组织工程技术治疗萎缩性鼻炎的研究现状与展望

Abstract

目的

综述组织工程技术（种子细胞、支架材料联合生长因子）治疗萎缩性鼻炎（atrophic rhinitis，ATR）可行性的相关研究进展，为ATR的治疗提供新思路。

方法

广泛查阅近年国内外ATR相关文献，围绕种子细胞、支架材料以及生长因子三要素，对组织工程技术治疗ATR 可行性的相关研究进展进行综述，并提出组织工程技术治疗ATR的未来趋势与方向。

结果

ATR的发病机制及病因尚不明确，目前各治疗方案疗效尚无法达到满意水平。构建细胞-支架复合体缓释外源性细胞因子体系有望逆转ATR病理变化，促进正常鼻黏膜再生，重构萎缩的鼻甲。近年来，外泌体、3D打印、类器官的研究将推动组织工程技术在ATR治疗中的应用与发展。

结论

组织工程技术将为解决ATR治疗难题提供新的方案。

萎缩性鼻炎（atrophic rhinitis，ATR）是一种发展缓慢的鼻腔慢性炎症疾病。该病特征是鼻腔黏膜、骨膜、腺体、鼻甲骨（以下鼻甲骨为主）萎缩，鼻腔异常宽大，鼻腔内有大量黄绿色脓痂形成，带臭味者称为“臭鼻症”。ATR发展缓慢，病程较长，治疗方法主要分为药物治疗和手术治疗，临床疗效各异，目前尚无特效治疗方法，只能暂时缓解部分症状，停止治疗后多易复发，使患者饱受身体及精神上的困扰^[1]。因此，探讨一种更安全、有效的治疗手段具有重要意义。

组织工程技术（种子细胞、支架材料联合生长因子）是当前研究热点，目前已广泛应用于器官组织修复。利用该技术有望逆转ATR病理变化，促进正常鼻黏膜再生，重构萎缩的鼻甲。本文结合近年有关ATR治疗方法，就组织工程技术治疗ATR 可行性的相关研究进展作一综述，以期为ATR的治疗提供新思路。

1. ATR的临床特征及其病因

Pace-Balzan等^[2]报道了ATR典型CT特征，如鼻黏膜、鼻甲骨萎缩，鼻腔异常宽大，其变化与临床上ATR严重程度成强相关性。此外，鼻内镜检查可见双侧下鼻甲明显缩小，鼻腔黏膜糜烂、干燥，鼻腔宽敞、内有脓痂，可自前鼻孔直视鼻咽部。见图1（本院收治的1例ATR患者鼻内镜检查结果）。

图 1.

Nasal endoscopy in a patient with ATR

ATR患者鼻内镜检查

箭头示下鼻甲萎缩，△示脓痂

Arrow indicated atrophy of the inferior turbinate, △ indicated purulent scab

ATR可分为原发性和继发性。原发性ATR病因尚不明确，但已提出许多理论和假设进行解释，如环境因素、反射性交感神经营养不良、黏液过度蒸发、遗传因素、过敏和免疫紊乱等^[3-7]，通常认为是多种内、外因素协同作用的结果。而继发性ATR多由局部因素引起，手术切除过多而局部组织受损严重，慢性疾病发展而黏膜营养障碍或鼻内血液循环受阻，特殊传染病与细菌感染等，都可能导致继发性ATR的发生。

2. ATR的临床治疗方案

2.1. 药物治疗

临床上ATR多采用药物治疗，但治疗效果往往不佳，只能暂时缓解症状，还需要考虑给药方式、药物浓度控制、药物毒性等问题。京万红软膏、丝裂霉素-C、α-生育酚乙酸酯、黄芩素对治疗ATR有一定作用。京万红软膏^[8]中含有黄柏、黄芩、诸多氨基酸、糖类物质和脂肪酸等成分，可增强患者的局部免疫和抗感染能力，改善鼻黏膜血运情况，促进鼻黏膜修复。但为获得持续性疗效，需要保证鼻黏膜中京万红软膏达一定浓度。局部使用溶解在碱性洗鼻液中的丝裂霉素-C可辅助原发性ATR患者持续药物治疗；丝裂霉素-C可抑制成纤维细胞活性与增殖，改善纤维化，减少炎症细胞浸润^[9]。但丝裂霉素-C是一种化疗药物，应加强工作人员的职业防护；且毒副作用较大，需严密监测丝裂霉素-C的全身吸收和血清水平，以防止对患者造成不良反应甚至致命的可能。α-生育酚乙酸酯^[10]具有抗炎、免疫调节和抗氧化功能，可促进上皮细胞修复；但治疗前后鼻阻力改善不显著。黄芩素^[11]可能通过靶向并与细胞色素C蛋白结合，促进细胞增殖分化，降低炎症因子表达，减少脑组织凋亡损伤，抑制胶质细胞的炎症反应，从而预防ATR引起的轻度认知障碍发生和进展，在一定程度上控制ATR的进展。但ATR影响患者认知功能的机制不明确，轻度认知障碍与ATR之间可能存在的相关性仍需进行临床研究，需要进一步探索细胞色素C靶向药预防轻度认知障碍发生的具体机制，需要蛋白质样本或血液样本来证明靶基因或蛋白的表达结果。

