膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是导致患者下肢功能障碍的关键因素之一
[1-2]。目前,临床多采用非甾体抗炎药、玻璃酸钠注射等措施治疗,这些方法虽能在一定程度上改善患者症状,但难以从病理机制层面扭转病情的发展
[3-5]。近年来,有研究
[6-7]提出,富血小板血浆(platelet-rich plasma,PRP)在减轻KOA疼痛、改善关节功能方面的效果优于透明质酸与皮质类固醇。随着临床对PRP认识的不断加深,根据其成分差异,可将其分为贫白细胞富血小板血浆(leukocyte-poor platelet-rich plasma,LP-PRP)与富白细胞富血小板血浆(leukocyte-rich platelet-rich plasma,LR-PRP)。部分研究
[8]认为,LR-PRP含有更高浓度的生长因子与抗菌成分,其治疗作用显著优于LP-PRP;但也有研究
[9-10]持相反观点,认为白细胞可能释放促炎物质,对关节软骨产生不良影响,而LP-PRP可避免白细胞释放的促炎酶对关节软骨的损害,在改善KOA患者疼痛症状、提高治疗效果方面的作用更为显著。Romandini等
[11]学者则提出,LR-PRP中的白细胞并不会影响KOA的治疗效果与安全性,且LP-PRP与LR-PRP的临床效果无显著差异。由此可见,LP-PRP与LR-PRP的作用机制与临床效果尚存争议,且现有研究多聚焦于主观评估效果与安全性方面,缺乏对KOA发病机制的深入研究。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)/谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)信号通路可通过抗氧化应激与铁死亡作用,参与KOA患者软骨损伤过程,这为PRP的疗效评价提供了一个较为客观、有待验证的机制
[12-13]。因此,本研究旨在通过前瞻性单盲实验,比较LP-PRP与LR-PRP的疗效与安全性,并初步探索性分析其对血清中Nrf2/GPX4通路相关因子的影响,为后续机制研究提供临床线索。
1 资料与方法
1.1 一般资料
采用前瞻性随机对照设计。本研究选取2023年7月—2025年5月北京积水潭医院贵州医院符合纳入标准的KOA患者118例。纳入标准:①符合KOA诊断标准
[14];②为原发性KOA,Kellgren-Lawrence分级为Ⅱ级或Ⅲ级;③单膝受累;④年龄40~75岁。排除标准:①6个月内使用过透明质酸或其他生物制剂注射治疗;②存在严重力线畸形、关节不稳、拟需手术治疗者;③伴严重心脑血管疾病、肝肾功能不全者;④有血液系统疾病、免疫缺陷或恶性肿瘤者;⑤严重骨质疏松者;⑥存在局部或全身活动性感染者;⑦妊娠期或哺乳期女性;⑧伴精神疾病。剔除标准:①自愿退出研究者;②未按原定计划完成治疗方案或失访者。
以总有效率作为主要结局指标。根据预试验结果,LP-PRP组总有效率约为90%,LR-PRP组约为75%,设优效界值为10%。取α=0.05(双侧),检验效能1―β=0.80,计算样本量:n=2×[(Z_(1―α/2)+Z_(1―β))2×P(1―P)]/δ2,其中P=(P1+P2)/2,δ=P1―P2。计算得每组至少需51例。考虑约10%的脱落率,纳入样本量需>56例。CONSORT流程图:共评估患者140例,其中22例被排除:12例不符合纳入标准,6例拒绝参加,4例因其他原因。最终纳入118例患者,采用随机数字表法均分为LP-PRP组(59例)和LR-PRP组(59例)。2组均按方案完成每周1次、共4周的膝关节腔注射治疗,治疗期间无失访、无退出、无剔除病例,全部118例纳入最终分析。
由不参与研究方案设计的人员,使用SPSS 27.0软件生成1∶1随机序列,随机分为LP-PRP组59例、LR-PRP组59例,将分组结果装入按顺序编号、密封牛皮纸信袋中。患者入组并完成基线评估后,由研究者按顺序开启信封,确定分组并执行对应干预方案。2组一般资料差异无统计学意义(
P>0.05),具有可比性。见
表1。
本研究经医院伦理委员会审批通过[批准文号:(2023)伦审第(00048)号],所有患者均知情同意并签署知情同意书。
1.2 治疗方法
LP-PRP组给予LP-PRP膝关节腔内注射治疗,LR-PRP组给予LR-PRP膝关节腔内注射治疗。剂量均为4 mL/次,每周1次,共治疗4周。
1.2.1 LR-PRP、LP-PRP的制备
