PRP和MSCs，联合人工移植骨治疗ONFH，与坏死分期有着显著的关联性，Ⅲ期和Ⅳ期患者失败的风险更高，随访75 个月后，Ⅰ期、Ⅱ期患者保髋成功率为80%，Ⅲ期、Ⅳ期患者为28.6%。

2.3 髓芯减压术后单独使用

Aggarwal 等[37]报道的一项随机对照试验中纳入40例（53髋）ONFH患者，随机分为2组后行髓芯减压术联合PRP 注射（PRP 组）或行单纯髓芯减压术治疗（对照组），随访63～65个月，末次随访时PRP组Harris评分改善率显著高于对照组，PRP组Ⅱ期ONFH发生进展的患者比例为24%，低于对照组的43%，表明PRP可以显著减轻ONFH患者的疼痛程度，改善中期功能预后，延缓ONFH，避免进展为股骨头塌陷或者需要THA。

2.4 单独用于非手术治疗

也有部分学者尝试将PRP 作为ONFH 的非手术治疗选择。Ibrahim等[33]对1例72岁由骨关节炎导致的ONFH患者使用自体PRP治疗。1个月后，患者疼痛缓解，VAS 评分由7 分改善为1 分，功能明显好转。MRI影像学表现出患侧股骨头解剖结构显著改善。作者认为使用PRP 作为继发性ONFH 非手术治疗方面有着非常大的潜力。Luan 等[55]将60 例Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期单侧ONFH 患者随机分配到PRP 组和体外冲击波治疗组（extracorporeal shock wave therapy，ESWT），两组均接受4 次治疗，结果发现PRP 组患者的VAS 评分、西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数量表（Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，WOMAC）评分、Harris 评分均有明显改善且优于ESWT 组，证实关节内注射PRP 在缓解疼痛和改善功能方面优于ESWT。

3 总结与展望

总体而言，PRP是通过将自体血液离心分离出血小板浓缩物，其内含有多种生长因子、高浓度的血小板和纤维蛋白等。PRP作为一种新兴的再生疗法，是治疗ONFH 的一种有前途的非手术治疗方法。许多研究表明，注射PRP治疗股骨头坏死具有安全性、缓解疼痛和改善功能的作用。至今尚没有文献报道过其在治疗ONFH后的并发症。研究表明，PRP通过诱导新骨形成和血管生成、抑制炎症反应、抑制糖皮质激素诱导的细胞凋亡、促进软骨修复以及镇痛机制修复治疗坏死股骨头。临床上，单独注射PRP 治疗ONFH不作为常规手段。通常是联合保髋手术，例如髓芯减压术后联合干细胞，或联合自体骨移植作为一种辅助治疗手段，用来延缓THA 的需要。PRP 取自自体血液、制备简单及可吸收等特点使其大大降低了免疫排斥和疾病传播风险，较为安全可靠。但是，目前关于PRP 的制备方法、注射入路、成分还没有统一，仍需要进一步的研究来优化PRP 的血小板制备方法、生长因子浓度、注射入路以及术后康复方案。还需要进一步的研究来更好地评估注射PRP的长期疗效和预后。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突