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中美主导下的干细胞治疗骨关节炎的十年文献研究进展、挑战与转化前景

骨关节炎(OA)的疾病负担与特征:骨关节炎(OA),特别是占其大部的膝骨关节炎(KOA),是一种高发病率和高致残率的全球性疾病,影响超过全球7%的人口。在60岁以上人群中,KOA患病率显著(男约10%,女约13%),主要累及中老年和肥胖群体,症状表现为疼痛、肿胀、僵硬和活动受限。

其核心病理特征是关节软骨细胞功能异常(肥大、凋亡)及软骨基质降解与修复失衡。当前治疗手段包括药物(如非甾体抗炎药、阿片类镇痛药、慢作用药物)、关节腔注射,以及针对难治病例的手术干预。

中美主导下的干细胞治疗骨关节炎的十年文献研究进展、挑战与转化前景

间充质干细胞(MSCs)治疗KOA的潜力与挑战:间充质干细胞(MSCs)因其自我更新、多向分化、迁移至损伤部位并分泌多种生物活性因子(促进组织再生、抗炎、免疫调节)的特性,被探索用于KOA的关节内注射治疗。初步研究显示其在缓解膝关节疼痛和改善软骨质量方面具有潜力。然而,MSCs治疗的广泛应用仍需解决移植排斥反应、潜在肿瘤形成风险以及相关伦理问题等关键挑战。

近日,广州医科大学附属中医医院在国际权威期刊杂志《Medicine (Baltimore)》上发表了一篇“间充质干细胞与膝关节骨关节炎:文献计量分析”的研究综述[1]。

中美主导下的干细胞治疗骨关节炎的十年文献研究进展、挑战与转化前景

结果表明:综述纳入了1537篇文献,其中文献数量美中两国贡献最为突出,合计发文量占比超50%,此外,近10年来的文献研究主要集中在间充质干细胞治疗膝骨关节炎的疗效和机制研究,并已初步证实了间充质干细胞治疗膝骨关节炎的潜在疗效

中美主导下的干细胞治疗骨关节炎的十年文献研究进展、挑战与转化前景

研究旨在探讨间充质干细胞在治疗骨关节炎中的研究现状、热点及未来研究趋势,为该领域的研究方向及应用提供依据。

文献来源与检索策略:本研究数据来源于Web of Science核心合集数据库(WOSCC)。检索限定于2012年1月1日至2022年10月31日期间发表、类型为文章或综述、语言为英文、主题涉及间充质干细胞(MSCs)在膝骨关节炎(KOA)中研究与应用的文献。具体检索式为:TS=([MSCs OR MSCs OR MSCs]AND[knee bone arthritis OR KOA]),初步获得1716篇相关文献。

文献筛选与分析:经过去除重复文献并严格依据纳入标准筛选后,最终纳入1537篇文献(包含1113篇研究文章和424篇综述)进行分析。所有纳入文献均使用Hiplot Pro和CiteSpace软件进行文献计量学分析,以生成关于国家、机构、作者、关键词及参考文献的统计数据和可视化科学图谱。文献检索流程及细节如图1所示。

出版物产出与引用趋势(2012–2022年)

2012年1月至2022年10月,Web of Science核心合集(WOSCC)共收录1537篇关于间充质干细胞(MSCs)治疗膝骨关节炎(KOA)的研究文献。

该领域呈现显著增长趋势:2012年仅发文46篇,至2021年达峰值244篇,增幅超430%。所有文献总被引频次为41916次,篇均被引27.27次,其中2021年文献总被引频次高达9506次,凸显该年度研究成果影响力尤为突出。引用趋势分析(图2A)表明,近十年MSCs在KOA治疗领域持续受到全球研究者关注,尤其在2020–2021年呈现爆发式增长,反映其作为再生医学热点方向的潜力。

图2:(A) 2012年至2022年MSC和KOA研究相关年度出版物和引用的全球趋势。(B) 显示出版物贡献全球分布的世界地图。(C) 出版物最多的10个国家/地区。
图2:(A) 2012年至2022年MSC和KOA研究相关年度出版物和引用的全球趋势。(B) 显示出版物贡献全球分布的世界地图。(C) 出版物最多的10个国家/地区。

国家/地区贡献分析

全球共有74个国家/地区参与该领域研究。发文量前10位国家依次为:美国、中国(主导国家)、意大利、韩国、英国、德国、日本、荷兰、西班牙和澳大利亚(图2B–C)

美中两国贡献最为突出,合计发文量占比超50%,奠定领域核心地位。值得注意的是,欧美国家(意、英、德、荷)与亚洲国家(韩、日)形成第二梯队,但发文量较美中存在显著差距,体现研究资源分布的高度不均衡性。国际合作网络中,美中合作最为紧密,共同推动技术转化与临床验证,而其他国家的协作密度相对较低。

作者与机构合作网络

作者合作网络密度仅为0.0079(图3A),表明研究者间合作松散,未形成紧密集群。核心作者包括:

  • Sekiya Ichiro与Koga Hideyuki(发文量>20篇):聚焦MSCs修复关节软骨的疗效机制;
  • Muneta Takeshi、Tsuji Kunikazu(日本):临床转化研究;
  • Maffulli Nicola、Filardo Giuseppe(欧洲):生物材料与MSCs联合疗法。
图3:(A) 参与MSCs和KOA研究的作者网络可视化。(B) 前10位高产作者。
图3:(A) 参与MSCs和KOA研究的作者网络可视化。(B) 前10位高产作者。
图4:(A) CiteSpace可视化了参与MSCs和KOA研究的机构。(B) 排名前 10的科研机构。
图4:(A) CiteSpace可视化了参与MSCs和KOA研究的机构。(B) 排名前10的科研机构。

机构合作网络密度为0.0093(图4A),协同性较弱。发文前三机构为:特殊外科医院(发文量最高)、拉什大学(26篇)、东京医科齿科大学(26篇)(图4B)。

顶级期刊贡献分析

被引频次前10的期刊总被引7771次,占全部文献总被引次数的18.54%(表1)。被引频次最高的期刊为:

  • Osteoarthritis and Cartilage(骨关节炎领域顶级期刊,IF:7.0)
  • Arthritis Research and Therapy
  • American Journal of Sports Medicine(运动医学权威期刊,IF:6.4)
表1:— 引用次数最多的10期刊排名。
表1:—引用次数最多的10期刊排名。

其中Stem Cells(干细胞领域旗舰期刊,篇均被引119.17次)和Annals of the Rheumatic Diseases(风湿病学顶刊,篇均被引108.5次)单篇影响力最强。这些期刊的研究主题聚焦于关节修复机制、再生医学技术及临床转化(依据期刊官网Scope声明),代表领域核心知识库。

关键词共现与聚类特征

关键词共现是对当前研究问题或概念的集中表达,能够准确描述当前的研究热点。关键词共现可视化图谱如图5A所示,其中200以上的高频词有11个,100以上的高频词有24个(表2)。除本研究的主要关键词MSCs、KOA外,该领域的其他高频关键词还有关节软骨、骨髓、修复、关节内注射、治疗、基质细胞、富血小板血浆 (PRP)、分化、再生和自体软骨细胞植入。

表2:MSCs和KOA共现频率排名前30的关键词
表2:MSCs和KOA共现频率排名前30的关键词
图5:CiteSpace可视化MSCs与KOA研究的关键词。(B)关键词聚类分析。
图5:CiteSpace可视化MSCs与KOA研究的关键词。(B)关键词聚类分析。

除核心词“MSCs”和“KOA”外,高频词富血小板血浆(PRP)、自体软骨细胞移植、关节内注射直接关联当前临床治疗技术(依据ICRS指南);分化、再生等词则指向基础研究热点(参照Nature Reviews Rheumatology综述)。

关键词爆发趋势与前沿预测

关键词爆发分析可以反映不同时期研究热点的转移,有助于预测潜在的发展趋势和前沿研究,强度越高,影响力越大。MSCs治疗KOA领域的关键词爆发结果如图6所示,近十年来,爆发强度最大的2个关键词是移植(强度:8.81)和外泌体(强度:10.03)。

图6:引用爆发最强的前20个关键词(按爆发开始的年份排序)
图6:引用爆发最强的前20个关键词(按爆发开始的年份排序)

阶段热点演进:

  • 2012–2017:膝关节软骨细胞修复(经典组织工程方向)
  • 2018–2019:PRP联合移植(临床增效方案)
  • 2020–2022:外泌体(无细胞治疗新策略)、风险(安全性焦点)

未来研究需关注:MSCs外泌体递送系统(Science Translational Medicine 2023展望)、细胞因子微环境调控及治疗风险控制(原始数据结论)。

共引文献和爆发分析

知识库由共引文献组成,研究前沿由引用这些知识库的被引文献集合构成。共引文献分析结果如图7所示,表3列示了共引文献Top10的详情。高频研究主要集中在不同来源的MSCs在治疗KOA的临床应用、MSCs治疗膝关节软骨缺损的疗效、以及MSCs联合透明质酸(HA)治疗KOA等方面,表明目前的研究热点是MSCs是否能够有效治疗KOA。

共引文献的爆发性分析表明,2012年至2019年的研究主要集中在MSC对关节软骨细胞、软骨缺损和半月板的作用或修复。自2020年以来,研究重点转向ADMSC和MSC来源的外泌体在KOA(关节软骨)中的临床疗效或机制探索(表4)。图8显示了共引文献爆发性前20篇。

表4:20篇高引用率的参考文献的主要内容
表4:20篇高引用率的参考文献的主要内容
图8:引用量最大的20篇参考文献(红色条表示该年引用量高)。
图8:引用量最大的20篇参考文献(红色条表示该年引用量高)。

十年研究格局与核心发现

本研究通过文献计量分析(CiteSpace/Hiplot Pro)解析2012–2022年1537篇MSCs治疗KOA的WOSCC文献,揭示三大趋势:

  • 学术参与激增:美中两国贡献51%出版物,特殊外科医院、Sekiya Ichiro(注:原文”关谷一郎”为音译名)等机构/学者为核心贡献者;
  • 研究范式转变:从早期软骨修复机制转向脂肪来源MSCs、外泌体疗法及风险评估框架(原文定义);
  • 期刊影响力:Osteoarthritis and Cartilage等顶刊高被引,印证其成果的领域权威性。

