针对膝关节骨关节炎的OSCA疗法的首次人体试验及多中心一期研究

《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：First-in-human and multicenter phase I study of OSCA therapy for knee osteoarthritis

　　摘要
膝关节骨关节炎是一种退行性关节疾病，目前除了缓解疼痛和抗炎治疗外，没有根本性的治愈方法。这项I期、多中心、开放标签、剂量递增试验评估了OSCA的安全性、耐受性和初步疗效。OSCA是一种关节内注射制剂，由异体间充质基质细胞（osiramestrocel）和软骨无细胞基质共同组成，用于Kellgren–Lawrence（K&L）2级或3级膝关节骨关节炎患者。12名患者接受了不同剂量的OSCA关节内注射：低剂量（2.5 × 10^7个细胞，n=3人）、中剂量（5.0 × 10^7个细胞，n=3人）或高剂量（1.0 × 10^8个细胞，n=6人）；所有组别的细胞浓度均为3.3 × 10^7个细胞/毫升，软骨无细胞基质含量为60毫克（40毫克/毫升）。主要终点是安全性，通过剂量限制性毒性和治疗相关不良事件（TEAEs）进行评估。次要终点包括视觉模拟量表（VAS）、国际膝关节文献委员会（IKDC）评分、磁共振观察软骨修复组织（MOCART）评分、全器官磁共振成像评分（WORMS）以及K&L分级在24周内的变化。OSCA耐受性良好，无剂量限制性毒性，25.0%（3/12人）的患者出现轻度至中度的TEAEs。24周时，中剂量组和高剂量组的疼痛和功能改善程度显著高于低剂量组（P<0.05），VAS评分降低了91.3%（P=0.002），IKDC评分降低了102.7%（P=0.005）。磁共振结果显示OSCA具有疗效：70%患者的MOCART总评分改善，50%患者的软骨完整性得到提升，80%患者的K&L分级保持稳定。总体而言，这些发现支持单次OSCA注射的可行性和耐受性，并在临床和磁共振结果中显示出探索性的疗效。

引言
骨关节炎是一种退行性关节疾病，其特征是软骨逐渐丧失、软骨下骨重塑、滑膜炎症和关节疼痛，最终导致功能障碍和残疾1,2。作为全球慢性疼痛和残疾的主要原因之一，骨关节炎严重影响了患者的生活质量，并带来了巨大的社会经济负担3,4。尽管其发病率很高，但目前仍缺乏能够改变疾病进程或恢复关节功能的治疗方法。现有的疗法——止痛药、非甾体抗炎药和关节内注射——主要针对症状缓解，因为尚未有任何被批准的改变疾病进程的骨关节炎药物（DMOAD）5,6,7。最近，基于间充质干细胞（MSC）的疗法在骨关节炎的软骨保护和再生方面显示出潜力8,9,10,11,12。然而，在膝关节中的结构恢复（如软骨修复和软骨下骨区域）尚未在临床研究中得到一致证实。其中，使用MSC的研究显示骨髓病变或软骨形态没有显著变化，或仅在短期随访中观察到有限的软骨再生证据13,14,15。在各种MSC来源中，人脐带血来源的MSC因其高增殖能力、低免疫原性和分泌促进软骨修复及调节关节微环境的生物活性因子而成为一种有前景的骨关节炎再生疗法11,12,16。因此，迄今为止，还没有任何获批的DMOAD能够有效阻止疾病进展、保护关节结构并改善物理功能，而不仅仅是缓解疼痛。

OSCA是一种新型疗法，由osiramestrocel（人脐带血来源的异体间充质基质细胞）和软骨无细胞基质（CAM）共同组成，通过它们的协同作用增强软骨再生。由于小型动物模型（如兔子和大鼠）具有出色的自我修复能力，因此难以期望在实际临床实践中获得相同的疗效17,18。因此，为了临床应用，需要在自我修复能力较弱且更接近人体关节解剖结构的大型动物模型中评估其治疗效果、稳定性和生物安全性19,20,21。我们之前的研究表明，关节内注射OSCA显著促进了软骨修复，调节了关节微环境，减少了炎症，并支持了软骨下骨重塑，这突显了其作为DMOAD的潜力22,23。因此，这项首次人体I期研究旨在评估OSCA的安全性和耐受性及其对膝关节骨关节炎患者关节结构的潜在疾病修饰作用。

