半月板损伤与修复研究进展_吴鹏飞

·综述Review ·

半月板损伤与修复研究进展

△

吴鹏飞，邓

亮，谷文光

*

（哈尔滨医科大学附属临床第一医院骨科，哈尔滨150001）

关键词：半月板损伤，修复技术，细胞因子，组织工程学

中图分类号：R683.42

文献标志码：A

文章编号：1005－8478（2011）20－1706－04

DOI ：10．3977/j．issn．1005－8478．2011．20．10

△基金项目：黑龙江省教育厅海外学人基金项目（编号：1152hq31）作者简介：吴鹏飞（1983－），男，黑龙江省哈尔滨人，研究方向：运动损

伤，（电话）0451－85555902，（电子信箱）loveapples2008@

*通讯作者：（电子信箱）guwenguang@

半月板的功能具有承受负荷、震荡吸收、关节稳定、关节润滑和本体感觉等作用。生物力学研究表明半月板承受着至少50%的膝关节压力，90ʎ左右的屈伸活动范围大约承受85%的负重［5］。半月板损伤采取部分切除或全切术后导致的半月板缺失，使得膝关节受力发生改变，是导致关节软骨破坏和退变发生的主要原因，使得如何处理损伤的半月板成为外科手术的难题。由于对半月板解剖和组织学的深入研究，过去20年间半月板损伤后修复得到飞速发展，尽管临床上取得一些令人欣喜的进步，但被广泛接受的是，半月板损伤在血管区可以治愈，损伤在非血管区则不能修复［6 8］

。目前生

长因子和组织工程学的研究给半月板修复和移植带来新的希

望，使半月板损伤后修复和移植成为可能。1

半月板修复技术

关节镜下半月板缝合技术

包括Outside-In 技术（外向内缝合技术）、Inside-Out 技术（内向外缝合技术）、All-Inside （全关节内技术）［9－10］。还有Fast-Fix 技术、可吸收半月板螺钉技术（CLEARfix 技术）、可吸收半月板箭技术（Meniscus －

Arrow 技术）等［9，11－12］

。半月板缝合技术的理论依据是Arnoc-

zky 等研究发现人半月板血供特点［13］：内侧半月板外周边缘的10% 30%、外侧半月板外周边缘的10% 25%为有血管区。他根据半月板的血供特点进一步对半月板损伤进行了分类，即所谓的红白区分类。近年来，半月板损伤后缝合是治疗半月板损伤的趋势，但不是所有半月板损伤都适合缝合，它有其严格的适应证。目前被广泛接受缝合的适应证为［14］

：

（1）半月板撕裂位于半月板周边的10% 30%；（2）损伤类

型是完全垂直的纵向撕裂长度＞10mm ；（3）损伤的半月板

不伴有半月板的退变或缺失；

（4）损伤必须在急性期；

（5）

半月板撕裂有稳定的膝关节或者同时行韧带重建者。半月板损伤缝合治疗对发生在半月板外1/3的血供区，治疗效果满

意，而半月板红白区或白区的损伤，即使能够缝合，由于血供影响而愈合能力很差。Gallacher 等

［15］

对87例发生在半月

板白区的撕裂行缝合治疗，平均随访52个月，结果28例需要再次手术修复半月板，8例重新缝合，20例部分切除，失败率28/87。半月板的微循环状况直接影响到半月板损伤的修复，改善损伤区的血液循环是促进半月板愈合的关键。目前研究的重点是如何促进半月板无血运区损伤的愈合。2促进半月板修复愈合的方式2.1

滑膜刮擦

利用附着在胫股关节面的血管滑膜组织，它不是为半月板提供正常的血循环，但它对邻近外周血管区的半月板提供正常的血液循环。发生在邻近外周血管区的半月板损伤，可以通过刮擦滑膜的方法，激发半月板滑膜的增殖反应，而且这种滑膜缘的血管增生反应可延伸至半月板表面原先并无血管的区域［16］

。

2.2

纤维血凝块的植入

发生在半月板周边血管区域的损伤，在撕裂点会导致纤

维血凝块的形成，这个血凝块在修复过程中发挥一个纤维支架作用，这个支架具有一种趋化性和促进有丝分裂的作用，最终这种撕裂被纤维血管瘢痕组织所填充并将受伤缘捆在一起，而显示出连续的正常半月板纤维软骨

