《CARTILAGE》：Autologous Chondrocyte Implantation With Knee Osteotomy in Middle-Aged Patients Demonstrates a Chondrogenic Transcriptomic Profile and Favorable Histological Repair
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目的：主要目的是表征中老年患者在接受自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation, ACI）联合膝关节截骨术后软骨修复的特征，假设其具有良好的组织学修复和成软骨转录组谱。与单纯截骨术的次要比较为探索性研究。设计：这项
目的：主要目的是表征中老年患者在接受自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation, ACI）联合膝关节截骨术后软骨修复的特征，假设其具有良好的组织学修复和成软骨转录组谱。与单纯截骨术的次要比较为探索性研究。设计：这项前瞻性病例系列研究包含一个非随机对照组，共纳入12名年龄在50–65岁、伴有国际软骨修复协会（International Cartilage Repair Society, ICRS）3–4级软骨缺损（面积>4 cm2）及膝内翻畸形的患者。其中6名接受了分期ACI联合截骨术，另6名仅接受截骨术；分组依据日本医保对ACI的适应症进行分配。研究人员在术前及术后1年评估了患者报告结局。两组均接受了二次关节镜检查、ICRS II组织学评估及RNA测序。此外，还比较了年轻与年长队列之间移植物的生化特性。结果：ACI组的宏观修复评分（10.3 ± 1.0 vs. 6.0 ± 4.4；P = 0.04）和组织学评分（中位数75 vs. 50；P = 0.03）均显著更高。两组的Lysholm评分均有改善（均为P = 0.031）；而KOOS、IKDC及VAS的变化不显著。在所有患者报告结局中，两组间从基线至随访的变化无显著差异。ACI组的COL2A1、ACAN及COMP表达水平更高。不同年龄组之间移植物sGAG含量及细胞数量无显著差异。结论：ACI联合截骨术显示出良好的组织学修复和成软骨转录组谱。由于样本量小、非随机化分组及随访时间短，组间比较结果仅为探索性。需要更大规模、更长期的研究来确定其临床意义及持久性。
一、研究背景与研究目的
膝关节软骨损伤因其自身极差的愈合能力，是导致骨关节炎（osteoarthritis, OA）的重要诱因。对于局灶性软骨缺损，现有多种手术方案，包括微骨折术、骨软骨自体或异体移植以及自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation, ACI）。ACI相较于其他传统技术在修复大面积透明软骨缺损方面具有潜在优势。然而，中老年患者的术后效果往往劣于年轻患者，这归因于多种合并因素，如下肢力线不良、关节内退行性改变及半月板病变等。膝关节截骨术（如胫骨高位截骨术，high tibial osteotomy, HTO）是治疗合并力线不良及关节内骨关节炎病变的软骨缺损的有效手段，可通过减轻受累间室的负荷并诱导部分软骨修复。但单纯截骨术后再生的组织主要为纤维软骨，生物力学性能较差，可能导致远期效果不佳。相比之下，将ACI与截骨术联合可能促进透明样软骨的再生，从而获得更持久的修复效果。尽管已有若干系统性综述总结了HTO联合软骨修复手术（包括ACI）的临床结局，但目前关于联合手术在修复组织生物学质量方面的额外获益仍知之甚少。因此，本研究的主要目的是从中观、组织学和转录组学层面，评估中老年患者接受ACI联合膝关节截骨术后软骨修复组织的生物学质量；次要目的是探索ACI联合截骨术与单纯截骨术在软骨修复及临床结局上的差异。研究人员假设，ACI联合截骨术后的修复组织将展现出良好的组织学特征及成软骨转录组谱。
二、主要关键技术方法