方法
**研究设计和患者资格**
本研究是一项首次人体、多中心、开放标签的临床试验，旨在评估OSCA的安全性、耐受性和临床疗效。患者招募始于2023年7月11日，最后一次患者访问是在2024年8月6日。该临床试验遵循了《赫尔辛基宣言》的指南，并获得了庆熙大学医院和庆熙大学江东分校伦理委员会（IRB编号2023-01-073-004和2023-01-008）的批准，并在ClinicalTrials.gov上注册（NCT05944627）。所有患者在入组前均获得了书面知情同意。

符合条件的患者是年龄≥19岁的成年人，根据标准负重X光片诊断为Kellgren–Lawrence（K&L）2-3级膝关节骨关节炎，并通过MRI检查确认符合国际软骨修复学会（ICRS）3级或4级评分标准。此外，参与者在筛查时的视觉模拟量表（VAS）疼痛评分≥50分（100分制），并且持续的症状（如疼痛等）在至少12周的保守治疗（药物治疗、物理治疗等）后仍未改善。详细的纳入和排除标准见（补充表1）。

**入组和研究方案**
经过资格评估后，患者按顺序入组，并接受单次关节内注射OSCA，剂量分为三个递增级别：2.5 × 10^7个细胞（低剂量组，n=3人）、5.0 × 10^7个细胞（中剂量组，n=3人）或1.0 × 10^8个细胞（高剂量组，n=6人），所有组别的细胞浓度均为3.3 × 10^7个细胞/毫升，结合60毫克（40毫克/毫升）的软骨无细胞基质。剂量递增基于剂量限制性毒性（DLTs）的标准3+3设计。患者在注射后第1天以及第1、4、8、12、16、20和24周进行随访，以评估安全性和探索性疗效，使用疼痛和功能评分进行评估。此外，在基线和24周时还进行了放射学终点评估（图1）。在临床试验期间，允许使用塞来昔布（Celebrex? 100毫克胶囊）作为疼痛管理的补救药物，最大日剂量为200毫克，可以单次服用200毫克或每天两次各100毫克。然而，为了确保疗效评估的准确性，补救药物的使用在预定评估访问前至少5天停止。此外，禁止使用非甾体抗炎药（包括止痛药）、全身性皮质类固醇、免疫抑制剂、肌肉松弛剂和关节内疗法等允许的伴随药物之外的其他药物，否则可能导致参与者退出研究。

**图1：研究方案和流程图**
该图展示了研究设计，包括参与者分配、随访计划和评估时间线。14名膝关节骨关节炎患者被分为三个组：低剂量组（n=3人）、中剂量组（n=3人）和高剂量组（n=6人）。其中两名高剂量组患者因禁忌药物使用（n=1人）和不良事件（n=1人）而退出研究。所有剩余参与者完成了24周的随访评估。在关节内注射OSCA后的第1天以及第1、4、8、12、16、20和24周进行评估，以评估安全性和探索性疗效。在基线和24周时进行了放射学终点评估。

**OSCA的作用机制和干预**
OSCA的治疗效果是通过调节关节微环境来实现的。通过恢复分解代谢和合成代谢信号通路之间的平衡，OSCA促进了骨关节炎关节内的组织稳态。这种生物学效应由三种协同机制驱动：促进软骨生成分化，从而促进内源性软骨修复；免疫调节，减弱炎症反应；以及通过抑制关节内细胞的凋亡发挥保护作用。这些过程共同有助于保持关节软骨的结构并改善整体关节功能（补充图1）。

**样本采集和测量**
尿CTX-I和CTX-II使用ELISA试剂盒（IDS, AC-03F1R和AC-10F1R；英国Baldon）测量，并根据尿肌酐进行标准化。血清中的CTX-I（IDS, AC-02F1R；英国Baldon）、CTX-II（USCNK, CEA686Hu；中国武汉）、MMP-3（R&D Systems, DMP300；美国明尼阿波利斯MN）、PIANP（MyBioSource, MBS109368；美国加利福尼亚州圣地亚哥）和COMP（IDS, AC-23F1R；英国Baldon）水平通过ELISA定量。血清IL-1β和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）使用MILLIPLEX MAP Human High Sensitivity T Cell Panel-Immunology Multiplex Assay（Merck, HSTCMAG-28SK；德国达姆施塔特）进行检测。尿样和血样在基线和第1、4、12、24周采集。晨尿中段样本储存在≤-70°C。血液样本在室温下放置30分钟，然后以3000 rpm离心10分钟，血清样本储存在≤-70°C直至分析。

