干細(xì)胞具有自我復(fù)制和多向分化潛能，能夠再生人體的各種組織，因此在組織修復(fù)和再生中有一定的臨床潛力，特別是在骨折愈合、軟骨愈合及創(chuàng)傷后炎癥等方面。

局部細(xì)胞和組織損傷后，機(jī)體對(duì)損傷所形成的缺損進(jìn)行修補(bǔ)恢復(fù)的過程稱修復(fù)。修復(fù)是機(jī)體抗損傷的表現(xiàn)，組織修復(fù)主要是通過再生來完成的。再生是體內(nèi)細(xì)胞或組織損傷后，由鄰近正常細(xì)胞分裂增殖來修補(bǔ)的過程。

1 ? 干細(xì)胞基礎(chǔ)知識(shí)介紹

干細(xì)胞，簡單來講，它是一類具有多向分化潛能和自我復(fù)制能力的原始的未分化細(xì)胞，是形成各組織器官的原始細(xì)胞。干細(xì)胞微環(huán)境是干細(xì)胞賴以生存的基礎(chǔ)，對(duì)調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)具有重要的作用。干細(xì)胞是在全身的某個(gè)局部微環(huán)境（niche）中被發(fā)現(xiàn)的，在這個(gè)環(huán)境中干細(xì)胞處于未分化的休眠狀態(tài)。

▲ 骨髓造血微環(huán)境

在干細(xì)胞和鄰近細(xì)胞之間存在多種分子機(jī)制控制著其分化和自我保護(hù)。本文主要介紹涉及創(chuàng)傷修復(fù)的四種細(xì)胞：間質(zhì)干細(xì)胞（MSCs），造血干細(xì)胞（HSC），脂肪干細(xì)胞（ADSC）和內(nèi)皮祖細(xì)胞（EPC）。其中MSC主要存在于結(jié)締組織，HSC大部分主要存在于骨髓和血液中，EPC位于血管內(nèi)皮，而ADSC存儲(chǔ)于脂肪組織。

間質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）在中胚層內(nèi)分化成非造血細(xì)胞，如成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞。間充質(zhì)干細(xì)胞高表達(dá)CD105、CD73和CD90。MSCs是臨床試驗(yàn)中研究最多的一類細(xì)胞。

造血干細(xì)胞（HSC）能夠分化成為血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，表達(dá)CD34分子標(biāo)記，可以從骨髓、外周血、臍帶血中獲得。造血干細(xì)胞是研究歷史最長且最為深入的一類成體干細(xì)胞。

脂肪干細(xì)胞（ADSC）由脂肪組織中獲得，除了表達(dá)間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)志物，常常表達(dá)CD31-CD34+等分子標(biāo)記。脂肪干細(xì)胞屬于間充質(zhì)干細(xì)胞的一種。

內(nèi)皮祖細(xì)胞（EPC）具有血管生成的潛力，它們存在于外周循環(huán)中。

2 ? 干細(xì)胞與創(chuàng)傷修復(fù)

內(nèi)源性干細(xì)胞對(duì)創(chuàng)傷的反應(yīng)包括：從休眠狀態(tài)中蘇醒；從特定的干細(xì)胞巢（niche）動(dòng)員；向受傷的部位遷移；分化產(chǎn)生特定細(xì)胞。此外，長期病理性炎性反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致干細(xì)胞的功能失調(diào)，使干細(xì)胞的數(shù)量減少，最終導(dǎo)致組織再生失敗。

在創(chuàng)傷后，MSCs與HSC的遷移已被許多趨化作用闡明。其中一種信號(hào)途徑就是SDF-1/CXCR4（基質(zhì)衍生因子1/特異性趨化因子受體4）軸。這條信號(hào)軸解釋了干細(xì)胞在局部停留及向受傷部位遷移的過程。

CXCR4是BMSCs的一種受體，它能結(jié)合SDF-1。SDF-1是一種由骨髓內(nèi)皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的蛋白質(zhì)，繼受傷后，SDF-1在組織損傷的部位產(chǎn)生，其濃度高于骨髓處，于是骨髓中MSCs向受傷部位轉(zhuǎn)移。SDF-1的表達(dá)受缺氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）和一氧化氮（NO）調(diào)控。

在正常生理情況下，骨髓中的SDF-1濃度稍高，有利于保留BMSCs。這在動(dòng)物骨折和心肌損傷模型中已被證實(shí)， CXCR4 受體的上調(diào)也使得MSCs向SDF-1濃度高的地方遷移得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

3?? 干細(xì)胞與骨折愈合

骨折會(huì)引起骨髓內(nèi)間充質(zhì)干細(xì)胞的增生，骨髓和骨膜內(nèi)的駐留干細(xì)胞會(huì)遷移至損傷部位。因?yàn)樵诠钦厶幮枰幸欢〝?shù)量的干細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)創(chuàng)傷，同時(shí)骨萎縮也被證實(shí)與骨折處缺乏干細(xì)胞有關(guān)。

恢復(fù)良好的血供是干細(xì)胞遷移并存活的必要條件。Atesok. K等發(fā)現(xiàn)：在小鼠骨折后進(jìn)行純化后的內(nèi)皮祖細(xì)胞注射，有利于血管增生及更快的骨折愈合：在骨折部位EPC的血管生成效應(yīng)與增加的親血管生成因子hVEGF、hFGF2和hHGF 44的局部水平相關(guān)；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)MSCs的遷移與增加的小鼠骨痂體積和強(qiáng)度有關(guān)聯(lián)。MSCs約在EPC使用后第14天出現(xiàn)在骨折處。這些治療效果與BMSCs遷移后局部BMP-21（骨形態(tài)生成蛋白）的表達(dá)有關(guān)。

