在手术诱导的骨关节炎不稳定模型中，骨髓来源的间充质基质细胞比脐带组织来源的细胞具有更显著的镇痛效果和组织保护作用

《Osteoarthritis and Cartilage》：Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stromal Cells Yield Greater Pain Relief and Tissue Protection than Umbilical Cord Tissue-Derived Cells in a Surgically Induced Instability Model of Osteoarthritis

本研究通过比较骨髓和脐带间充质干细胞在Lewis大鼠创伤性骨关节炎模型中的疗效，发现骨髓干细胞在减轻机械性过敏反应和改善步态方面更优，但脐带干细胞效果因供体异质性而波动。

Jarred Kaiser | Tracy Eng | Samir Chihab | Annie C. Bowles-Welch | Linda E. Kippner | Krishnendu Roy | Andrés J. García | Hicham Drissi

埃默里大学骨科系，佐治亚州迪凯特市

摘要

目的

关节内间充质基质细胞（MSCs）注射是缓解骨关节炎疼痛的常用方法，但在临床试验中效果并不一致，部分原因在于细胞来源和供体的差异。本研究的目的是评估骨髓（BM）和脐带组织（UCT）作为细胞来源在减缓创伤后骨关节炎（PTOA）进展和缓解机械性痛觉过敏方面的相对潜力。

设计

骨髓和脐带组织中的间充质基质细胞（MSCs）分别来自4名人类供体，这些供体参与了我们的3期多中心临床试验（MILES；NCT03818737）。在3个月大的雄性Lewis大鼠中，通过内侧半月板切除术（MMT）诱导PTOA。对照组采用假手术。MMT大鼠在手术后3周分别接受生理盐水或1×10⁶ MSCs注射。术后6周评估大鼠的机械性痛觉过敏和步态情况，以及组织的健康状况和滑膜液炎症情况。

结果

与UCT-MSCs相比，BM-MSCs显示出更优异的治疗效果。仅BM-MSCs注射能显著降低胫骨软骨的衰减（效应量（95%置信区间）：-48.2 (-73.9 - -22.6) mgHA/ccm，而两种类型的细胞均能减少胫骨软骨病变（BM-MSCs：-2.24 (-4.38 - -0.10)*10^-3 mm³；UCT-MSCs：-2.20 (-4.40 - -0.00) *10^-3 mm³）。接受UCT-MSCs注射的大鼠胫骨软骨下骨孔隙率增加（5.4 (2.5 - 8.3)%。仅BM-MSCs注射能减轻机械性痛觉过敏并改善步态功能障碍。两种治疗方法均导致了不同的关节内炎症环境。我们观察到不同供体的疗效存在差异。

