關節軟骨是一種複雜而特殊的組織，在關節與骨之間充當“緩衝墊”的作用。骨關節炎（OA）是一種常見的退行性病變，是由多種因素引起的關節軟骨纖維化而引起的關節疾病。主要表現為關節疼痛，關節僵硬，嚴重影響了患者的生活質量。受損的軟骨可以通過微骨折（MF）手術來治療，即在關節表面鑽一個小孔。有研究報道MF可刺激成年小鼠纖維軟骨形成，但該技術對骨骼幹細胞（SSC）的影響及如何刺激組織再生知之甚少。
2020年8月18日，美國斯坦福大學醫學院Michael T. Longaker 和Charles K. F. Chan課題組研究人員在《Nature Medicine》發表題為Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells的研究論文，研究發現，衰老與小鼠和人類關節炎中SSC進行性喪失和軟骨生成減少有關，並且，可通過誘導常駐幹細胞產生軟骨以治療OA。
DOI：10.1038/s41591-020-1013-2
骨骼幹細胞是一種能自我更新的細胞，負責骨骼、軟骨並能幫助骨髓中血細胞發育。首先研究人員利用βActin-CreERT/Rainbow小鼠模型，觀察到骨骼成熟與軟骨組織的克隆性降低有關。此外，在克隆標記的軟骨區域，隨著年齡增長，蛋白聚糖的分泌也明顯減少。
關節mSSC隨年齡的變化
為了評估局灶性MF如何影響關節表面的SSC，研究人員在βActin-CreERT/Rainbow小鼠股骨遠端關節表面進行MF手術。隨後，採用各種技術追蹤MF誘導的軟骨組織重塑，包括形態計量學分析，免疫染色，EdU標記和FACS分析。結果表明，在MF部位附近增殖細胞增加，並且存在產生蛋白聚糖的軟骨細胞、纖維細胞和肥大性軟骨細胞。但到第4周，SSC數量減少。
MF對關節表面mSSC的影響
為了明確MF手術是否會改變關節表面的SSCs，研究人員將成年鼠和Ad/MF鼠股骨遠端的GFP+SSCs移植到免疫缺陷NSG鼠中。移植後四周，觀察到纖維和軟骨組織形成，並且，Ad/MF SSCs的增殖能力比成年鼠更強。
調控小鼠關節微環境，以促進SSC衍生的軟骨形成
最後，研究人員觀察MF是否可以通過人SSCs引發類似的再生反應。結果表明，與小鼠一樣，人軟骨中SSCs隨著年齡的增長減少。將胎兒和成人關節軟骨移植到NSG小鼠中，研究人員發現，與成人軟骨相比，人胎兒軟骨產生更多的蛋白聚糖。此外，在移植後第4周，人胎兒組織的細胞和增殖能力明顯增強。結果表明，
人類骨骼幹細胞可以引導骨骼發育，且在軟骨發育階段就停止。
臨床前異種移植模型中，人關節軟骨再生
總的來說，該研究發現，在小鼠模型中，MF能激活SSC，被活化的SSC在關節內再生纖維軟骨，與天然軟骨有相同的細胞組成，具有相似的力學性能，而且還能恢復骨關節炎小鼠的活動能力。
目前，對於關節炎反覆發作和重症患者，關節置換手術是非常普遍的治療方法。但關節置換術具有極強的侵入性，並且使用壽命有限。我們期望關節軟骨再生技術早日應用於臨床，造福廣大OA患者。並且，有望在關節軟骨嚴重退化前恢復其功能，從而避免OA的發生。
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參考資料：
[1] Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells.
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