［16－17］

。利用这个理

论，有人将纤维蛋白凝血块或纤维蛋白凝胶缝合到损伤撕裂的半月板区域，治疗半月板损伤的修复。Kamimura 等

［18］

，利

用外源性纤维蛋白凝块治疗半月板水平撕裂，将外源性纤维蛋白凝块缝合到裂缝中促进半月板的愈合。术后行二次关节镜检查，裂口愈合良好，提高了患者功能评分和生活质量。2.3

环钻术

放射状钻至血管区，以增加损伤部位的血供和细胞增殖。挫半月板血管化区的滑膜，增加损伤反应帮助愈合。Henning 等

［19］

用挫半月板上下表面的方法，明显增加半月板愈合。挫

半月板表面引起细胞因子的释放，如白介素－1、血小板源性生长因子、成纤维细胞生长因子增加和产生细胞基质和DNA 合成。3

细胞因子对半月板愈合的作用

现在研究发现，半月板损伤后自行愈合能力较差的原因与半月板局部缺乏某些启动损伤后修复的细胞因子有

6

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关［20－21］。生长因子如血小板衍生生长因子（PDGF-AB）、转化生长因子－β1（TGF-β）、碱性成纤维细胞生长因子（bF-GF）、胰岛素样生长因子（IGF-1）等影响半月板细胞新陈代谢，这些生长因子正被应用到组织工程的研究，目前研究比较多的生长因子是bFGF、IGF-1和TGF-β1。早在1988年，Arnoczky等利用纤维血凝块促进半月板修复，就是基于细胞因子可能存在于纤维血凝块中，具有促进组织愈合过程。这些细胞因子存在于骨基质和细胞中，当关节软骨损伤，骨性关节炎引起的关节退变、外科干预如软骨下穿刺、截骨术、关节牵引或软组织移植物刺激都可诱发这些因子的释放［22］。体外培养关节软骨细胞、外源性加入细胞因子、单独或联合应用均能促进半月板纤维软骨细胞的增殖和细胞外基质产生。随着组织工程学和大量体外实验的研究进展，对半月板损伤修复的治疗提出了新的方法。

3.1碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）是对中胚层来源的细胞有强烈促增殖和分化作用的细胞生长调节因子，体内含量甚微，但生理作用却相当广泛。bFGF是一种多效能的细胞生长因子，它的基本生物学作用是促进细胞分裂增殖，可增强有丝分裂活性，并且促进细胞分裂增殖的作用与它的含量有一定的关系［23］。bFGF的生物学作用：促进新生血管形成；促进软组织损伤修复；促进骨、软骨损伤修复；促进神经组织损伤修复［24］。bFGF能刺激成骨细胞和软骨细胞的增殖并促使其分化，在体外培养时加入bFGF可观察到分化中的软骨细胞发生迁移和集落形成时间提前，而且bFGF促进离体的软骨细胞前质的分化和软骨细胞的增殖与成熟，以及对细胞外基质的合成显示出强大的软骨细胞有丝分裂原特性。近年来，bFGF被大量应用到半月板细胞的培养中，结果能够显著促进半月板细胞外基质的产生。Gunja等［25］基于组织工程学支架的方法促进半月板增殖。半月板细胞被培养在多聚乳糖支架上，在正常氧含量21%或低氧2%、含有或不含bFGF的条件下进行培养。培养4周后，组织切片和免疫组化结果是所有组都存在胶原和糖氨聚糖，只是低氧条件下出现II型胶原。bFGF在培养介质中，不管其他任何条件的情况下，细胞数增加25%。

