間充質(zhì)干細(xì)胞治療在運(yùn)動(dòng)員肌腱損傷后再生治療中的應(yīng)用①

史占格

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)體工部 貴州貴陽(yáng) 550025)

中國(guó)飛人劉翔在北京奧運(yùn)會(huì)上因右腳后跟部的劇痛而退出比賽,經(jīng)過醫(yī)學(xué)專家會(huì)診考慮是跟腱止點(diǎn)處的損傷。由此運(yùn)動(dòng)員的肌腱相關(guān)的損傷及疾病再次引起了人們的關(guān)注。肌腱損傷及肌腱疾病是運(yùn)動(dòng)員的常見疾病之一,肌腱病在運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)生,嚴(yán)重的影響了運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)上的發(fā)揮,并且縮短了運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)壽命,甚至可能導(dǎo)致殘疾。

運(yùn)動(dòng)員由于長(zhǎng)期參加各項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng),容易造成肌腱的過度使用,因此肌腱疾病及損傷是運(yùn)動(dòng)員中的高發(fā)疾病之一。根據(jù)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),大約30%的田徑運(yùn)動(dòng)員患有阿基里斯(Achilles)肌腱病,且年發(fā)病率在7%～9%之間[1]。在長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員當(dāng)中肌腱病的發(fā)病率與年齡成正相關(guān)性[2]。除阿基里斯肌腱以外,髕骨肌腱也是疾病的高發(fā)區(qū)域,并且與運(yùn)動(dòng)員所從事的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目有一定相關(guān)性。例如在排球運(yùn)動(dòng)員中患病率是14%,在手球運(yùn)動(dòng)員中發(fā)病率為13%,籃球運(yùn)動(dòng)員中發(fā)病率為12%,在田徑項(xiàng)目中的發(fā)病率約為7%,在足球運(yùn)動(dòng)員中大約為2.5%[3]。在頂級(jí)足球運(yùn)動(dòng)員中,肌腱較高的使用時(shí)間被證明是髕骨肌腱病發(fā)病的危險(xiǎn)因素之一[4]。此外棒球投手和網(wǎng)球手在45歲之前患肩肌腱疾病的危險(xiǎn)性要比普通人高4倍左右[5]。由以上這些數(shù)據(jù)我們可以看出,肌腱病在運(yùn)動(dòng)員當(dāng)中的發(fā)病是非常普遍的。并且肌腱病的發(fā)生與運(yùn)動(dòng)員從事何種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,肌腱過度使用的時(shí)間以及強(qiáng)度都有一定的關(guān)系。所以肌腱病是運(yùn)動(dòng)員的一大健康隱患,也是需要我們廣大體育工作者高度重視的疾病之一。那么我們就應(yīng)該對(duì)肌腱損傷及肌腱疾病的病理學(xué)特征,治療手段要有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)再生醫(yī)學(xué)利用醫(yī)學(xué)手段使得損傷或疾病部位組織得到再生,從而回復(fù)到損傷前的狀態(tài),給各種損傷疾病的治療帶來(lái)了新的希望。本文著重介紹基于間充質(zhì)干細(xì)胞的再生療法在肌腱治療中的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀,為廣大體育工作者及從事運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的科技工作者提供參考。

1 肌腱病及損傷

肌腱病是一種臨床癥狀,通常包括過度使用肌腱造成的損傷,疼痛,滲出,紅腫及功能性損傷等[6]。肌腱疾病及損傷雖然可能在不存在肌腱過度使用的情況下發(fā)生,但是其發(fā)病通常與肌腱的過度使用相關(guān)。通常認(rèn)為阿基里斯肌腱,髕骨肌腱,上肢,肩袖和橈側(cè)伸腕短伸肌的肌腱組織容易因?yàn)榧‰斓倪^度使用而發(fā)病[7]。所以對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)這些部位是發(fā)病的熱點(diǎn)區(qū)域。

