骨髓間充質干細胞（bonemarrowmesenchymalstemcells，BMSCs）具有很強的自我更新能力和多向分化潛能，而且其來源較為方便，不受到倫理學問題的困擾，易于分離、培養(yǎng)、擴增和純化，因此是臨床疾病治療的理想種子細胞，亦是精準化個體干細胞治療的首選細胞。采用BMSCs進行細胞治療已經(jīng)在多個領域取得豐碩的成果，其具有低免疫原性和免疫調節(jié)功能，因此在腎移植[1]、白血病造血干細胞移植中被用于預防和治療移植物抗宿主病[2]、克羅恩病[3]的治療；BMSCs在體內或體外特定的誘導條件下，可分化為肌細胞、肝細胞、成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、基質細胞等多種組織細胞[4,5]，因而被廣泛應用于各種組織器官損傷修復，包括心肌損傷缺血[6,7,8]、急性呼吸窘迫綜合癥[9,10]、肝硬化[11,12,13]、糖尿病[14,15]、神經(jīng)系統(tǒng)損傷及退行性疾病[16,17,18]、骨科疾病[19]等。

BMSCs應用于骨科疾病治療的研究已經(jīng)有相當長的時間，研究方向主要包括BMSCs復合材料進行骨缺損修復。此外，BMSCs局部注射還應用于治療骨關節(jié)炎、股骨頭壞死、退行性椎間盤退變、脊髓損傷和膝內翻，靜脈滴注可以治療成骨發(fā)育不全和低磷酸酯酶癥等全身骨骼疾病。隨著細胞治療技術研究的深入和手術技術的不斷發(fā)展，BMSCs移植治療骨科疾病的安全性和有效性已得到初步驗證，治療的適應癥也有所增加，但治療效果還是有一定的差異性。總結BMSCs移植在骨科疾病治療研究結果有利于臨床工作人員選擇合適的細胞治療方法，提高疾病治愈效果。

本文以"骨髓間充質干細胞"、"Bonemarrowderivedmesenchymalstemcells"、"細胞治療"、"Celltherapy"、"骨科疾病"、"Orthopaedicsdisease"等作為檢索關鍵詞在Pubmed、Embase、webofScience、CNKI數(shù)據(jù)庫進行檢索，限定檢索結果為針對人類的研究。文獻納入標準：①納入文獻類型為期刊論文、學位論文、中外專利、綜述；②文章研究內容與BMSCs治療在骨科疾病治療中的應用密切相關；③同一領域選擇近發(fā)表或在權威雜志上發(fā)表的文章。排除標準：①非英語的外文文獻；②內容重復的文獻；③無法獲得全文的文獻。最終61篇文獻被納入本研究，其中基礎研究相關文獻3篇，臨床研究文獻47篇，綜述及其他文獻12篇；中文文獻5篇，英文文獻56篇（圖1）。對最終篩選出的文獻按照骨科退行性疾病研究和骨科遺傳性疾病研究進行分類。本文旨在歸納近些年關于BMSCs移植在骨科疾病治療領域的最新研究進展，總結先進的治療方案，為今后的相關研究指明方向。

一、BMSCs移植治療骨科退行性疾病

（一）骨關節(jié)炎

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）多發(fā)生于中老年人，是導致老年人關節(jié)疼痛和活動能力喪失的主要原因，嚴重影響患者的生活質量并造成巨大的社會和經(jīng)濟負擔[20]。目前，OA的治療方法仍十分有限，主要包括對癥緩解疼痛及疾病晚期行關節(jié)置換手術，暫時無治愈或阻止其進展的有效手段[21]，急需可以改善其進展和預后的新的治療靶點和方法。BMSCs可以向軟骨細胞分化，因此學者對BMSCs移植治療OA進行了一系列的臨床研究（圖2）。

骨髓間充質干細胞增殖分化模式圖，骨髓間充質干細胞在體內外特定環(huán)境下分化為不同類型的細胞：神經(jīng)細胞、上皮細胞（外胚層），脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、結締組織細胞（中胚層），腸上皮細胞、肌細胞、肺細胞（內胚層）