补充背景:脂肪MSCs因易获取、增殖快成为再生医学新焦点(Cell Stem Cell2021)。

间充质干细胞的再生机制与治疗策略

间充质干细胞(MSCs)在膝骨关节炎(KOA)治疗中的核心优势在于双轨修复机制:

  • 直接分化能力:体外实验证实MSCs可分化为软骨细胞等组织细胞;
  • 旁分泌主导的”营养效应”:通过分泌细胞活化因子(如生长因子、外泌体)调节局部微环境,促进宿主细胞再生。

当前临床主要采用关节腔内注射MSCs悬液(操作简易、创伤小)或 联合疗法(如MSCs+PRP/HA),多项研究显示联合疗法可显著减轻疼痛、加速软骨修复。但需注意:一项随机对照试验指出联合疗法未优于单用MSCs(缺乏影像学/组织学佐证),提示疗效仍需循证医学深度验证。

目前国际上干细胞治疗骨关节炎的研究领域存在哪些不足?

尽管全球74国参与研究,但合作网络密度仅0.0079(作者) 和0.0093(机构),揭示三大断层:

  • 地域失衡:美中主导,其余国家参与度低;
  • 机构协作薄弱:前10机构间缺乏有效联动(如特殊外科医院与东京医齿大未形成合作集群);
  • 学者孤岛现象:仅Sekiya与Koga建立稳定合作(原文指其聚焦”关节软骨/半月板机制”)。

此外,文献计量结果显示,《骨关节炎与骨关节炎》(Osteoarthritis and Cartage)、《关节炎研究与治疗》(Arthritis Research and Therapy)、《美国运动医学杂志》(American Journal of Sports Medicine)、《干细胞》(Stem Cells)以及《风湿病年鉴》(Annals of Rheumatic Diseases)的引用率较高,表明这些期刊发表的该领域成果具有较高的学术价值。

研究热点演进与未来方向

为了更好地了解间充质干细胞治疗膝骨关节炎的研究现状,我们进行了关键词共现、关键词聚类和共被引文献分析。以上分析显示,该领域的研究主要集中在间充质干细胞对关节软骨的修复作用以及间充质干细胞联合PRR(或HA)关节腔内注射治疗膝骨关节炎的疗效

此外,文献计量分析结果还显示,MSCs治疗KOA的疗效和机制是近十年来研究的主要热点。突发词或共被引文献在特定时间段内使用频率较高,反映了该领域的研究热点和方向。关键词和共被引文献的突发分析结果表明,脂肪来源的间充质干细胞(ADMSCs)、间充质干细胞来源的外泌体以及间充质干细胞治疗膝骨关节炎的风险是未来的研究前沿或趋势

细胞来源选择与转化挑战

对膝关节周围不同组织MSC特点的研究表明,ADMSC和骨髓MSC(BM-MSC)具有较强的增殖和分化能力,而其他部位的干细胞增殖和分化能力相对较弱。ADMSC和BM-MSC也常被用作治疗KOA的种子细胞。ADMSC易于获取,扩增后能产生大量均质性细胞,并有良好的软骨发生分化能力,这可能是人们考虑ADMSC的主要原因。MSC分泌的外分泌体被认为在膝关节组织的修复中发挥重要作用。

因此,易于提取、免疫原性和生物毒性较低的MSC外泌体已开始用于KOA治疗的研究。MSC来源的外泌体所携带的特定营养因子能够调节细胞代谢和免疫环境,发挥抗炎作用。这些因子有利于恢复软骨细胞细胞外基质的稳态,促进软骨再生,改善症状,延缓KOA的进展。

然而存在三大转化瓶颈:

  • 外泌体临床疗效缺乏组织学/影像学实证;
  • 安全性风险:移植排斥、潜在肿瘤形成及伦理争议;
  • 技术壁垒:供体年龄限制、体外扩增导致功能衰减。

结论

关于间充质干细胞治疗膝骨关节炎的论文发表量和被引量逐年递增,这意味着间充质干细胞在膝骨关节炎临床治疗中具有巨大的应用潜力。各国、各机构和作者需要加强合作,共同推动间充质干细胞用于膝骨关节炎治疗的发展。

近10年来,该领域的研究主要集中在间充质干细胞治疗膝骨关节炎的疗效和机制研究,并已初步证实了间充质干细胞治疗膝骨关节炎的潜在疗效。

未来,该领域的研究前沿和趋势可能是ADMSCs、间充质干细胞来源的外泌体以及MSCs应用的风险。对这些主题的深入研究将有助于进一步明确间充质干细胞在治疗膝骨关节炎中的作用。

[1]:卢,临津 BD a;梁浩东 医学博士a ;李欢 MD b ;黄凯敏 BD a ;黄伟 BD a ;叶子君 BD a,*. 间充质干细胞与膝关节骨关节炎:文献计量分析. Medicine 104(27):p e43201,2025年7月4日。 | DOI: 10.1097/MD.0000000000043201 

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