在肌腱的急性損傷發(fā)生之后,通常需要10周的時(shí)間才能恢復(fù)到健康的狀態(tài)。肌腱疾病最直接的病理學(xué)表現(xiàn)就是肌腱炎和腱鞘炎,肌腱炎的組織學(xué)表現(xiàn)有膠原的錯(cuò)誤組裝,纖維分離,粘液增多,神經(jīng),血管增生,同時(shí)可能伴有肌腱內(nèi)的炎癥。腱鞘炎是肌腱外層薄膜及腱旁組織的急性或慢性炎癥,通常由于重復(fù)的過度肌腱使用造成,典型特征是局部的腫脹及非肌腱細(xì)胞在肌腱局部的出現(xiàn)。在隨后肌腱炎和腱鞘炎發(fā)生過程中,許多非肌腱細(xì)胞會(huì)在肌腱組織出現(xiàn),例如:成纖維細(xì)胞,肌成纖維細(xì)胞,脂肪細(xì)胞,軟骨細(xì)胞,骨樣細(xì)胞等,3型膠原分成上升至30%,健康肌腱細(xì)胞的成分大大降低。這些效應(yīng)可以在身體內(nèi)大部分的肌腱組織中發(fā)生。所以由于損傷及肌腱病變,會(huì)使得健康肌腱細(xì)胞分成降低,以及肌腱結(jié)構(gòu)成分的變化,現(xiàn)有的治療手段包括手術(shù)和非手術(shù)療法,非手術(shù)療法通常包括,特定的體育鍛煉方法,生物物理學(xué)療法等。然而對(duì)于肌腱病的治療效果有限,這就使得我們需要開發(fā)出更加有效的療法。新的療法不僅需要恢復(fù)肌腱的正常成分結(jié)構(gòu),還需要能夠提高肌腱組織正常肌腱細(xì)胞的含量從而使損傷后的肌腱真正回復(fù)到損傷前的狀態(tài),延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)員的體育生命。再生治療可以使損傷組織得到再生,從而回復(fù)到損傷前狀態(tài),所以能夠達(dá)到肌腱損傷治療的諸多要求。

2 再生治療及干細(xì)胞療法

再生治療簡(jiǎn)單來(lái)講就是利用醫(yī)學(xué)手段使損傷或疾病組織得以再生,從而使得損傷或疾病得到修復(fù)。再生醫(yī)學(xué)(regenerative medicine,RM)原先指使體內(nèi)組織再生的理論、技術(shù)和外科操作;現(xiàn)在,它的內(nèi)涵已不斷擴(kuò)大,包括組織工程、細(xì)胞和細(xì)胞因子治療、基因治療、微生態(tài)治療等,國(guó)際再生醫(yī)學(xué)基金會(huì)(IFRM)已明確把組織工程定為再生醫(yī)學(xué)的分支學(xué)科。

干細(xì)胞(stemcells,SC)是一類具有自我復(fù)制能力(selfrenewing)的多潛能細(xì)胞,在一定條件下,它可以分化成多種功能細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell,ES細(xì)胞)和成體干細(xì)胞(somatic stem cell)。所謂胚胎干細(xì)胞就是取自于早期胚胎(原腸胚期之前)或原始性腺中分離出來(lái)的一類細(xì)胞。然而由于對(duì)于胚胎干細(xì)胞的分離需要破壞胚胎,所以其應(yīng)用一直以來(lái)受到諸多來(lái)自倫理學(xué)方面的詬病。成體干細(xì)胞是指存在于一種已經(jīng)分化組織中的未分化細(xì)胞,這種細(xì)胞能夠自我更新并且能夠特化形成組成該類型組織的細(xì)胞。目前普遍認(rèn)為在身體各種組織中存在著少量的成體干細(xì)胞,并且在體內(nèi)長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài),在組織遭到受到損傷時(shí)才開始行駛修復(fù)的功能,例如造血干細(xì)胞,間充質(zhì)干細(xì)胞等。