Centeno等[22]進行了關于自體BMSCs移植治療OA的研究，抽取1例雙側膝關節(jié)炎患者的椎體和髂骨骨髓，分離培養(yǎng)獲取自體BMSCs；分3次，每次間隔1周，注射2.24×107個細胞至關節(jié)腔內，6個月后功能評價指數(shù)（functionalratingindex，F(xiàn)RI）由21降至9，視覺模擬量表（visualanalogscale，VAS）疼痛評分由4分降為0.38分，MRI定量分析結果顯示關節(jié)軟骨和半月板體積明顯增加。Davatchi等[23]將體外培養(yǎng)的自體BMSCs通過關節(jié)腔注射治療4例嚴重膝關節(jié)炎患者單側膝關節(jié)，發(fā)現(xiàn)治療側膝關節(jié)的疼痛明顯減輕，VAS評分降低，關節(jié)摩擦音明顯改善，關節(jié)活動度提高。Orozco等[24]將4×107個體外培養(yǎng)的自體BMSCs注射到12例膝關節(jié)炎患者的關節(jié)腔內，1年后所有患者的膝關節(jié)相關功能指數(shù)都得到改善，MR檢查T2WI的橫向弛豫時間圖定量顯示損傷關節(jié)軟骨面積降低27%，并且其中11例膝關節(jié)軟骨質量均提高。Vega等[25]是在細胞移植治療膝關節(jié)炎中唯一使用異體BMSCs的團隊，其將30例隨機分為異體BMSCs注射治療和透明質酸注射對照組兩組，1年后BMSCs注射組的膝關節(jié)功能指數(shù)得到顯著改善，伴隨膝關節(jié)軟骨質量的提高，治療組的損傷軟骨區(qū)域面積顯著降低。

BMSCs移植治療骨關節(jié)炎的安全性已得到驗證，無副作用、不會引起其他并發(fā)癥發(fā)生；所有報道也證明其可行有效，治療效果理想。但治療時的細胞濃度和劑量沒有統(tǒng)一的標準，還需要多中心大規(guī)模臨床Ⅱ期和Ⅲ期試驗的考證。

（二）骨股頭壞死

股骨頭壞死（osteonecrosisoffemoralhead，ONFH）是骨科常見的一種退行性疾病，是由多種病因造成的股骨頭缺血和骨細胞壞死的病理過程，臨床多見的是激素性、創(chuàng)傷性及酒精性。ONFH病程長，臨床早期以髖關節(jié)疼痛、功能障礙為主要表現(xiàn)，晚期可累及整個髖關節(jié)，股骨頭塌陷并繼發(fā)骨性關節(jié)炎，導致畸形及功能障礙，嚴重影響患者的生活質量。目前所有對于ONFH的治療都圍繞保髖進行，從而延遲或避免人工髖關節(jié)置換。保髖的手術的方法很多，如髓芯減壓[26,27,28]、帶血管蒂的腓骨移植[28]、血管束植入、表面置換[29,30,31]等,均取得一定療效，但沒有一種技術是完全滿意的。隨著股骨頭壞死發(fā)生機制的不斷深入[32,33,34]，發(fā)現(xiàn)股骨頭內部BMSCs數(shù)量減少，增殖活性減低，成骨能力下降等。因此，有學者研究應用BMSCs注射治療ONFH的安全性及有效性。