均在无菌净化实验室中,由同一组经过培训的医务人员严格执行无菌操作规范。于患者肘正中静脉采集自体静脉血40 mL,注入预先装有4 mL枸橼酸抗凝剂的采血管中,混匀8~10次。使用同一台大容量低温离心机(Thermo Fisher Scientific Sorvall ST 16R)采用二次离心法离心,采用同一批次离心机和相同离心参数。于室温下将抗凝全血以180×g离心10 min,离心后血液分为三层:下层为红细胞,上层为贫血小板血浆(platelet poor plasma,PPP),中间层为富含血小板的“白膜层”。用无菌注射器吸取上层约2/3的PPP弃去,将紧邻“白膜层”上方约1 cm血浆及全部“白膜层”收集至另一无菌离心管中。此中间产物为初步富集PRP。
LR-PRP制备:将初步富集PRP以800×g离心10 min,离心后,管底形成血小板团块,上层为PPP。弃去上层PPP,仅留4~5 mL血浆覆盖血小板团块,于涡旋振荡器上以低速(1 500 r/min)振荡重悬血小板团块1 min,获得LR-PRP。LP-PRP制备:将初步富集PRP以1 200×g离心15 min。离心后,用无菌注射器吸取中上层4~5 mL血浆,注意避免触及管底富含白细胞与少量血小板沉淀层,将此部分血浆转移至另一无菌管,最终获得LP-PRP。每份PRP产品制备完成后,使用全自动血细胞分析仪(Sysmex XN-1000)对LR-PRP、LP-PRP进行质控。LR-PRP标准为:血小板计数≥1.0×106/μL,白细胞计数≥1.0×10³/μL;LP-PRP标准为:血小板计数≥1.0×106/μL,白细胞计数≤0.1×103/μL。剔除不合格样品。每10份样品随机抽取1份进行质控复检,以建立质控参考范围。LP-PRP组与LR-PRP组血小板计数分别为(1.32±0.21)×105/μL、(1.28±0.19)×105/μL;血小板富集倍数(4.1±0.6)、(4.0±0.5),组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。注射前,按10∶1比例于PRP中加入10%氯化钙溶液,形成PRP凝胶,于37 ℃温育10 min后使用。
1.2.2 膝关节腔内注射操作
患者取仰卧位,膝关节屈曲15 °~30 °。用超声引导(迈瑞M9)行精准定位。常规消毒铺巾,将超声探头置于髌骨外侧缘,显示髌上囊及关节腔间隙,实时引导下,采用23G穿刺针,前外侧入路进针,避开血管和神经,确保针尖进入关节腔内。回抽无血后,将制备好的约4 mL LR-PRP或LP-PRP缓慢注入关节腔。无菌敷料覆盖注射点,观察15~20 min,24 h内避免注射部位沾水及剧烈运动。
1.3 观察指标
评估者采用盲法,由2名不知情本研究方案设计的人员对观察指标进行评估。
1.3.1 临床疗效
治疗4周后评定疗效,采用西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(Western Ontario and McMaster universities osteoarthritis index,WOMAC)以尼氏法计算疗效指数,疗效指数为治疗前后WOMAC差值/治疗前评分×100%。临床控制:膝关节疼痛基本消失,疗效指数≥95%;显效:疼痛明显缓解,70%≤疗效指数<95%;有效:疼痛部分缓解,30%≤疗效指数<70%;无效:症状无变化,疗效指数<30%
[15]。总有效率=(临床控制+显效+有效)例数/总例数×100%。
1.3.2 视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)[16]
分别于治疗前、治疗2周后、治疗4周后,采用VAS评估患者疼痛程度。使用视觉模拟评分尺,左端0 cm代表无痛(为0分),右端10 cm代表剧烈疼痛(为10分),分值越高表明疼痛越重。
治疗前、治疗2周后、治疗4周后评估WOMAC评分,该评分包括24个条目,分为疼痛(5个条目)、僵硬(2个条目)、关节功能(17个条目),每个条目0~4分,总分值0~96分,分值越高则症状越严重。
1.3.4 炎症相关指标
治疗前、治疗4周后采集患者晨起空腹静脉血,取含抗凝剂的采血管(约2 mL),使用北京普利生仪器有限公司LBY-XC40型血沉仪采用光学法检测红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate,ESR),取不含抗凝剂的采血管(4 mL),经离心(条件:2 000×g,10 min)后获取血清,置于-80 ℃冰箱中待测。采用双抗夹心酶联免疫法检测白细胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、CC趋化因子配体12(C-C motif chemokine ligand 12,CCL12)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)水平。所有试剂盒均购入北京百奥莱博科技有限公司。