**准确性评估**
在每次分析中，校准样本重复检测两次，准确性（%回收率）使用平均值进行评估。如果准确性超出接受标准，则使用单个值。

**结果评估**
主要终点是评估单次关节内注射OSCA后的剂量限制性毒性（DLT）和最大耐受剂量。安全性 and 耐受性基于DLT的发生率、治疗相关不良事件（TEAEs）、不良药物反应和所有组别的严重不良事件进行评估。最大耐受剂量通过监测剂量递增设计中的DLT频率和严重程度确定，不良事件根据美国国家癌症研究所的常见不良事件术语标准（NCI-CTCAE ver.5.0）进行分类和分级24。

**次要终点**
在24周内使用国际膝关节文献委员会（IKDC）25、膝关节损伤和骨关节炎结局评分（KOOS）26、西安大略大学和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）27以及VAS28指数评估OSCA的疗效。较高的IKDC和KOOS评分表示更好的临床效果，而较低的WOMAC和VAS评分表示症状缓解。进一步使用预先指定的最小临床重要差异标准分析临床疗效，以确定应答者和非应答者；应答者定义为疼痛或功能改善≥50%且绝对变化≥20分的患者29。此外，使用MRI和X光片评估关节结构变化，以研究OSCA的潜在疾病修饰效果。磁共振观察软骨修复组织（MOCART）2.0评分和全器官磁共振成像评分（WORMS）31用于MRI评估，而K&L分级用于评估X光片。MOCART和WORMS评估在单次关节内注射OSCA后的基线和24周使用3T MR系统（Achieva和Ingenia，飞利浦医疗系统，荷兰埃因霍温）进行。补充表2显示了详细的MRI序列参数。MOCART评分升高表示软骨修复，而WORMS评分和K&L分级降低表示关节结构改善。所有MRI和X光图像上传到中央临床试验影像管理系统（Trial Informatics，韩国首尔），并由两名独立放射科医生进行盲法评估。如果两名主要评估者意见不一致，则由第三名独立评估者重新评估并选择最准确的结果。此外，在24周内进行了探索性生物标志物分析，以研究OSCA对软骨降解和炎症的生物学效应。

**统计分析**
连续变量以均值和标准差报告，分类变量以频率和百分比报告。所有终点分析仅基于观察数据，未对缺失值进行插补。在正态性评估后，连续变量的组间比较使用Kruskal–Wallis检验或单因素方差分析，适当的后续成对比较使用Mann–Whitney U检验或Tukey’s honestly significant difference。分类变量使用Pearson’s χ2检验或Fisher’s exact检验进行分析，基线至24周内的组内变化使用Wilcoxon signed-rank检验进行分析。为了考虑重复测量引起的受试者内相关性并评估随时间的变化，使用线性混合效应模型来评估24周随访期间的组间差异。该模型将患者作为随机效应，组别、访问时间和它们的交互作用作为固定效应。为了识别不同组别之间的显著差异，进行了事后成对比较。为了便于临床解释，使用Fisher精确检验比较了各组中的应答者比例，该检验基于预先定义的具有临床意义的阈值，这些阈值对应于疼痛和功能的最低临床重要差异。数据分析使用了SAS 9.4版本（SAS Institute，北卡罗来纳州卡里市，美国）。双侧P值<0.05表示具有统计学意义。

**基线特征**
12名患者被依次分配到三个剂量组：低剂量组（n=3）、中剂量组（n=3）和高剂量组（n=6）。在24周的随访期间，高剂量组中有两名患者退出了研究——一名是因为使用了禁止的同时使用的药物，另一名是因为出现了不良事件。最终，有10名患者完成了研究。所有三组在基线时的人口统计和临床测量指标（年龄、性别、体重指数、疼痛和功能）没有统计学上的显著差异。表1展示了详细的基线特征。

**安全性和耐受性**
OSCA的关节内注射在所有组中都得到了良好的耐受性，显示出良好的安全性特征（表2）。在整个研究过程中，没有报告导致死亡的DLTs或TEAEs。TEAEs发生在25.0%（3/12名患者）的患者中，共有4起事件，大多数为轻度至中度（2-3级）。报告的TEAEs包括鼻咽炎（第2组；n=1）、消化不良（第3组；n=1）、膝关节肿胀（第3组；n=1）和横贯性脊髓炎（第3组；n=1）。在第3组中发生了一起严重的药物不良反应（膝关节肿胀），并在6周内得到缓解。此外，第3组中还发生了一起SAE（急性横贯性脊髓炎，占8.3%），但与研究产品无关。另有两名患者因违反方案规定或出现不良事件而退出了研究。