Chang等[35]對8例雙側股骨頭早期壞死行自體BMSCs移植治療的研究，研究人員對一側股骨頭進行核心減壓，而對側核心減壓同時進行自體BMSCs注射，發(fā)現(xiàn)細胞移植組的Harris髖關節(jié)評分（Harrishipscore，HHS）和VAS評分顯著提高，MRI定量分析結果顯示壞死面積顯著減小。Zhao等[36]關于100例自體BMSCs移植和單純中心減壓治療股骨頭壞死早期患者的對比研究，隨訪5年發(fā)現(xiàn)BMSCs移植后無并發(fā)癥發(fā)生，而且可避免或降低股骨頭塌陷，從而避免患者進行髖關節(jié)置換。Zhao等[37]還對24例股骨頭壞死晚期患者進行血管化鉭棒和自體BMSCs移植并隨訪5年，發(fā)現(xiàn)HHS評分提高，此干預有效的延遲或避免髖關節(jié)完全置換。Rastogi等[38]將40例股骨頭壞死患者（60側，壞死程度分3級）隨機分為兩組，一組行骨髓移植，另一組行單個核細胞移植，隨訪2年發(fā)現(xiàn)兩組的HHS評分均升高，單個核細胞移植組的壞死面積顯著降低，骨髓移植組中3例進行髖關節(jié)置換；股骨頭壞死早期患者治療效果明顯優(yōu)于中期和晚期患者。Daltro等[39]采用自體BMSCs移植治療89例鐮刀形紅細胞合并股骨頭早期壞死患者，隨訪5年發(fā)現(xiàn)BMSCs移植組的疼痛顯著減輕，病程發(fā)展變慢。這些研究均顯示，BMSCs移植治療股骨頭壞死最好應用在疾病的早期，如果股骨頭的外形發(fā)生改變或塌陷則不能應用細胞移植進行治療。

（三）退行性椎間盤退變

退行性椎間盤退變（degenerativeintervertebraldiscdegeneration，DDD）是最常見的下腰痛的原因，其為由多因素參與的慢性過程，嚴重影響患者生活質量及工作能力[40,41]。椎間盤退變性疾病常影響髓核，并以細胞活力和數(shù)量減少，蛋白多糖合成減少，髓核脫水以及代謝廢物增多為特征[42]。目前的治療方案包括：理療、止痛藥物治療、硬膜外類固醇藥物注射治療、椎間盤射頻消融、髓核成形、椎間融合及人工椎間盤置換[43]。盡管這些治療方法取得了不錯的短期療效，但長期療效仍受高概率復發(fā)性疼痛的影響[44]。

Orozco等[45]將體外培養(yǎng)的自體BMSCs注射到10例椎間盤退變并伴有慢性后背痛的患者髓核區(qū)域，隨訪1年，1例無效，9例腰腿疼痛迅速緩解，VAS疼痛評分、Oswestry指數(shù)均明顯改善，并與時間呈正相關性，且改善主要發(fā)生在治療后3個月。Meta分析發(fā)現(xiàn)，若以1分表示療效最佳，則自體BMSCs移植緩解疼痛和改善行為能力評分為0.71分，且顯著優(yōu)于單純融合手術（0.30~0.53分）或椎間盤置換術（0.53分），MR檢查T2WI弛豫定量分析示盡管椎間盤質量和高度雖沒有恢復，但椎間盤的含水量顯著增高，且未見明顯不良反應。

Pettine等[46,47]對26例椎間盤退變患者進行自體BMSCs注射入退變椎間盤髓核區(qū)域的治療研究，發(fā)現(xiàn)其ODI和VAS疼痛評分分別為56.5和80.1分。將1ml含2000多個CFU-F的BMSCs注射入退變椎間盤髓核區(qū)域進行干預，并進行2年隨訪觀察。1年后ODI和VAS評分分別降至25.0和33.2分，明顯優(yōu)于干預前；2年后，BMSCs移植組只有5例進行手術治療，余21例ODI和VAS評分分別降至18.3和22.9分，患者獲得了長期的疼痛減輕71%和功能障礙降低64%。

上述研究說明單純BMSCs注射治療DDD，可以改善患者的癥狀和生活。但目前其研究文獻數(shù)和病例數(shù)都較少，且無長期隨訪結果；注射BMSCs從髓核泄露可能引起椎體峽部骨贅形成，而且椎間盤高度沒有改善、修復速度緩慢。因此還需要進一步的臨床試驗驗證。