1.3.5 Nrf2/GPX4信号通路关键因子
取上述血清,采用双抗体夹心法检测GPX4、Nrf2、酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4,ACSL4)水平。
1.3.6 不良反应
记录患者不良反应发生情况,包括注射部位疼痛、肿胀、皮肤发红等。
1.4 统计学方法
应用SPSS 27.0统计软件分析数据。经Shapiro-Wilk检验计量数据正态性,Levene检验评估方差齐性。符合正态分布的计量资料以±s表示,比较采用独立样本t、配对样本t检验和重复测量方差分析。计数资料以例数(%)表示,比较采用χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 2组总有效率比较
LP-PRP组总有效率(91.53%)高于LR-PRP组(77.97%),差异有统计学意义(
P<0.05)。见
表2。
2.2 2组不同时间点VAS评分比较
重复测量方差分析显示,随时间延长,2组VAS评分均呈降低趋势,LP-PRP组VAS评分低于LR-PRP组,组间、时点间、组间·时点间交互作用差异有统计学意义(
P<0.05)。见
表3。
2.3 2组不同时间点WOMAC评分比较
重复测量方差分析显示,随时间延长,2组WOMAC评分均呈降低趋势,LP-PRP组WOMAC评分低于LR-PRP组,组间、时点间、组间·时点间交互作用差异有统计学意义(
P<0.05)。见
表4。
2.4 2组不同时间点炎症因子比较
治疗前,2组各炎症因子比较差异无统计学意义(
P>0.05);治疗4周后,2组ESR、TNF-α、IL-1β、CCL12水平均较治疗前显著降低;LP-PRP组ESR、TNF-α、IL-1β、CCL12水平低于LR-PRP组,差异有统计学意义(
P<0.05)。见
表5。
2.5 2组不同时间点血清Nrf2/GPX4信号通路关键因子比较
治疗前,2组各血清Nrf2、GPX4、ACSL4比较差异无统计学意义(
P>0.05);治疗4周后,2组血清Nrf2、GPX4均较治疗前升高,ACSL4水平均较治疗前显著降低;LP-PRP组血清Nrf2、GPX4高于LR-PRP组,ACSL4水平低于LR-PRP组,差异有统计学意义(
P<0.05)。见
表6。
2.6 2组不良反应比较
2组不良反应主要是注射部位疼痛、肿胀、皮肤发红,2组均未发生其他不良反应,以上不良反应程度较轻,在72 h内自行缓解或经冰敷后缓解,未给予特殊药物治疗或中断治疗。LP-PRP组不良反应总发生率(6.78%)与LR-PRP组(8.47%)比较差异无统计学意义(
P>0.05)。见
表7。
3 讨 论
PRP是近年来治疗KOA的热门措施,但有关LP-PRP与LR-PRP在治疗效果方面的差异仍存在争议,各项研究的结局不同,且现有研究
[17-18]也缺乏二者对于KOA机制通路的相关探索。因此,本研究旨在从临床疗效、分子机制等不同层面,分析LP-PRP与LR-PRP治疗KOA的差异。
本研究结果显示,LP-PRP组总有效率为91.53%,显著高于LR-PRP组的77.97%;且治疗2周、4周后,患者疼痛与功能评分改善效果显著优于LR-PRP组。表明,LP-PRP在减轻疼痛、改善功能方面的效果更为显著。Peng等
[9]的研究也进一步证实了这一点,提出LP-PRP能有效改善KOA患者疼痛症状及功能障碍。LR-PRP中含有较高浓度的白细胞与促炎细胞因子,可能在早期引发炎症反应,从而短暂加剧疼痛并延缓功能恢复
[19-20]。本研究中LR-PRP组在治疗2周、4周后的VAS与WOMAC评分下降幅度较小,也体现了这一观点。目前有关PRP治疗的研究中,多数倾向于采用LP-PRP,因其相对具有更好的耐受性,可避免更多白细胞引发的炎症反应,同时能促进组织修复、再生
[21-24]。既往研究
[25]表明,适度的炎症反应有利于组织修复,而持续炎症反应会损害组织,加剧疼痛。张美荣等
[26]的研究也提出,LP-PRP与LR-PRP在促进肌腱修复方面的效果存在差异,短期内LP-PRP在改善疼痛及肩关节功能障碍方面的效果优于LR-PRP。因此,LP-PRP在短期内缓解疼痛、改善功能障碍方面的效果更为显著,更适用于希望早期恢复正常生活与社会活动的患者。