2.2. 手术治疗

对药物治疗ATR无效者需手术治疗。手术治疗目的是缩小鼻腔、促进正常鼻黏膜再生、增加干燥鼻黏膜的润滑性、改善鼻腔血管分布等^[12]。鼻腔黏骨膜下填塞术操作简单、用时较短、见效快，是常用手术方法^[13-14]。然而，该术式易造成黏膜穿孔、皮瓣坏死，或手术需另作切口增加患者痛苦及损伤，或发生免疫排斥反应、复发等问题。ATR的其他手术治疗方法还包括腮腺导管移植术、鼻腔外侧壁内移术和前鼻孔闭塞或缩窄术等^[15]。然而，腮腺导管移植术操作不便，术后易发生腺管狭窄及腮腺炎；鼻腔外侧壁内移术创伤大，反应严重，内移的侧壁可能渐渐回复原位，影响疗效；前鼻孔全部闭塞术使患者患侧鼻部无法呼吸，不易被接受。诸多不足导致这些手术方法临床应用较少。前鼻孔部分缩窄手术治疗ATR，在改善患者鼻腔结构的同时可维持患者正常呼吸；但缩小的前鼻孔也给患者术后鼻腔干痂的清理带来困难，患者鼻黏膜恢复正常后需再次手术扩大前鼻孔^[16]。

综上，目前各治疗方案无法使患者长期受益，还可能伴随一定痛苦与风险，急需寻找一种创伤性更小、更安全、疗效更持久的方法。

3. ATR的新兴治疗技术——组织工程技术

3.1. 种子细胞

选择合适的种子细胞是组织工程技术的一大研究重点，已有大量研究证实干细胞在鼻组织修复与重建中的重要作用。殷晓雪等^[17]将人BMSCs 定向诱导分化为成骨细胞，为人BMSCs临床应用于骨组织修复奠定了基础。有学者利用自体BMSCs进行组织工程化成骨治疗ATR，成功构建了下鼻甲骨，缩小了异常宽大的鼻腔^[18]。脂肪来源干细胞因取材创伤较小、免疫原性低，且具有较高成骨分化能力，已广泛用于骨组织工程研究^[19]。Friji等^[20]采用自体脂肪移植物联合富血小板血浆治疗ATR，能逆转鼻黏膜萎缩，促进鼻黏膜再生。该疗效主要归因于脂肪移植物内MSCs的再生作用，为治疗ATR提供了一种简单、有效的方法。MSCs还可以从新生儿组织中获得^[21]，已有研究证实了人脐带血MSCs分化为鼻黏膜纤毛上皮细胞的可行性，为ATR治疗提供了新的思路^[22]。

然而，现阶段将MSCs广泛利用到组织工程以治疗ATR仍存在巨大挑战。虽然MSCs存在于多种组织，但组织中存在的MSCs数量相对较少，需要在体外增殖至足够数量才能应用于体内，以达到较好治疗效果。从技术上讲，目前的MSCs生成方法效率较低，难以保证质量^[23]；且MSCs通常需要在体外培养和增生，非生理条件以及超低温保存和标记都可能影响MSCs的生物学特性，包括其再生潜能，影响治疗效果，甚至使人体出现不良反应^[24]。进一步探究MSCs的性质及作用机制，制定统一的MSCs培养方案以及质量控制指南，通过动物实验研究观测其作为种子细胞的可行性以及可能引起的不良反应，在确保安全前提下推进临床研究，将有利于推动基于MSCs的组织工程技术应用于ATR临床治疗的进展。

3.2. 支架材料

支架材料是细胞附着的基本框架和代谢场所，通过模拟细胞外基质的结构和功能特性实现受损组织的再生与修复。目前，组织工程支架材料主要分为天然高分子材料、人工合成高分子材料以及复合材料。

3.2.1. 天然高分子材料

常用的天然高分子材料有胶原、纤维蛋白、海藻酸盐、明胶、壳聚糖等。天然材料大多数无毒，具有较好的生物相容性、细胞亲和性以及亲水性，其降解产物可被完全吸收。但大多数天然材料机械强度较低，降解时间不确定，质量重复性差，限制了其广泛应用。脱细胞支架具有良好的生物相容性和机械性能，并且无免疫原性，有利于组织修复，重建血管化、功能化的组织与器官^[25-26]。脱钙骨基质是由胶原蛋白、非胶原蛋白以及较低浓度生长因子等组成的天然骨移植材料，具有良好的生物学特性、骨传导性、骨诱导性及促进成骨能力，是骨组织工程比较理想的支架材料。通过对骨组织进行部分脱钙处理，可在保持骨立体多孔状结构的基础上增加机械强度。石润杰等^[27]将部分脱钙骨作为组织工程支架，接种的人BMSCs能分裂增殖并分泌基质成骨，可修复损伤的下鼻甲以治疗ATR。