（四）脊髓損傷

脊髓損傷（Spinalcordinjury，SCI）是脊柱損傷最嚴重的并發(fā)癥，往往導致?lián)p傷節(jié)段以下肢體嚴重的功能障礙，如感覺、運動障礙，反射異常以及大小便失禁等，其年發(fā)病率為百萬分之15~40，年齡多為10~40歲，大多為脊柱創(chuàng)傷引發(fā)[48]。SCI患者生活不能自理，可產(chǎn)生許多合并癥如褥瘡、泌尿系統(tǒng)感染、骨質疏松、下肢靜脈血栓等等。上述嚴重后果都會造成病人極大的心理創(chuàng)傷給患者的生活帶來嚴重的傷害。BMSCs對SCI進行治療已在體外、動物和臨床等不同層面進行了一系列嘗試，取得了一定的成果[49]。

Saito等[50]對5例因頸椎脊髓損傷導致的四肢癱瘓的男性患者，取自體骨髓進行分離培養(yǎng)后，將3~5×107BMSCs行L3，4腰椎間隙穿刺單次注射入腦脊液，1~4年后均無不良反應和并發(fā)癥，證明其安全性；美國脊髓損傷協(xié)會損傷量表（Americanspinalinjuryassociationimpairmentscale,AIS）等級為B、C級者，BMSCs移植后AIS和美國脊髓損傷協(xié)會運動評分都有顯著而快速的改善，但對于AIS評分在A級的3例的效果不佳。Park等[51]注射自體BMSCs治療10例頸椎受傷造成的脊髓損傷患者（AIS等級為A、B級），先同時在脊髓和硬腦膜內間隙分別直接注射8×106個和4×107個細胞，又分別于注射后的4周和8周時在腰椎弓處補充注射5×107個細胞,結果發(fā)現(xiàn)BMSCs移植后沒有永久性并發(fā)癥，10例電生理學檢測結果均改善；6個月后，6例上肢電刺激功率等級得到改善，3例日常生活能力逐步提高，MR檢查T2WI定量分析發(fā)現(xiàn)損傷區(qū)大小和纖維樣低信號強度條紋的出現(xiàn)都減少。

Karamouzian等[52]對自體BMSCs移植治療脊髓損傷進行了非隨機對照研究，分為常規(guī)治療組20例和BMSCs移植組11例（BMSCs行腰椎穿刺注射到腦脊液中），隨訪12~33個月發(fā)現(xiàn)31例無一例有副作用和并發(fā)癥的發(fā)生，常規(guī)治療組和細胞移植組分別有3例和5例獲得顯著的神經(jīng)功能恢復，但兩組治療效果無統(tǒng)計學差異。Dai等[53]進行了40例BMSCs移植治療頸椎損傷造成的慢性完全脊髓損傷患者的隨機對照研究，治療組10例臨床癥狀包括電刺激、輕觸覺、針刺感覺和殘余尿量都明顯改善，且其中有9例AIS等級得到降低，神經(jīng)電生理檢測結果和臨床癥狀改善結果一致；對照組中則無一例顯著改善。Mendon?a等[54]將體外培養(yǎng)的自體BMSCs注射入14例胸椎或腰椎損傷導致的慢性完全SCI患者（AIS等級A級）的損傷部位，所有患者觸覺敏感度都有不同程度的提升，8例獲得以髖部屈肌為主的部分下肢運動功能；7例骶部感覺恢復，AIS等級變?yōu)锽、C級；9例泌尿功能改善。細胞移植后3個月和6個月的軀體感覺誘發(fā)電位（somatosensoryevokedpotential，SSEP）數(shù)據(jù)、神經(jīng)功能的恢復與脊髓損傷等級及面積之間具有顯著的統(tǒng)計學相關性。

BMSCs移植治療SCI基本可改善臨床癥狀，BMSCs的注射靶點有兩處，即腦脊液和損傷部位。綜合所有研究結果發(fā)現(xiàn)SCI處于亞急性期、AIS等級為B級或C級者采用BMSCs注射治療的效果較好。