3.2转化生长因子－β（TGF－β）是属于新近发现的调节细胞生长和分化的TGF－β超家族。这一家族除TGF－β外，还有活化素、抑制素、缪勒氏管抑制质和骨形态发生蛋白。TGF －β是一族具有多种功能的蛋白多肽，广泛存在于多种组织及转化细胞中，其中以骨组织、血小板、软骨组织中含量最丰富。TGF－β是一种强有力的有丝分裂剂，通过自分泌或旁分泌机制来调节靶细胞增殖和分化，能强烈刺激成骨细胞及软骨细胞的增殖，促进间充质细胞向成骨细胞及软骨细胞分化，使细胞外基质蛋白和胶原合成增加并抑制其降解。TGF-β可促进细胞增殖与分化，促进细胞外基质合成，也是多种免疫细胞自分泌或旁分泌的调节因子［26］。Steinert等［27］利用TGF－β1体外实验修复半月板损伤，将携带TGF－β1cDNA 的半月板细胞或基质干细胞转导腺病毒载体，接种在I型胶原—糖胺聚糖基质中，移植到半月板无血管的损伤区，体外培养3周。结果含有TGF-β1cDNA结构细胞数增加，糖胺聚糖和胶原合成也增加。Izal等［28］用新鲜或冰冻的半月板块治疗无血管区半月板损伤，他们用新鲜或冰冻在－20ʎ1个月的半月板块治疗半月板损伤，将其培养在含有IGF-1或TGF-β的培养基中8周，结果生长因子显著提高植入塞的细胞聚集；TGF-β和IGF-1联合应用有助于无血管区半月板修复，促进组织粘附和增加半月板细胞增殖。

3.3胰岛素样生长因子（IGF-1）是一种活性蛋白多肽物质，它是体内肝、肾、脾细胞等十几种细胞自分泌和旁分泌的产物。IGF-1能促进全身所有细胞的生长，特别是骨骼肌、骨、软骨、肝脏、肾脏、神经、皮肤、造血组织和肺；还具有促进骨的合成代谢保持其正常结构功能，IGF-1可明显地促进多种来源的软骨细胞分裂增殖和软骨基质的合成。IGF-1还可刺激软骨细胞合成软骨基质特异型胶原蛋白－Ⅱ型胶原，增加糖胺聚酶的活性，增强成骨细胞的碱性磷酸酯酶的活性。张海宁等［29］制作了48只山羊的半月板前角白区全层缺损的模型，利用hIGF-1转染骨髓间质细胞和可注射的藻酸钙凝胶混合修复缺损的半月板。手术修复16周后半月板缺损处充填了与正常半月板纤维软骨相似的白色组织。修复后的组织包括细胞和充填间隙的纤维基质，蛋白聚糖的含量较对照组高，但较正常半月板细胞低。结果显示无血管区半月板全层缺损能应用可注射的hIGF-1组织工程重建的方法修复。

3.4一些其他炎性因子，如IL-1和TNF-α，也与半月板愈合有关［30－31］。IL-1增加NO和PGE2产生，上调基质金属蛋白酶（MMP），增加蛋白聚糖释放，抑制胶原合成，而抑制MMP可以促进半月板修复；IL-1正向调节TNF-α表达，TNF-α上调NO产生和抑制蛋白聚糖合成，结果是IL-1和TNF-α抑制半月板细胞修复过程。

众多体外实验和细胞培养证实，外源性加入细胞因子可以促进半月板细胞的增殖、分化和细胞外基质的产生，但细胞因子作用不同，在组织工程学构建时选择正确合适的细胞因子为培养半月板细胞提供足够的种子细胞，为半月板组织工程学奠定基础。

4半月板组织工程

组织工程是利用新兴的生物科学和工程科学的原理和方法构建生物学替代物，来恢复、保持或提高组织功能［32］。方法是将具有特定生物学活性的组织细胞与生物材料相结合，在体外或体内构建组织或器官，以维持、修复、重建或改善损伤组织和器官的功能。组织工程方法治疗半月板损伤，是利用半月板纤维软骨种子细胞在体外大量增殖并与支架材料结合，在各种细胞因子的作用下，刺激细胞外基质的产生，考虑生物化学和生物力学等因素，用于替代损伤的半月板。目前半月板组织工程学的研究主要围绕半月板种子细胞和半月板支架展开。

4.1半月板组织工程的种子细胞主要有自体半月板纤维软骨细胞、成纤维细胞、关节软骨细胞、滑膜源性干细胞、间充质干细胞（MSCs）等［33］。间充质干细胞具有多向分化潜能，在诱导培养液作用下有向纤维软骨细胞分化的可能性，间充

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