根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類:全能干細(xì)胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干細(xì)胞(pluripotent stem cell)和單能干細(xì)胞(unipotent stem cell)。由于干細(xì)胞具有強(qiáng)大的分化能力,所以干細(xì)胞一直以來(lái)都是再生醫(yī)學(xué)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域,同時(shí)以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的再生治療也是未來(lái)最具潛力的療法。在體內(nèi)將外源的干細(xì)胞注入損傷部位,使得干細(xì)胞分化成為組織中的正常細(xì)胞(比如分化成為健康的肌腱細(xì)胞)就可以使得損傷組織得以自我再生,恢復(fù)到損傷前的狀態(tài)。可以預(yù)見這一領(lǐng)域的突破會(huì)給包括肌腱損傷在內(nèi)的眾多疑難病癥帶來(lái)治療的希望。

3 間充質(zhì)干細(xì)胞在肌腱再生治療中的應(yīng)用

臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示,細(xì)胞治療可以提高肌腱細(xì)胞的數(shù)量同時(shí)使得肌腱組織得以再生(而不是修復(fù))。對(duì)于肌腱損傷的細(xì)胞治療的臨床研究,目前已有一些小樣本的1期或2期臨床研究正在進(jìn)行中或是已經(jīng)完成。這些研究著力于評(píng)價(jià)療法的安全性,不同種類細(xì)胞的治療效果。目前用于肌腱損傷治療的細(xì)胞種類有,間充質(zhì)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、肌腱來(lái)源的細(xì)胞以及皮膚成纖維細(xì)胞。由于間充質(zhì)干細(xì)胞具有免疫惰性,易于分離等特性,所以具有很高的開發(fā)價(jià)值。

間充質(zhì)干細(xì)胞是一種多能成體干細(xì)胞,并且可以從多種成體組織中分離獲得,骨髓和脂肪組織是間充質(zhì)干細(xì)胞比較經(jīng)典的來(lái)源,另外同時(shí)在體內(nèi)也證明了間充質(zhì)干細(xì)胞在體外形成肌腱組織的能力,同時(shí)在體內(nèi)也證明其在體外修復(fù)肌腱組織的效果。研究證明間充質(zhì)干細(xì)胞相對(duì)于其他細(xì)胞種類具有較低的免疫原性,所以由于間充質(zhì)干細(xì)胞具有眾多諸如:容易獲得,容易分離純化,易于體外培養(yǎng)及增殖,較低的免疫原性等優(yōu)良特性,使得其可以在再生醫(yī)學(xué)及組織修復(fù)中作為一種理想的種子細(xì)胞而得以應(yīng)用。

臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中肌腱裂傷,缺損及膠原誘導(dǎo)的肌腱病是最常用的動(dòng)物模型。研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞移植入兔肌腱病模型的阿基里斯肌腱,有助于在肌腱早期愈合的過程中提高相關(guān)組織病理學(xué),及生物力學(xué)參數(shù)。如果將細(xì)胞植入各種支架材料,則可以為細(xì)胞提供依附,另外可以促使細(xì)胞在組織中有序生長(zhǎng),同時(shí)也可利用材料表面特性控制細(xì)胞在體內(nèi)的行為。在體外將間充質(zhì)干細(xì)胞植入膠原水凝膠支架,隨后植入兔的肌腱,28%的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)異位鈣化現(xiàn)象(由于成骨分化)。在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)了堿性磷酸酶(成骨標(biāo)志物)水平的上升。另外,(PLGA)支架也被用于肌腱再生修復(fù)研究,有研究用間充質(zhì)干細(xì)胞結(jié)合PLGA材料在兔阿基里斯肌腱部位修復(fù)了1cm的肌腱缺損,并且比較沒有PLGA支架修復(fù)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,修復(fù)后的肌腱具有更高的拉伸強(qiáng)度。