（五）膝關節(jié)內翻

Wong等[55]于2013年關于56例無膝關節(jié)炎的膝關節(jié)內翻合并關節(jié)軟骨損傷患者進行的單純脛骨高位截骨手術組和手術合并膝關節(jié)腔注射自體BMSCs組的隨機對照試驗研究，2年隨訪發(fā)現(xiàn)：手術合并BMSCs移植組的患者的膝關節(jié)Tegner、Lysholm、IKDC和MOCART評分顯著高于單純手術組，說明關節(jié)腔注射BMSCs可以有效提高膝關節(jié)內翻病人脛骨高位截骨手術的治療效果，但其中機理并不清楚。

二、BMSCs移植治療骨科遺傳性疾病

（一）成骨發(fā)育不全

Horwitz等[56]使用同種異體骨髓細胞治療3例成骨發(fā)育不全（osteogenesisimperfecta，OI）的患兒，植入骨髓細胞6個月后取5mm髂骨組織活檢發(fā)現(xiàn)有新骨形成，3例全身骨礦物質含量較治療前明顯增加，同時也降低了骨折發(fā)生頻率。該研究還證明移植骨髓中所含有的間充質干細胞可以遷徙至患者骨骼成骨。他們認為供體骨髓可以引導功能性BMSCs植入受體骨骼部位促進新骨形成，提示BMSCs治療成骨不全的可行性。Horwitz等[57]為進一步研究BMSCs治療成骨不全的可行性和深入了解移植后細胞的轉歸，他們使用帶基因標記的供者BMSCs治療6例嚴重成骨不全患者，移植6個月后在5例的多個部位包括骨、皮膚和骨髓等檢測到明顯的供體BMSCs存活，同時發(fā)現(xiàn)該5例生長速度顯著提高，并且達同年齡同性別正常兒童的60%~94%（平均70%）。

綜上所述，骨髓移植合并BMSCs移植可以顯著改善OI患者的臨床癥狀，提高他們的生活質量，是治療OI的一種安全有效的方法。

（二）低磷酸酯酶癥

Whyte等[58]報告使用骨髓移植和BMSCs注射治療1例幼兒重低磷酸酯酶癥（hypophosphatasia，HP），患者8個月時接受骨髓移植，骨髓來源于其姐姐（HLA抗原配型達4/6），3個月后臨床癥狀減輕，骨骼礦化作用明顯提高；6個月后體內嵌合體丟失。在其21個月大時再次接受了BMSCs移植，臨床癥狀減輕和骨質礦化顯著提升，但患者的低磷酸酯酶的生物化學特性并沒有明顯改善。Cahill等[59]報告通過骨髓移植、骨髓間充質干細胞灌注和骨片移植成功地治療1例患有低磷酸酯酶癥的患兒，8個月大時進行骨髓移植，供體骨髓來源于患者的父親（HLA抗原配型達4/6），骨髓移植16d后將供者含有少量BMSCs的骨片植入患者腹膜內和皮下，在28d后接受BMSCs靜脈注射移植，發(fā)現(xiàn)患者體內有供者BMSCs的存活，提示嵌合體的存在，患者臨床癥狀顯著改善。Tadokoro等[60]使用BMSCs治療1例8個月的低磷酸酯酶癥患兒，骨髓來源于其父親（HLA抗原配型達3/6），15d后4.5×107BMSCs經(jīng)靜脈輸注，并將復合BMSCs的羥基磷灰石生物陶瓷植入雙側脛骨孔內及皮下；7個月后再次注入大量的BMSCs，臨床癥狀顯著改善，全身骨骼發(fā)育、骨密度明顯提高，骨骼塑形接近常態(tài)。Taketani等[61]關于同種異體骨髓移植、多次BMSCs移植治療2例重癥致死性低磷酸酯酶癥的研究，骨髓移植2周后，將BMSCs按1×106~2×106個細胞/kg靜脈注射，2例分別接受4次和9次BMSCs注射。隨訪3年發(fā)現(xiàn)2例的骨骼發(fā)育狀態(tài)均得到顯著改善，但骨骼結構和速度依然都異于正常兒童。同種異體BMSCs移植的治療方法顯著改善患者的身高、體重和四肢長度，提高患者的運動能力評分，延長存活時間。

