祝兆琛 謝宗平

疼痛是一種與組織損傷或潛在的組織損傷相關(guān)的痛苦體驗(yàn)[1]，是骨科門診患者就診的最主要原因。慢性疼痛指持續(xù)或反復(fù)發(fā)作超過(guò)3個(gè)月的疼痛[2]，全世界范圍內(nèi)約15億人受其困擾，給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)[3]。引起骨科慢性疼痛的疾病主要包括骨關(guān)節(jié)炎(OA)、肌腱損傷和神經(jīng)損傷等。目前，治療骨科慢性疼痛的方法主要包括口服非甾體類抗炎藥，局部封閉治療及手術(shù)治療(如關(guān)節(jié)置換術(shù)等)。但這些方法可能引起胃腸道不適及軟骨損傷等不良反應(yīng)，且療效欠佳[4]。因此，探索新的治療方法十分必要。研究顯示，干細(xì)胞治療對(duì)OA、肌腱疾病和神經(jīng)損傷等具有良好的修復(fù)效果[5-6]。本文就干細(xì)胞治療骨科相關(guān)慢性疼痛的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 骨科慢性疼痛形成的原因

骨骼、肌肉疼痛是骨科慢性疼痛的主要類型，常見(jiàn)者如關(guān)節(jié)痛、頸肩痛、腰背痛等[7]，其病因包括OA、肌腱疾病和神經(jīng)損傷等。炎癥是疼痛產(chǎn)生的主要原因。炎癥的主要作用是清除引起細(xì)胞損傷的因素，并介導(dǎo)組織修復(fù)。同時(shí)，組織損傷后釋放的炎性介質(zhì)作用于外周初級(jí)傳入神經(jīng)的痛覺(jué)感受器，導(dǎo)致經(jīng)典介質(zhì)(如緩激肽、前列腺素和神經(jīng)生長(zhǎng)因子等)、促炎因子、趨化因子、微小RNA等釋放，從而導(dǎo)致疼痛[8]。

關(guān)節(jié)內(nèi)的滑膜炎癥是OA產(chǎn)生疼痛的主要原因。在OA的滑膜組織中，單核細(xì)胞浸潤(rùn)并釋放大量炎性介質(zhì)，如腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β等。這些炎性介質(zhì)通過(guò)釋放下游炎性因子如基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)、細(xì)胞因子等促進(jìn)疼痛的產(chǎn)生[9]。此外，痛覺(jué)感受器持續(xù)激活可增加脊髓背角的中樞神經(jīng)元中神經(jīng)遞質(zhì)釋放，同時(shí)，損傷或炎癥局部的神經(jīng)末梢釋放神經(jīng)肽類因子，如P物質(zhì)及TNF-α等，加重炎癥反應(yīng)[10]。

在肌腱疾病的發(fā)生發(fā)展中，IL-1β、IL-6、IL-17A、脊髓P物質(zhì)等炎性因子與巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞等免疫細(xì)胞相互作用，共同導(dǎo)致肌腱內(nèi)慢性炎癥的遷延，引起慢性疼痛[11-12]。

神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生與神經(jīng)系統(tǒng)炎癥密切相關(guān)。外周神經(jīng)損傷后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞被激活并產(chǎn)生增殖[13]，在三磷酸腺苷、集落刺激因子(CSF)-1等刺激下，小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生p38有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化，產(chǎn)生并釋放TNF-α、IL-1β、IL-18、腦源性生長(zhǎng)因子等細(xì)胞因子，以及環(huán)氧合酶(COX)、前列環(huán)素(PG)E2等炎性介質(zhì)[14]，最終使疼痛信號(hào)傳遞到大腦，導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛發(fā)生。因此，局部組織或神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥與骨科慢性疼痛的發(fā)生密切相關(guān)，緩解炎癥反應(yīng)是治療骨科慢性疼痛的關(guān)鍵。

