生長因子在動物肌腱損傷修復(fù)中的機制和治療進展
髕腱 Ferryetal研究證實:雖然4周的小鼠髕腱腱鞘周圍PGE2注射被證實不是一個有效的腱病模型,但是另一方面發(fā)現(xiàn),注射PGE2后的髕腱的結(jié)構(gòu)和物料性質(zhì)都得以改善,因而表明在某些情況下,PGE2在髕腱重塑中有積極的作用。Ansorgeetal也通過小鼠髕腱損傷模型證實:分化抗原簇44(CD44)的缺失通過改變基因表達,能創(chuàng)造一個有利于修復(fù)再生的環(huán)境,顯著改善髕腱的物料性質(zhì)并減少交叉橫斷面,因而該研究表明CD44的限制在人髕腱損傷中可能促進修復(fù)模量。另外,Penteadoetal通過兔髕腱模型證實,體外高能量超聲波治療髕腱損傷并不能導致血管再生的改變。
跟腱 Cummingsetal通過大鼠跟腱橫斷模型證實:以rhPDGF-BB為涂層的可吸收縫線可明顯促進跟腱的愈合及重塑,并能改善修復(fù)跟腱的生物力學性質(zhì)。Parketal研究證實:在家兔跟腱-骨連接處損傷的動物模型實驗中,負載于纖維蛋白凝膠中的來自骨髓穿刺液的PRP和BMP-2能加速腱骨愈合,并證實外科修復(fù)后的第8周PRP和BMP-2組的最大負荷顯著高于對照組。Leeetal學者的研究證實:體外以BMP-12的簡單刺激足以誘導大鼠骨髓間充值干細胞分化為腱細胞,并且這種現(xiàn)象能在體內(nèi)持續(xù),這一研究將有益于腱修復(fù)重建和組織工程學的發(fā)展。
生長因子治療肌腱損傷的機制
肌腱損傷愈合中,存在著由腱細胞分裂、增殖,修補肌腱斷裂、缺損部位的內(nèi)源性愈合和由腱外膜細胞增殖而參與的外源性愈合的雙重愈合機制,生長因子起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。
BMP-12 BMP-12不同于BMP家族中的其它成員,目前基本證實BMP-12植入體內(nèi)能誘導腱和韌帶樣組織的形成,而沒有骨組織的形成,是肌腱修復(fù)愈合的重要調(diào)節(jié)因子。
①BMP-12抑制肌腱術(shù)后粘連,其分子機制可能與腱基因標記物Thbs4、Eya1、Eya2、Scx、Epha4的表達有關(guān),其調(diào)節(jié)TGF-β1及Smads信號通路的表達,TGF-β介導的愈合的一個重要特點是替代原生細胞外基質(zhì)蛋白的纖維化瘢痕,而是主要由纖維連接蛋白,Ⅰ型和Ⅲ型原膠原組成,最終起到抑制粘連的作用。
②BMP-12增強跟腱生物力學性質(zhì),其分子機制可能與Scx和Tnmd的表達有關(guān)。最近研究顯示:在體外(試管內(nèi))以BMP-12處理骨髓間充質(zhì)干細胞(BM-MSCs)能顯著促進腱細胞譜系標記物Scx和Tnmd的表達,Scx是腱祖細胞分化中第一個表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,而Tnmd由成熟的腱細胞表達,并調(diào)節(jié)腱細胞的增殖和矩陣組織。另外,機械力實際上通過活化的TGF-β-/Smad2/3中介的信號通路調(diào)節(jié)Scx的表達,而這正是維持腱特殊的細胞外基質(zhì)所需要的。
③BMP-12促進膠原合成及塑形,其分子機制可能與腱基因標記物Scx、Thbs4、Col1α1、Col1α2的表達有關(guān),通過其信號通路Smads可以調(diào)節(jié)膠原的表達,尤其是Ⅰ型膠原的表達,并能增加基質(zhì)膠原酶(MMP-1)的表達,降低膠原酶抑制劑(TIMP-1)的表達。