目前，尚無可以治愈OI和HP等骨科遺傳性疾病的方法，臨床大多都是針對癥狀進行治療。遺傳性疾病的發(fā)病率低，臨床表現(xiàn)差異大，使臨床試驗較難開展。現(xiàn)有的研究顯示骨髓移植或合并BMSCs移植治療OI和HP明顯地改善患兒的癥狀。骨髓細胞中主要包括造血干細胞（hematopoieticstemcells,HSCs）和BMSCs，HSCs和BMSCs互相作用，為對方的存活、增殖、歸巢提供微環(huán)境支持。后續(xù)補充的BMSCs可以分化為功能性的成骨細胞，改善骨代謝異常；BMSCs還具有免疫調節(jié)功能，能有效地防止移植后GVHD的發(fā)生。

在骨科領域，BMSCs主要用于治療先天遺傳性疾病如成骨發(fā)育不全、低磷酸酯酶癥，退行性疾病如骨關節(jié)炎、股骨頭壞死、椎間盤退變、脊髓損傷和膝關節(jié)內翻。BMSCs的骨科相關總文章數(shù)為26篇，總計528例患者，不同類型疾病所發(fā)表的文章數(shù)和病例數(shù)差異很大（圖3）。膝關節(jié)炎治療發(fā)表文章6篇，是發(fā)表文章最多的疾病類型，股骨頭壞死和脊髓損傷治療均有5篇文章，低磷酸酯酶癥治療發(fā)表文章4篇，退行性椎間盤退變治療3篇。股骨頭壞死和膝關節(jié)炎的病例數(shù)最多的分別為221例和103例，脊髓損傷100例，成骨發(fā)育不全和低磷酸酯酶癥的病例數(shù)分別為9例和5例。疾病類型直接影響并決定了BMSCs注射治療的適應癥、注射方式、有效濃度、疾病時間窗選擇和治療周期（表1）。

BMSCs移植治療骨科疾病發(fā)表文章數(shù)和募集病例數(shù)，BMSCS移植目前用于臨床治療骨科疾病包括以下7種：成骨發(fā)育不全、低磷酸酯酶癥、股骨頭壞死、骨關節(jié)炎、膝關節(jié)內翻、退行性椎間盤疾病和脊髓損傷

BMSCs臨床應用按照來源分為自體BMSCs和異體BMSCs移植：在骨科疾病治療中90%以上都是使用自體細胞進行治療。自體細胞治療取材過程中會造成二次損傷，但由于其不存在倫理問題和免疫排斥問題，應用最為廣泛。有些疾病類型比如遺傳性代謝性疾病并不適用自體細胞治療，但是異體BMSCs臨床應用研究數(shù)量和病例數(shù)相對較少，其臨床應用的安全性和有效性還需要更多臨床試驗驗證。目前，BMSCs移植治療骨科疾病類型只限于骨關節(jié)炎、股骨頭壞死、退行性椎間盤退變、脊髓損傷、膝內翻、成骨發(fā)育不全和低磷酸酯酶癥（圖3）。

骨髓間充質干細胞在骨科領域的應用成果令人鼓舞,但同時也面臨著許多問題:①不同個體、不同疾病狀態(tài)和不同部位的骨髓間充質干細胞數(shù)量和質量具有異質性；②大多數(shù)研究機構都應用差速貼壁法分離培養(yǎng)BMSCs，細胞的純度和干性不能保證；③疾病種類復雜多樣，如何制定合理可行的個體化治療方案，包括制定BMSCs注射的方式、劑量、次數(shù)、時間窗等；④如何保證BMSCs注射后的生物安全性，調控BMSCs在體內的增殖與分化。隨著骨髓間充質干細胞研究的進一步深入，相信在不久的將來，這些問題一定會迎刃而解，為BMSCs更好地應用于骨科開創(chuàng)一個嶄新的時代。