2 干細(xì)胞治療骨科慢性疼痛的作用機(jī)制

干細(xì)胞具有強(qiáng)大的組織修復(fù)能力。由于胚胎干細(xì)胞存在倫理限制問(wèn)題，目前再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要使用間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)等成體干細(xì)胞進(jìn)行研究。MSC具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)及抗炎作用，其可直接到達(dá)損傷及炎癥部位，通過(guò)與免疫細(xì)胞交流和分泌可溶性分子的方式，直接或間接調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)[15]。MSC通過(guò)釋放轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1以及PGE2等物質(zhì)參與調(diào)節(jié)T細(xì)胞數(shù)目，并可促使幼稚的CD4+T細(xì)胞分化為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，將分泌大量干擾素(IFN)-γ和TNF-α的Th1細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)門h2細(xì)胞[16]。此外，MSC還通過(guò)調(diào)節(jié)自然殺傷細(xì)胞和B細(xì)胞的活性，與單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等相互作用，參與炎癥的調(diào)節(jié)過(guò)程[17-18]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)已證實(shí)，MSC在移植物抗宿主反應(yīng)、多發(fā)性硬化性骨關(guān)節(jié)炎、炎性氣道疾病等炎癥性疾病中均可發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能[17]。綜上所述，MSC可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫因子或免疫細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)以及炎性疾病的治療。干細(xì)胞及其衍生物通過(guò)其強(qiáng)大的組織修復(fù)功能廣泛應(yīng)用于骨科疾病治療的研究中[19]。

2.1 OA引起的慢性疼痛

OA是導(dǎo)致關(guān)節(jié)慢性疼痛的常見(jiàn)原因[20]。干細(xì)胞可與關(guān)節(jié)內(nèi)的巨噬細(xì)胞等相互作用，參與下調(diào)OA過(guò)程中的炎性反應(yīng)[21]。Ichiseki等[22]通過(guò)向關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射碘乙酸鈉構(gòu)建大鼠肩關(guān)節(jié)炎模型，并將MSC注射到其關(guān)節(jié)腔內(nèi)。他們發(fā)現(xiàn)，與抗炎性反應(yīng)及保護(hù)軟骨相關(guān)的TNF-α刺激基因(TSG)-6的表達(dá)水平顯著增高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，MSC可抑制脊髓后角中抗降鈣素原基因相關(guān)肽等疼痛相關(guān)蛋白的表達(dá)，并抑制關(guān)節(jié)退變發(fā)生。干細(xì)胞來(lái)源外泌體作為干細(xì)胞的衍生物，可發(fā)揮與干細(xì)胞類似的功能。Khatab等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，在鼠OA模型的關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射MSC分泌物可達(dá)到與注射MSC類似的緩解疼痛及修復(fù)軟骨組織的效果。Zhang等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，MSC來(lái)源的外泌體可激活下頜下關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的蛋白激酶B(AKT)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和腺嘌呤核糖核苷酸依賴的蛋白激酶(AMPK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，減輕關(guān)節(jié)內(nèi)的炎癥反應(yīng)，從而緩解下頜下關(guān)節(jié)炎的疼痛。

2.2 肌腱疾病引起的慢性疼痛

肌腱疾病是由局部組織退變及炎癥共同導(dǎo)致的骨骼肌肉系統(tǒng)常見(jiàn)疾病[11-12]。研究發(fā)現(xiàn)，將胚胎干細(xì)胞植入大鼠受損肌腱處可改善肌腱的結(jié)構(gòu)及功能[25]。Xu等[26]報(bào)道，使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)源的神經(jīng)嵴干細(xì)胞對(duì)髕腱損傷進(jìn)行修復(fù)有明顯修復(fù)效果，但其長(zhǎng)期效果尚待觀察。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)MSC可促進(jìn)肌腱修復(fù)[27]。此外，Wang等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，肌腱干細(xì)胞來(lái)源的外泌體可通過(guò)維持肌腱細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)態(tài)而促進(jìn)肌腱損傷的修復(fù)。雖然多種干細(xì)胞對(duì)于肌腱具有強(qiáng)大的修復(fù)作用，但其是否可以緩解肌腱疾病所致的疼痛尚不明確。