3.2.2. 人工合成高分子材料

常用的人工合成高分子材料包括聚羟基乙酸、聚乳酸、聚己内酯等。此类材料具备较好的生物降解性，机械性能优良，可塑性好；但高分子材料支架疏水性强，亲和力、柔韧性、细胞黏附能力差，需经过修饰以增强细胞黏附能力，促进细胞生长分化^[28]。

3.2.3. 复合材料

单一材料已不能满足当今医学发展的要求。复合材料支架是由2种及以上化学成分和物理性质不同的聚合物合成的支架，可改善支架性能，提高细胞黏附和增殖能力。目前研究已构建多种复合材料支架用于骨组织工程^[29-31]，均显示出良好的促进骨组织修复能力，值得深入研究。

3.3. 细胞因子

细胞因子是由免疫细胞和某些非免疫细胞经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，通过与相应受体结合，调节细胞增殖、分化、凋亡，调控免疫应答。杨君英^[32]在对照组常规综合治疗基础上，联合重组牛bFGF治疗ATR，有效率得到显著提高。尤景敏等^[33]将EGF应用于ATR的治疗，疗效明显优于复方薄荷油。杨晓燕等^[34]采用鼻腔冲洗配合EGF治疗ATR，也取得较好疗效。在改良前鼻孔缩窄术中，联合EGF治疗ATR患者，效果明显优于传统药物治疗^[16]。

细胞因子存在高扩散性和半衰期短的特点，生理环境下很容易迅速失活。局部直接应用生长因子通常只在较短时间内发挥作用，无法达到预期生理效应。因此，采用控释技术可使生长因子得到有效利用。随着细胞因子治疗技术的不断发展，构建细胞-支架复合体缓释外源性细胞因子体系，以更好地模拟生理状态下组织修复过程，成为组织工程研究的一个热点。细胞因子的引入有利于促进细胞的活化、增殖、分化，调节免疫反应，逆转病理变化，达到更好的治疗效果。研究表明，细胞-支架复合体缓释外源性细胞因子体系^[35-36]能明显促进上皮再生、改善血供、修复骨组织缺损，使组织工程应用于ATR的治疗成为可能。

4. ATR治疗的未来趋势与方向

近年来，基于外泌体（exosomes，EXOs）的无细胞治疗成为研究热点，已有大量研究证实EXOs在促进血管生成、骨组织修复、免疫调节等方面起重要作用^[37-38]。免疫紊乱是ATR病因的重要假说之一^[7]，探究EXOs在ATR中的免疫调控机制及其疗效，有望解决治疗难题。目前，已有研究报道人脂肪来源干细胞的EXOs与支架复合后在骨组织工程中的应用前景^[39]，显示了利用EXOs修复ATR萎缩鼻甲的可行性。将EXOs广泛应用于临床还需要寻找更高效、可靠的分离方法，以实现大规模同质性生产。加大对复合技术、支架材料和结构的研究，使EXOs的体内递送更加安全、稳定，有望提高组织再生效率^[40]。

3D打印技术可以打印出具有高度精确和复杂内部及外部结构的支架，极大程度促进了组织工程发展^[41]。3D打印植入物形状更符合原有解剖结构，可含有细胞或生物因子等活性物质，使其具有独特的生理学作用^[42]。因此，3D打印骨组织工程支架^[43-44]有望个性化重建ATR患者萎缩的鼻甲，发挥支架更佳性能。未来多学科交叉合作，开发具有更高生物相容性和机械强度的生物墨水，可进一步推动3D打印在骨组织工程应用中的发展。

类器官是体外构建的与体内器官具有高度相似结构和功能的培养物^[45]。有学者用构建的鼻小梁骨类器官研究骨重塑过程^[46]，推动了骨再生研究。使用同源遗传组织对骨类器官进行扩增，用于自体移植，可为器官替代策略提供可再生资源^[47]。骨类器官有助于筛选骨组织工程材料和细胞，加速骨组织工程技术发展，有望实现ATR患者的骨组织修复，同时推进骨再生修复机制的研究，以发现更好的治疗策略^[48]。此外，结合3D生物打印有利于骨类器官构建过程中对成骨细胞的精密调控，以更好地构建骨类器官。

5. 小结与展望

目前，已有组织工程技术治疗ATR的相关研究^[18，27]，并显示出良好治疗效果。但因种子细胞存在获取有创、培养周期长等缺点，以及支架材料与目标组织的适配性难以把控，限制了组织工程技术在临床上的广泛应用。近年来，EXOs、3D打印、类器官等方面的研究在修复重建领域取得可喜进展，将有可能推动组织工程技术的发展。因此，将组织工程与新兴技术结合，有望为治疗ATR提供新的思路和方案。

利益冲突　在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；经费支持没有影响文章观点及其报道

作者贡献声明　雷舒婷：撰写文稿；胡娟娟：综述设计、构思及修改；所有作者均参与文献查阅、下载及整理；胡娟娟：综述审阅及观点补充

Funding Statement

四川大学华西医院专职博士后研发基金（2021HXBH005）；四川省科技计划资助项目（2021YFS0216）

Post-Doctor Research Project, West China Hospital, Sichuan University (2021HXBH005); Supported by Sichuan Science and Technology Program (2021YFS0216)