④BMP-12加速跟腱愈合。Majewskietal實驗證實BMP-12c-DNA基因轉(zhuǎn)導的治療在改善并加速跟腱愈合上充滿前景,特別是影響早期組織再生,從而導致跟腱更快的恢復(fù)。BMP-12加速跟腱愈合的具體機制目前仍不清楚。
PDGF-BB PDGF-BB同源二聚體在肌腱損傷后呈內(nèi)源性表達,能夠促進肌纖維母細胞產(chǎn)生膠原,尤其是I型及Ⅲ型膠原;能促進間葉細胞的趨化性和有絲分裂,重塑細胞外基質(zhì)并改善修復(fù)肌腱的生物學特性,包括機械性能,膠原結(jié)構(gòu)和血管分布。進一步的研究顯示:PDGF-BB聯(lián)合Ⅰ型膠原基質(zhì)治療綿羊肩袖損傷模型,相比單純PDGFBB更能提高肩袖的生物力學強度和解剖外形。PDGF-BB治療肌腱損傷的機制可能是在轉(zhuǎn)錄水平上通過上調(diào)前膠原mRNA而使膠原蛋白合成增加,還可能通過上調(diào)TGF-βmRNA水平而間接促進肌腱愈合。然而,我們目前對其生理機制,包括基因表達,信號通路仍知之甚少。
TGF-β 在肌腱損傷愈合中,TGF-β介導愈合的一個重要特點是由Ⅰ、Ⅲ型原膠原和纖維連接蛋白替代原生細胞外基質(zhì)蛋白的纖維化瘢痕,因而TGF-β的表達上調(diào)導致肌腱愈合中的瘢痕形成。同時,人腱的病理與從細胞外基質(zhì)釋放的大量的活化的TGF-β有著直接的聯(lián)系。但是,TGF-β可以促進Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅻ型膠原的表達,增強跟腱的生物力學性能。因而TGF-β在肌腱損傷愈合中的作用是雙向的,可能的機制是:下調(diào)TGF-β-/Smad2/3mRNA,減少瘢痕形成;高度上調(diào)Scleraxis和Mohawk的表達,啟動并加速肌腱愈合;在ECM的生成中平衡相關(guān)基因的表達,完成肌腱重建塑形等。
bFGF 在肌腱縫合的最早階段,bFGF促進新生血管形成和炎癥反應(yīng);還能加速肌腱愈合中的細胞增殖期。然而Thomopoulosetal關(guān)于滑膜內(nèi)屈肌腱損傷的動物模型研究中,bFGF雖然能促進細胞分化增殖,但未能改善屈肌腱的功能和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。
進一步研究顯示,bFGF未能改善屈肌腱的功能和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的機制可能是其下調(diào)Ⅰ、Ⅲ型原膠原mRNA的表達;另一方面,bFGF能上調(diào)基因lubricin、HAS2、MMP-1和MMP-13等的表達,間接促進跟腱愈合過程中的增殖分化。而最近有研究顯示:bFGF為加速早期肌腱愈合過程及預(yù)防肌腱術(shù)后粘連提供了新的思路,只是在調(diào)控bFGF濃度等方面尚無定論。所以,bFGF可能與其它生長因子聯(lián)合應(yīng)用治療跟腱損傷。
其它 傳統(tǒng)的觀點認為PGE2注射可導致肌腱的退行性變。然而Ferryetal的研究否認了這一點,認為PGE2在肌腱損傷重建塑形中起到重要積極作用,其機制可能與PGE2產(chǎn)生的COX及其代謝物花生四烯酸有關(guān)。PRP包含許多生長因子,包括PDGF、IGF、TGF-β1、EGF,有研究顯示,PRP能促進肌腱干/祖細胞的增殖和膠原蛋白的表達,最近有報道稱,接種PRP的BMSC能顯著加強愈合跟腱的最大斷裂力和剛度,從而改善跟腱的生物力學性質(zhì),其相關(guān)機制仍不清楚。
(責任編輯:陳曉 )
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