2.3 神經(jīng)病理性疼痛

神經(jīng)病理性疼痛是由于感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病導(dǎo)致的疼痛，與其他慢性疼痛相比，其疼痛程度更嚴(yán)重[29]。脊髓損傷及外周神經(jīng)損傷等常導(dǎo)致患者出現(xiàn)慢性神經(jīng)病理性疼痛。有學(xué)者建立廣泛性神經(jīng)損傷的神經(jīng)病理性疼痛小鼠模型，在其側(cè)腦室中移植人MSC。他們發(fā)現(xiàn)，小鼠的后足痛閾下降，且小鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)的IL-1β和IL-17的表達(dá)降低，IL-10表達(dá)增高，β-半乳糖苷酶的過(guò)活化受到抑制[30]。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)病理性疼痛小鼠模型中，于尾靜脈注射人MSC可起到緩解疼痛的作用[31]。對(duì)于外周神經(jīng)損傷導(dǎo)致的神經(jīng)病理性疼痛，有學(xué)者在損傷的坐骨神經(jīng)局部移植脂肪來(lái)源的MSC,發(fā)現(xiàn)可降低大鼠的痛閾和熱敏感性，且可減輕脊髓的結(jié)構(gòu)改變，減少脊髓背角內(nèi)細(xì)胞凋亡數(shù)目[32]。一項(xiàng)meta分析研究顯示，干細(xì)胞移植可減輕脊髓損傷后的大鼠和小鼠的痛覺(jué)過(guò)敏現(xiàn)象[33]。有研究發(fā)現(xiàn)，在脊髓損傷的大鼠模型中，脊髓中移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)或臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(USMSC)均可明顯緩解疼痛，兩種細(xì)胞在緩解疼痛和恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能上無(wú)明顯差異[34]。干細(xì)胞移植可明顯降低巨噬細(xì)胞及局部小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)磷酸化-p38MAPK的表達(dá)，并修復(fù)損傷的血-脊髓屏障，參與緩解神經(jīng)病理性疼痛[35]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，將胚胎干細(xì)胞來(lái)源的γ-氨基丁酸能神經(jīng)元移植到脊髓損傷區(qū)可明顯抑制慢性神經(jīng)病理性疼痛[36]。除干細(xì)胞外，干細(xì)胞外泌體對(duì)緩解神經(jīng)病理性疼痛也有良好效果。Shiue等[37]建立大鼠神經(jīng)損傷性疼痛模型，使用人UCMSC來(lái)源的外泌體治療，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性鞘內(nèi)注射外泌體可明顯緩解疼痛，且可降低大鼠脊髓后角神經(jīng)節(jié)中TNF-α和IL-1β的表達(dá)，升高IL-10和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)。

干細(xì)胞在治療多種退行性病變及炎性疾病中均取得良好效果。干細(xì)胞也可起到緩解疼痛的作用，但相關(guān)研究相對(duì)較少，且主要聚焦于干細(xì)胞的抗炎效果。除抗炎外，干細(xì)胞還通過(guò)哪些途徑與機(jī)制發(fā)揮止痛效果尚待進(jìn)一步研究。疼痛作為一種主觀感受，在動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中只能通過(guò)疼痛相關(guān)通路的檢測(cè)和動(dòng)物行為學(xué)的觀察進(jìn)行評(píng)估，僅具有一定參考作用。干細(xì)胞對(duì)疼痛的治療作用還需大量臨床研究進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。

3 干細(xì)胞治療骨科慢性疼痛的臨床應(yīng)用

3.1 治療OA慢性疼痛

Centeno等[38]報(bào)道，在1例膝關(guān)節(jié)OA患者的關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射BMSC可緩解其95%的疼痛，且MRI影像顯示,半月板和關(guān)節(jié)透明軟骨的厚度增加。Emadedin等[39]對(duì)17例OA患者關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射自體MSC，治療6個(gè)月后患者的平均西大略湖和麥克馬斯特大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎評(píng)分(WOMAC)從47分降至17分(滿分100分)，但治療30個(gè)月后其WOMAC評(píng)分又返回治療前水平。Vega等[40]對(duì)膝關(guān)節(jié)OA患者予關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射同種異體BMSC(15例)或玻璃酸鈉(15例)，隨訪1年發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞緩解疼痛的效果是玻璃酸鈉的2倍，且具有相當(dāng)?shù)陌踩?。此外，Ⅱ期臨床試驗(yàn)中也顯示，在膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射自體脂肪來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞(ADMSC)，可明顯改善患者的疼痛癥狀和關(guān)節(jié)功能。隨訪6個(gè)月，患者的平均疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分(VAS)從6.8分降至3.4分[41]。研究顯示，多種來(lái)源的MSC均可改善膝關(guān)節(jié)OA患者的疼痛癥狀，且在疾病早期接受治療者可獲得更好的療效[42]。為探究干細(xì)胞對(duì)OA治療的安全性，Peeters等[43]采用系統(tǒng)綜述方法評(píng)估了8項(xiàng)(共844例患者)采用局部自體BMSC移植治療OA的研究，發(fā)現(xiàn)其并發(fā)癥和不良反應(yīng)發(fā)生率均較低。他們認(rèn)為干細(xì)胞療法是一種安全的治療方法。