在膠原誘導(dǎo)的動(dòng)物模型中,研究表明間充質(zhì)干細(xì)胞療法同樣具有很高的再生效果。間充質(zhì)干細(xì)胞療法在大動(dòng)物中也有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在對(duì)11匹實(shí)驗(yàn)馬的肌腱病模型注射間充質(zhì)干細(xì)胞后,9匹在隨后表現(xiàn)明顯的療效。另外一項(xiàng)研究中16匹馬有14匹出現(xiàn)療效并沒有出現(xiàn)任何并發(fā)癥。因此肌腱病的間充質(zhì)干細(xì)胞療法目前已經(jīng)有了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證據(jù)。不僅僅可以提高各項(xiàng)組織病理學(xué)指標(biāo),促進(jìn)損傷愈合,以及缺損的修復(fù),同時(shí)還有證據(jù)表明該療法可以提高肌腱中1型膠原的含量,這樣就可以回復(fù)肌腱的正常結(jié)構(gòu),及應(yīng)力強(qiáng)度。所以間充質(zhì)干細(xì)胞療法在肌腱病的治療中具有潛在的開發(fā)價(jià)值。

然而,間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用受到了一定的限制。其中,間充質(zhì)干細(xì)胞在植入后細(xì)胞較低的存活率是主要的阻礙之一。動(dòng)物模型試驗(yàn)得到的證據(jù)表明,僅有5%的植入細(xì)胞能夠在植入組織存活兩周[8]。在小鼠動(dòng)物模型中也同樣觀察到了與之相同的細(xì)胞存活率[9]。因此,細(xì)胞存活率可能是制約間充質(zhì)干細(xì)胞治療的主要障礙。為了加速間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用,造成植入細(xì)胞凋亡的主要因素應(yīng)該得到進(jìn)一步的確認(rèn)。另外有研究表明,間充質(zhì)干細(xì)胞治療在體內(nèi)的治療效果并不是因?yàn)槠湓隗w內(nèi)的分化作用,而是因?yàn)殚g充質(zhì)干細(xì)胞的旁分泌作用。外源間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)是否能夠分化,以及具體的分化機(jī)理目前尚不十分的明確,仍然需要進(jìn)一步的研究得以確定。所以間充質(zhì)干細(xì)胞最終是否能夠真正走上臨床應(yīng)用,為肌腱損傷的運(yùn)動(dòng)員解除病痛在于這些問題的克服。

4 結(jié)論及展望

肌腱損傷是限制運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)生命,影響運(yùn)動(dòng)員場(chǎng)上表現(xiàn)的主要原因之一。并且肌腱損傷及疾病在運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)病率較為普遍,現(xiàn)有的療法不能得到很好的療效,無(wú)法使肌腱真正回復(fù)到損傷前的狀態(tài)。再生治療的發(fā)展給廣大體育工作者帶來(lái)了健康的希望。其中基于間充質(zhì)干細(xì)胞的再生療法具有廣闊的應(yīng)用前景,并且在諸多臨床前試驗(yàn)中得以證實(shí)。然而間充質(zhì)干細(xì)胞療法的應(yīng)用仍然存在一定障礙。外源間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)的凋亡,以及體內(nèi)分化機(jī)理的不明確使得間充質(zhì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用受到限制。

近年來(lái)科學(xué)家針對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的應(yīng)用中存在的障礙提出來(lái)許多解決方案。例如,將間充質(zhì)干細(xì)胞再生療法與基因治療相結(jié)合,利用DNA基因治療,及siRNA治療手段對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行基因改造,使細(xì)胞在體內(nèi)定向分化從而提高細(xì)胞療法的可控性。另外利用該技術(shù)也可以抑制間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)的凋亡從而提高治療效果?？梢灶A(yù)見,在不久的將來(lái),間充質(zhì)干細(xì)胞再生療法將在科學(xué)家的努力下最終走上臨床應(yīng)用,在肌腱損傷的治療中發(fā)揮強(qiáng)大的治療效果,使因肌腱損傷退出賽場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)員重新回到賽場(chǎng),使患有肌腱病的運(yùn)動(dòng)員回復(fù)到以前的狀態(tài)更好的投入訓(xùn)練與比賽。運(yùn)動(dòng)員們將會(huì)在在科學(xué)堅(jiān)強(qiáng)后盾的支持下,在賽場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)更快、更高、更強(qiáng)的體育夢(mèng)想。

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