在受傷后，干細(xì)胞對(duì)血管生成有直接和間接的影響。一些研究表明，EPC遷移到受傷的部位后直接參與了新生血管的形成。其他的研究也已經(jīng)證實(shí)EPC通過生長因子、細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)促進(jìn)新生血管生成。

MSCs和ADSC也有促進(jìn)血管生成的作用。這些血管生成功能最終有助于改善骨折的愈合、毛細(xì)血管再生、傷口的康復(fù)及減少炎癥并發(fā)癥。

干細(xì)胞還可以對(duì)機(jī)械刺激產(chǎn)生反應(yīng)。體外研究，已經(jīng)證實(shí)了干細(xì)胞對(duì)以下刺激有反應(yīng)，如牽拉、壓迫、剪切、震蕩、超聲波等。在拉伸、壓迫和超聲波等刺激下，干細(xì)胞可表現(xiàn)出成骨分化。相反地，Dai等人發(fā)現(xiàn)，對(duì)小鼠的MSCs進(jìn)行反重力作用的試驗(yàn)可抑制其成骨分化。有研究表明在體外試驗(yàn)時(shí)，低強(qiáng)度脈沖超聲波可促進(jìn)MSCs的成骨轉(zhuǎn)化。

4?? 干細(xì)胞與軟骨愈合

干細(xì)胞與關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)及創(chuàng)傷后骨關(guān)節(jié)炎有關(guān)。在損傷發(fā)生后，關(guān)節(jié)軟骨中的MSCs會(huì)分化成纖維細(xì)胞，而不是軟骨細(xì)胞。創(chuàng)傷時(shí)，關(guān)節(jié)組織纖維化的情況更少，由此表明創(chuàng)傷可引起干細(xì)胞分化的變化，并與創(chuàng)傷后骨性關(guān)節(jié)炎息息相關(guān)。

干細(xì)胞治療效果與給藥方式相關(guān)。通過干細(xì)胞在關(guān)節(jié)內(nèi)注射，能改善創(chuàng)傷引起的軟骨缺損。而研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠模型中進(jìn)行皮下注射干細(xì)胞對(duì)軟骨愈合沒有影響。

Saw等在50名軟骨損傷的病人中進(jìn)行了一項(xiàng)臨床試驗(yàn)：50名患者隨機(jī)分組，治療組接受來自自體干細(xì)胞，輔料是透明質(zhì)酸；對(duì)照組僅接受透明質(zhì)酸治療。每一位病人都行關(guān)節(jié)鏡下的軟骨鉆孔及軟骨成形術(shù)，然后進(jìn)行為期5周的膝關(guān)節(jié)注射并在第18個(gè)月行關(guān)節(jié)鏡檢查活檢。組織學(xué)分析及核磁共振檢查顯示：與對(duì)照組相比，治療組干細(xì)胞的軟骨再生能力有所提高，但是關(guān)節(jié)功能評(píng)分并無差別。

Vangsness等人研究了關(guān)節(jié)鏡下半月板切除術(shù)后的關(guān)節(jié)內(nèi)注射MSCs的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)半月板組織再生增加，伴有骨關(guān)節(jié)炎患者的疼痛評(píng)分得到改善，且在隨后的兩年隨訪中沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的不良反應(yīng)。

使用MSCs治療有望能夠改善骨關(guān)節(jié)炎和創(chuàng)傷后的軟骨缺損。目前研究的重點(diǎn)是確定最佳MSCs來源、如何進(jìn)行預(yù)處理，如何提高安全性。MSCs在骨關(guān)節(jié)炎和創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)炎的治療目的都是重新生成透明軟骨，但其病理微環(huán)境各不相同。

5?? 干細(xì)胞與免疫調(diào)節(jié)

干細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)功能，主要依賴于在創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)中分泌的介質(zhì)如Toll樣受體。Toll樣受體（Toll-like receptors, TLR）是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質(zhì)分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。TLR是一類由創(chuàng)傷后細(xì)胞破壞釋放的內(nèi)源性產(chǎn)物，包括線粒體DNA（mtDNA），具有激活免疫細(xì)胞的能力。

創(chuàng)傷后引起的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞激活會(huì)對(duì)干細(xì)胞造成損傷。在機(jī)體受傷后，中性粒細(xì)胞和干細(xì)胞一起遷移到受傷的部位，但它們遷移到創(chuàng)傷部位的時(shí)間點(diǎn)不同。中性粒細(xì)胞被激活后會(huì)釋放活性氧，無意中損害了周圍的細(xì)胞包括干細(xì)胞。如果損傷足夠嚴(yán)重，中性粒細(xì)胞的激活狀態(tài)持續(xù)存在（尤其是在細(xì)胞凋亡之后），那么干細(xì)胞就可能會(huì)被破壞。

干細(xì)胞療法是當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究最前沿也是最熱門的方向之一，取得了令人興奮的成果。每一項(xiàng)成功的臨床試驗(yàn)，背后都有扎實(shí)的基礎(chǔ)研究作為鋪墊，其中涉及干細(xì)胞本身的生物學(xué)特性、適應(yīng)癥的選擇，給藥方式的選擇，細(xì)胞的選擇和給藥的劑量，這些都是成功的非常關(guān)鍵因素。