**疼痛和功能的临床结果**
IKDC评分从基线时（第1组：37.55 ± 14.04；第2组：41.38 ± 11.32；第3组：40.52 ± 8.63）增加到24周时（第1组：42.91 ± 14.55；第2组：70.88 ± 17.45；第3组：79.02 ± 13.61），平均变化分别为+5.36、+29.50和+38.50分，对应的平均变化率分别为+15.3%、+89.7%和+102.7%。WOMAC评分从基线时（第1组：44.33 ± 10.02；第2组：50.00 ± 17.35；第3组：31.00 ± 13.37）降低到24周时（第1组：42.00 ± 8.19；第2组：13.67 ± 15.82；第3组：5.00 ± 4.97），平均变化分别为-2.33、-36.33和-26.00分（平均变化率分别为-4.7%、-60.5%和-76.2%）。VAS评分也从基线时（第1组：70.00 ± 7.00；第2组：77.00 ± 13.23；第3组：69.25 ± 13.05）降低到24周时（第1组：59.67 ± 8.14；第2组：14.00 ± 17.06；第3组：5.25 ± 5.50），平均变化分别为-10.33、-63.00和-64.00分（平均变化率分别为-14.6%、-78.9%和-91.3%）。所有KOOS子量表，包括疼痛、症状、僵硬、日常生活活动、运动和娱乐功能以及生活质量，在各组中都有所改善。次要终点的详细数值结果见表3和图2。

**基于绝对变化得分的探索性线性混合效应模型分析**
关节内注射OSCA后，基于绝对变化得分的探索性线性混合效应模型分析表明，与第1组相比，第2组和第3组在24周内的疼痛和功能结果上有更大的改善。具体来说，第3组的VAS（P = 0.002）和IKDC（P = 0.005）评分以及第2组的WOMAC评分（P = 0.028）有更大的改善。对于KOOS子量表，第2组的疼痛（P = 0.011）、症状（P = 0.007）、日常生活活动（P = 0.041）和生活质量（P = 0.004）以及第3组的运动和娱乐功能（P = 0.021）有更大的改善（表3）。使用临床意义的阈值预先定义的应答者比例在VAS、WOMAC、IKDC和KOOS子量表中进行了总结。低剂量组中没有观察到应答者。相比之下，高剂量组的VAS应答率为100%（4/4名患者），WOMAC、IKDC和KOOS子量表（生活质量）的应答率为75%（3/4名患者）（表4）。

**关节结构变化的放射学结果**
在OSCA治疗的组别中，24周内MOCART平均评分有所增加，7名患者（70%）显示出改善；然而，这种增加没有统计学意义（P > 0.05）（补充表3）。10名患者中有9名（90%）保持了软骨下骨的结构稳定性；8名（80%）没有结构进展，1名（10%）有所改善（图3）。仅在第3组观察到软骨下骨重塑，影响了4名患者中的1名（25%），并伴有骨髓和结构改变的证据（图4）。此外，所有组中6名患者（60%）的软骨缺损体积有所改善。

**生物标志物结果**
OSCA注射后，炎症相关生物标志物在24周内趋于下降；然而，组内从基线到24周的变化均未达到统计学意义。低剂量组和中剂量组的血清IL-1β和TNF-α水平呈下降趋势。血清PIIANP在中剂量组和高剂量组中趋于增加，但在低剂量组中保持稳定。血清CTX-II保持稳定，而血清CTX-II则呈逐渐但无意义的增加。血清COMP和MMP-3在所有组中24周内保持稳定（补充图2）。