结论

尽管UCT-MSCs在发育年龄方面具有潜在优势且无需采集，但在雄性大鼠PTOA模型中，BM-MSCs在疾病改善方面表现更优。

引言

关节内间充质基质细胞（MSCs）注射在临床上越来越被用于缓解骨关节炎疼痛，美国有超过2700家诊所提供该治疗，主要用于疼痛和肌肉骨骼疾病。[1] 目前美国基质细胞市场的规模约为60亿美元。我们团队[2]及其他研究[3],[4]的临床前研究表明，MSCs注射具有免疫调节作用，可以缓解疼痛并延缓疾病进展。然而，一系列高质量的系统性回顾[5],[6],[7]指出MSCs在临床应用中的效果并不一致。 MSCs治疗骨关节炎（OA）的临床效果不一，部分原因在于不同组织来源和供体之间的细胞质量差异。组织来源的微环境、发育年龄和细胞群体异质性等因素会显著影响MSCs的疗效。两种最常用的自体来源——骨髓和脂肪组织——从年龄较大[8]或患有骨关节炎[9]的个体中提取时，其疗效可能会降低。为了解决这些问题，包括脐带组织（UCT）在内的产后组织已成为一种有前景的异体来源，既具有生产可行性，又具有更高的转录一致性[10]。UCT-MSCs由于免疫原性较低而相对安全，可能对OA具有治疗潜力。然而，关于UCT-MSCs的研究较少，且研究周期短、样本量小[11]。 体外比较显示，不同组织来源的MSCs在基因和蛋白质组学上存在显著差异[12],[13]，这表明细胞来源可能影响其治疗效果。尽管有几项系统性回顾和网络荟萃分析尝试间接比较不同来源的MSCs在临床OA中的效果，但这些分析主要依赖于规模小、异质性强且存在重叠的试验群体[14],[15]。直接比较不同来源的临床前研究也非常少。2022年的一项系统回顾分析了120项临床前和临床研究，仅发现两项研究评估了来自多种组织来源的MSCs[16]。最近的研究表明，UCT-MSCs在啮齿动物OA模型中的疗效与脂肪组织MSCs相当[17]，但在马模型中的疗效低于BM-MSCs[18]，但由于使用了非人类MSCs，后者的普遍性有待验证。 我们最近完成了一项平行组、随机、对照的临床试验（NCT03818737），比较了两种自体细胞产品——骨髓抽吸浓缩物（BMAC）和基质血管成分（SVF）与实验室扩增的UCT-MSCs[19]。初步结果显示，三种细胞来源在减轻疼痛和改善功能方面效果相当，但由于临床群体的异质性，无法明确各细胞产品之间的显著差异。次要反应者分析表明，自体产品可能对特定亚群体有益[20]，但平行设计的临床研究可能掩盖了细胞来源之间的生物学差异[21]。将这些细胞产品从临床环境逆向转化为受控实验室实验对于分离和确定BM-MSCs与UCT-MSCs之间的内在差异至关重要。 因此，本研究的目的是使用标准的雄性Lewis大鼠模型，评估BM-MSCs和UCT-MSCs在减缓OA进展和缓解疼痛方面的相对潜力。我们的主要假设是，两种MSC来源都能减缓组织退化（表现为软骨衰减和病变体积的减少），但UCT-MSCs在供体间的效果更优且更一致。次要假设是，两种来源都能减轻疼痛（表现为撤退阈值的提高和步态的改善），但UCT-MSCs的效果仍然优于BM-MSCs。

研究设计

实验使用了300-350克、3个月大的雄性Lewis大鼠（Charles River）。每个实验组都包括适当的手术和注射对照组。实验程序得到了亚特兰大VA医疗中心机构动物护理和使用委员会的批准。大鼠到达后接受体重和健康状况筛查，无大鼠因初始健康问题被排除。大鼠被配对饲养，生活在12小时光照/黑暗周期的环境中，可自由摄取食物和水。

软骨的微计算机断层扫描分析

增强型μCT的定量评估（图1A中的示例图像）证实，未经治疗的MMT大鼠存在明显的组织退化，表现为软骨衰减增加（图1B）（表明蛋白多糖丢失；效应量（95%置信区间）与对照组相比为74.8 (45.3-104.2) mg HA/ccm，p<0.0001）；内侧三分之一区域的厚度也增加（图1C，p=0.004）。

讨论

我们之前的临床研究表明，细胞注射在12个月时可以缓解骨关节炎疼痛，尽管初步分析未能确定各产品之间的优劣[19]。通过本研究的逆向转化，我们在标准的雄性Lewis大鼠PTOA模型中直接比较了骨髓（BM-MSCs）和脐带组织（UCT-MSCs）的效果。我们通过引入多名供体来增强研究的可靠性和可转化性。

资金来源的作用

本研究由美国FDA（EETWP#45）、VA Merit（BX004878）和VA SPIRE（RX004888）资助。研究资助方未参与研究设计、数据收集、分析/解释、论文起草或提交过程。

作者贡献

JK、KR、AG和HD共同构思并设计了实验。JK、TE、SC、ABW和LE参与了数据收集和整理。JK和TE分析了数据并进行了解释。KR、AG和HD为研究提供了资金支持。所有作者共同参与了论文的起草和修订，并批准了最终版本。

利益冲突

作者们没有需要披露的利益冲突。

致谢

本研究得到了美国食品药品监督管理局（EETWP#45）、VA Merit（BX004878）和VA SPIRE（RX004888）的资助。