綜上所述，目前大量臨床試驗(yàn)已驗(yàn)證干細(xì)胞對(duì)OA引起疼痛的治療作用，但仍缺乏大規(guī)模多中心的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)以驗(yàn)證干細(xì)胞對(duì)OA的治療效果。

3.2 治療肌腱疾病慢性疼痛

肌腱疾病是以疼痛、腫脹、功能受限為特征的肌腱退行性病變。在肌腱疾病導(dǎo)致的疼痛中，干細(xì)胞療法也可起到明顯鎮(zhèn)痛作用[44]。Pascual-Garrido等[45]對(duì)8例因慢性髕骨肌腱病進(jìn)行自體BMSC治療的患者進(jìn)行了5年隨訪?；颊咴谥委熀筇弁淳忻黠@緩解，且對(duì)治療滿意度高。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)肱骨外上髁炎患者在超聲引導(dǎo)下注射同種異體ADMSC到損傷局部，治療后52周隨訪時(shí)，疼痛VAS從(66.8±14.5)mm降至(14.8±13.1)mm[46]。Jo等[47]報(bào)道了首個(gè)肌腱內(nèi)注射自體ADMSC治療肩袖損傷病例，注射后患者的VAS評(píng)分下降了71%，肩關(guān)節(jié)功能明顯恢復(fù)，MRI檢查顯示關(guān)節(jié)囊側(cè)肌腱缺損恢復(fù)90%，未出現(xiàn)嚴(yán)重治療相關(guān)不良反應(yīng)。

雖然目前研究顯示干細(xì)胞對(duì)于肌腱疾病療效較好，但由于相關(guān)臨床試驗(yàn)較少，尚需更多臨床研究驗(yàn)證各類干細(xì)胞在肌腱疾病治療中的短期及中長(zhǎng)期療效。

3.3 治療慢性神經(jīng)病理性疼痛

慢性神經(jīng)病理性疼痛的治療方法尤為欠缺，需要更多途徑對(duì)神經(jīng)損傷進(jìn)行修復(fù)與治療。Venturi等[48]通過(guò)自體脂肪組織結(jié)合干細(xì)胞局部移植治療難治性陰部神經(jīng)痛。治療12個(gè)月后，15例受試者中10例疼痛明顯減輕(平均VAS評(píng)分從8.1分降至3.2分)，且對(duì)神經(jīng)傳導(dǎo)功能未有明顯影響。Vaquero等[49]將自體BMSC注射入蛛網(wǎng)膜下腔治療脊髓損傷后神經(jīng)病理性疼痛，共納入10例患者，注射后1個(gè)月患者VAS評(píng)分明顯降低。

雖然關(guān)于干細(xì)胞治療脊髓損傷等導(dǎo)致的神經(jīng)病理性疼痛的研究較多，但主要集中在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，其機(jī)制與療效尚待進(jìn)一步探索。

4 小結(jié)

盡管許多研究已證實(shí)干細(xì)胞在骨科慢性疼痛治療中具有積極作用，但是這些研究尚在臨床試驗(yàn)階段，納入患者數(shù)量少且無(wú)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。關(guān)于干細(xì)胞的提純和分類尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同來(lái)源和種類的干細(xì)胞的生物學(xué)功能也不盡相同。此外，干細(xì)胞移植存在成瘤和促瘤生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，其有效性和安全性尚待進(jìn)一步評(píng)估。干細(xì)胞外泌體作為干細(xì)胞發(fā)揮功能的主要物質(zhì)也具有緩解慢性疼痛的作用，且在制備、儲(chǔ)存以及安全性上更具優(yōu)勢(shì)。未來(lái)需對(duì)干細(xì)胞及其外泌體內(nèi)的生物活性物質(zhì)進(jìn)一步探索以闡明其在治療慢性疼痛中的作用機(jī)制，并開展更多大規(guī)模的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)。