**讨论**
这项首次在人体进行的多中心I期研究表明，OSCA的关节内注射可能是一种潜在的创新治疗方法，适用于膝关节骨关节炎，显示出在低剂量、中剂量和高剂量下的良好疗效和耐受性。除了缓解症状外，还包括患者报告的结果和基于MRI的评分系统（如MOCART和WORMS），从而能够更系统地评估治疗对关节完整性的影响。就临床相关性而言，MRI上的结构变化（如软骨厚度）通常需要更长的随访期，通常需要大约2年的时间来在骨关节炎试验中显示出组间差异。例如，FORWARD随机临床试验中，sprifermin的关节内注射的主要结构终点（通过定量MRI测量的股胫关节软骨总厚度变化）是在2年时评估的。尽管我们的MRI评估依赖于半定量评分而非定量厚度，但软骨相关成分的方向性变化可能在临床上具有重要意义；然而，这项I期研究没有足够的样本量来确定影像学与症状之间的关系。一些参与者中观察到的骨赘进展突显了结构重塑的异质性，需要更长期的对照研究来明确其临床意义。总的来说，观察到的临床改善和基于影像学的结构变化表明OSCA可能不仅控制症状，还可能影响潜在的疾病进程。目前正在进行更长期的随访以进一步验证这些发现。

**结论**
几项随机对照试验评估了使用WOMAC和WORMS的MSC注射，但荟萃分析显示疼痛缓解和功能改善的证据有限，以及软骨修复的证据不足。研究表明UCB-MSC-HA植入物可以改善VAS、WOMAC和IKDC评分，但其使用仅限于接受微骨折辅助治疗的IV级软骨缺损患者，而不适用于一般的骨关节炎患者。据我们所知，目前还没有任何疗法被批准为能够再生软骨和改变关节结构的DMOAD，这突显了膝关节骨关节炎治疗的未满足需求。大多数再生方法针对局部缺陷，而我们的I期数据表明OSCA可能通过增强MSCs的活性和促进其再生能力来改善症状。OSCA注射后MOCART中软骨缺损体积子评分的数值改善可能主要归因于OSCA创造的优化微环境，这有助于促进软骨再生。这种微环境增强了干细胞的软骨分化能力，并恢复了必要的软骨成分，如硫酸化糖胺聚糖和胶原蛋白，从而有助于有效的组织修复。OSCA注射后的软骨组织改善与先前的临床前研究结果一致，进一步支持了其转化相关性。血清IL-1β和TNF-α这两种与关节炎症和软骨降解相关的促炎细胞因子在低剂量和中剂量组中24周内呈非显著下降趋势，表明在这一探索性I期研究中炎症负担可能有所减轻。这可能是由于MSCs的免疫调节作用和CAM提供的支持性微环境共同作用的结果。WORMS分析显示，一些患者在OSCA注射后出现了骨赘形成。MSCs的关节内注射激活了关键的生长因子，如TGF-βs和骨形态测量蛋白，这些因子在关节组织再生中起关键作用。值得注意的是，TGF-βs和骨形态测量蛋白也与关节内的骨赘形成有关。因此，OSCA注射后观察到的骨赘变化可能反映了关节重塑过程的激活，而不是疾病的明确进展。鉴于这项I期研究的探索性质和有限的随访时间，应谨慎解读骨赘变化，并需要长期监测以明确其临床意义。首先，样本量仅有12名参与者，这限制了统计功效、结果的普遍适用性以及推断统计量的解释能力；因此，来自次要结局的有效性数据应谨慎解读，仅作为探索性结果。其次，24周的随访时间不足以全面评估药物的长期疗效和安全性。为了解决这一局限性，目前正在进行一项为期5年的长期随访研究（NCT06013306），预计该研究将提供关于OSCA长期疗效和安全性的更明确数据。第三，研究对象仅为韩国患者，这可能限制了研究结果在其他种族背景下的普遍适用性，尤其是在体重指数方面。最后，我们的研究并非设计为随机双盲试验，这可能导致评估偏差，从而削弱研究结果的可靠性。尽管存在这些局限性，我们的I期临床试验仍为OSCA治疗膝关节骨关节炎的可行性、安全性及潜在疗效提供了有价值的初步证据。

在24周的时间内，观察到了疼痛和功能指标的数值变化。基于临床意义的阈值进行的应答者分析为这些变化提供了可解释的背景信息，但由于样本量较小，组间比较仍应被视为探索性分析。基于MRI的评估结果喜忧参半；这些结果应作为假设生成的依据，需要在更大规模的随机对照试验中进一步验证。这些早期研究结果表明，OSCA有望成为治疗膝关节骨关节炎的有效药物。为此，一项涉及108名患者的IIa期试验已经启动，旨在更全面地评估OSCA的疗效和安全性，作为更大规模长期临床研究的一部分。