随着近年来临床对于KOA病理机制的深入研究发现,软骨细胞死亡及关节软骨结构的破坏是骨关节炎的主要病理变化,而铁死亡是导致软骨细胞凋亡的重要形式。铁死亡主要由铁依赖性的膜磷脂过氧化反应引起,最终导致细胞膜破裂从而使细胞死亡
[27-28]。Nrf2/GPX4轴构成了细胞防御体系的核心机制,其中Nrf2是调控抗氧化反应的关键,其下游关键靶蛋白GPX4可还原细胞膜上脂质过氧化物酶,从而抑制铁死亡;ACSL4是促使发生脂质过氧化所必需的酶,其高表达是促进铁死亡的标志
[29-30]。在KOA病情进展过程中,IL-1β、TNF-α等炎症因子过度表达会持续产生大量活性氧,破坏细胞氧化还原稳态,导致Nrf2/GPX4防御通路受到抑制,引发软骨细胞铁死亡,从而导致软骨基质降解
[31-32]。选择Nrf2/GPX4信号通路作为靶点:一方面,该通路是细胞抗氧化防御体系的核心,直接调控铁死亡的发生发展;另一方面,KOA患者关节软骨中Nrf2表达降低,GPX4活性下降,铁死亡标志物ACSL4表达升高,提示该通路的异常激活与KOA的病理进程密切相关
[33-35]。因此,推测通过调控Nrf2/GPX4通路,可以从源头上抑制软骨细胞铁死亡,延缓关节软骨退变,为KOA的治疗提供新的靶点和策略。廖太阳等
[36]的研究也提出,经治疗后,KOA小鼠体内GPX4、Nrf2表达增加,具有抗氧化作用,可降低活性氧、铁含量水平,减少脂质过氧化物损伤,抑制铁死亡,从而改善病情。
本研究为进一步探究LP-PRP与LR-PRP对KOA分子层面作用机制,通过初步检测Nrf2/GPX4信号通路相关因子来揭示二者的差异。结果显示,LP-PRP组治疗4周后ESR、TNF-α、IL-1β、CCL12、ACSL4水平低于LR-PRP组,Nrf2、GPX4高于LR-PRP组。这一结果表明,LP-PRP能有效减轻KOA炎症与氧化应激反应,发挥保护软骨细胞的作用。PRP与Nrf2/GPX4调控机制的分析如下:PRP中含有多种生长因子和细胞因子,如血小板衍生生长因子、转化生长因子β等,这些因子可通过激活细胞内的信号通路,促进Nrf2核转位,增强其抗氧化活性;同时,PRP还可抑制炎症因子的表达,减少活性氧产生,从而减轻对Nrf2/GPX4通路的抑制作用
[37]。而本研究中,LR-PRP中含有大量的白细胞,可能通过白细胞释放炎症介质,引发炎症反应,从而导致Nrf2/GPX4信号通路异常表达。而LP-PRP中白细胞含量较LR-PRP中少,其白细胞介导的炎症反应较为轻微,从而减少了氧化应激源头,利于更高效地启动细胞的内源性修复与抗氧化程序,为Nrf2/GPX4通路的激活创造了更有利的微环境,因此在抑制铁死亡和保护软骨方面表现出更强的效能。Su等
[38]研究也表明,LP-PRP在注射后6个月内,受影响关节部位的软骨中蛋白聚糖及胶原蛋白的沉积量有所增加。因此,LP-PRP治疗后,伴随炎症减轻与临床症状改善,血清中Nrf2/GPX4通路相关因子对应也积极改变,提示该通路可能参与了这一过程。但本研究提出的“LP-PRP通过激活Nrf2/GPX4通路抑制软骨细胞铁死亡”的机制分析,仍属于基于间接证据推测,尚需通过更直接的证据加以验证。此外,受限于伦理和临床操作可行性,本研究未获取患者关节滑液或滑膜/软骨活检组织,未能开展免疫组织化学、蛋白质免疫印迹等组织学水平验证,这是本机制结论的核心硬缺陷。
本研究中2组不良反应主要是注射部位疼痛、肿胀、皮肤发红,2组均未发生其他不良反应。以上不良反应程度较轻,且LP-PRP组与LR-PRP组比较差异无统计学意义,表明二者均具有良好的安全性,同时也提示LP-PRP在获得良好治疗效果的同时,未增加局部反应风险。
综上所述,相较于LR-PRP,LP-PRP治疗KOA可获得良好的短期效果,有效缓解疼痛、改善功能障碍,可能与其作用在Nrf2/GPX4信号通路的效果有关,且两者安全性相当,可作为期待早日恢复正常生活患者的有效治疗措施。但本研究也存在局限性,如纳入人群为Kellgren-Lawrence Ⅱ~Ⅲ级、单膝、40~75岁患者,外推性有限;仅观察了治疗后4周内的疗效,缺乏中长期效果评价,难以评价LP-PRP与LR-PRP中长期疗效差异;仅实现评估者单盲,患者及操作者未设盲,且总有效率采用尼氏法,存在主观偏倚风险;机制验证仅依赖血清标志物,缺乏关节局部组织学直接证据。未来仍需后续开展大样本、长期观察的随机试验进一步分析二者的长期预后;并通过滑膜或蛋白表达等检测技术进一步探究LP-PRP对该通路的影响。
贵州省科技计划项目(黔科合成果-LC[2023]175)