本研究是一项单中心前瞻性病例系列研究，包含一个非随机对照组。研究对象为2020年4月至2022年3月期间入院的50–65岁患者，纳入标准为MRI显示面积>4 cm2的局灶性软骨缺损且伴有膝内翻畸形需行截骨术者。所有手术由同一名外科医生完成。ACI采用两阶段手术流程：首先关节镜下从膝关节非负重区取0.4 g关节软骨，送至Japan Tissue Engineering Co., Ltd进行处理；经酶消化后，将软骨细胞悬浮于去端肽胶原溶液中培养4周；随后通过内侧髌旁关节切开术植入移植物，并以胶原膜覆盖。截骨术采用内侧开放楔形胫骨高位截骨术（open-wedge high tibial osteotomy, OWHTO），部分病例加做股骨远端截骨术。术后康复方案：ACI联合截骨组于术后2周开始部分负重及活动度训练，6周逐步过渡至完全负重；单纯截骨组于术后3周允许完全负重。临床评估采用Lysholm评分、疼痛视觉模拟量表（visual analog scale, VAS）、膝关节损伤与骨关节炎结局评分（Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score, KOOS）及国际膝关节文献委员会（International Knee Documentation Committee, IKDC）主观膝关节评估表。影像学评估通过全长负重位X线片测量髋-膝-踝角（hip-knee-ankle angle, HKA）、机械轴百分比（percentage of mechanical axis, %MA）等参数。约术后1年取出内固定物时进行二次关节镜检查，采用ICRS宏观评分系统评价软骨修复情况，同时取修复组织中央区域活检标本进行苏木精-伊红（hematoxylin and eosin, H&E）、番红-O及甲苯胺蓝染色，并使用ICRS II评分系统进行组织学评估。此外，对活检组织进行RNA测序（RNA-seq），并与四种参照软骨细胞表型（未培养原代软骨细胞、去分化软骨细胞、变性软骨细胞及骨化软骨细胞）进行比较。基因表达数据分析采用edgeR鉴定差异表达基因，并进行层次聚类和主成分分析。此外，还补充研究了年龄对软骨细胞移植物生化特性的影响，将≥50岁患者与同期接受ACI的23名24–49岁年轻患者的移植物细胞数量和硫酸糖胺聚糖（sulfated glycosaminoglycan, sGAG）含量进行了比较。
三、研究结果
临床与放射学结果： 两组的Lysholm评分从基线至术后1年均显著改善（ACI联合截骨组：47.5 ± 19.5至89.8 ± 3.1，P = 0.031；单纯截骨组：66.0 ± 6.2至91.0 ± 3.2，P = 0.031）。KOOS、IKDC主观评分及VAS虽有数值变化，但组内变化未达统计学显著性。各组间从基线至1年的变化量均无显著差异。放射学评估显示两组术后力线参数无显著差异。
关节镜及组织学评估： 宏观评估显示，ACI联合截骨组的总体修复评分显著高于单纯截骨组（10.3 ± 1.0 vs. 6.0 ± 4.4；P = 0.04）。组织学评估中，ACI联合截骨组的软骨细胞簇集评分（中位数90 vs. 70；P = 0.04）、基底整合评分（中位数80 vs. 40；P = 0.03）及表面/浅层区评估评分（中位数80 vs. 60；P = 0.04）均显著更高，总体组织学评估评分也显著更高（中位数75 vs. 50；P = 0.03）。
RNA-seq评估与修复组织转录组谱： 利用参照细胞表型来源的差异表达基因进行的层次聚类显示，ACI联合截骨组的所有5份活检样本均与未培养原代软骨细胞参照聚在同一簇中；而单纯截骨组的6份样本中有4份偏离了这一簇。主成分分析的三维图中，ACI联合截骨组样本也更接近未培养原代软骨细胞参照。在基因表达层面，ACI联合截骨组成软骨相关基因COL2A1、ACAN及COMP的表达水平显著高于单纯截骨组（均为P = 0.0358）；而骨形成或肥大标志物ALPL、BGLAP及SPP1的表达则呈现降低趋势（均为P = 0.053）。
关于年龄对软骨细胞移植物生物学/生化特性影响的补充研究： 对移植物植入前的生化分析显示，≥50岁组与24–49岁组在sGAG含量（P = 0.672）及每单位移植物细胞数量（P = 0.908）上均无显著差异。
四、讨论与结论
本研究发现，中老年患者接受ACI联合膝关节截骨术后的软骨修复组织表现出良好的宏观和组织学特征，并伴随成软骨转录组谱。然而，鉴于样本量小、非随机化的基于适应症的分组方式，组间比较结果应视为探索性而非确证性证据。尽管ACI联合截骨组在生物学指标上优于单纯截骨组，但在术后1年的患者报告结局方面并未体现出额外的临床获益，这可能与样本量有限及随访期较短有关。既往研究虽已报道联合手术具有更好的远期生存率，但多聚焦于临床结局而非再生组织的生物学质量。本研究通过组织学和转录组学分析提供了生物学层面的证据。研究的局限性包括：样本量小（每组6例）、非随机化分组、部分患者接受了双平面截骨术引入异质性、活检仅取自修复组织中央区域可能无法代表整体空间异质性、缺乏术后MRI评估以及随访时间短。结论：ACI联合膝关节截骨术在中老年患者中显示出良好的组织学修复和成软骨转录组谱。考虑到样本量小、非随机化分组及随访时间短，组间比较结果应视为探索性。需要更大规模、更长期的研究来确定这些生物学发现的临床意义及持久性。
