糖尿病患者肌腱病變研究現(xiàn)狀

石柳 王宸 芮云峰

東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬中大醫(yī)院骨科（江蘇 南京 210009）

很多疾病已被證明與糖尿病有關(guān)，糖尿病并發(fā)癥也涉及骨骼肌肉系統(tǒng)疾病，但其對(duì)肌腱的影響尚未被深入研究。有研究顯示，在小于44歲的男性患者中，肌腱病的發(fā)生與糖尿病在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在相關(guān)性[1]。近年來(lái)，對(duì)于糖尿病肌腱的相關(guān)病理生理改變已有較深認(rèn)識(shí)，研究證實(shí)體內(nèi)持續(xù)的高血糖狀態(tài)與肌腱損傷相關(guān)，糖尿病是造成肌腱病變發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要因素，同時(shí)也放大了其它引起肌腱損傷的因素[2]。本文就糖尿病相關(guān)肌腱疾病的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 糖尿病肌腱的大體形態(tài)變化

正常肌腱組織呈白色、有光澤，堅(jiān)實(shí)而有彈性；而糖尿病肌腱標(biāo)本肉眼觀(guān)查呈灰暗、微棕、黃色樣變，肌腱實(shí)質(zhì)變軟。相對(duì)于對(duì)照組白色、健壯的正常髕腱組織而言，糖尿病模型大鼠髕腱顏色變黃且更加脆弱[3]。除顏色及性狀改變外，在大鼠的岡上肌腱損傷修復(fù)模型中還發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠肌腱出現(xiàn)萎縮和發(fā)黃，肌腱損傷部位的愈合面積變小[4]。一些研究顯示，糖尿病可改變肌腱的厚度和體積[5，6]。Batista等[6]通過(guò)超聲檢查發(fā)現(xiàn)正常成人跟腱長(zhǎng)約15 cm，前后直徑為（4.8～10）mm；而糖尿病患者跟腱的前后直徑平均為（5.0±0.8）mm[（3.8～7.6）mm]。 Giacomozzi等[7]通過(guò)超聲檢查發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者跟腱相比健康對(duì)照組，其厚度有增加的趨勢(shì)，但兩者在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。Papanas等[8]通過(guò)MRI評(píng)估2型糖尿病患者跟腱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，糖尿病組跟腱體積增加。

2 糖尿病肌腱的生物力學(xué)變化

由于醫(yī)學(xué)倫理學(xué)的限制，目前研究糖尿病肌腱生物力學(xué)變化的主要方式是通過(guò)建造糖尿病動(dòng)物模型而不是研究完整的人類(lèi)肌腱標(biāo)本。很多學(xué)者通過(guò)對(duì)糖尿病動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病肌腱的生物力學(xué)特性和正常肌腱相比呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。Fox等[3]通過(guò)對(duì)糖尿病大鼠髕腱的拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖尿病組16只大鼠中的15只表現(xiàn)出肌腱本身的撕裂，而對(duì)照組14只中有7只表現(xiàn)出肌腱本身的撕裂，其余則是脛骨結(jié)節(jié)止點(diǎn)的撕脫；同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)，在建模19天時(shí)，糖尿病大鼠髕腱的楊氏模量明顯低于對(duì)照組，這表明糖尿病組大鼠肌腱的生物力學(xué)特性下降。de Oliveira等[9]發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，糖尿病組大鼠跟腱彈性模量顯著降低，跟腱的特定應(yīng)變、最大拉伸應(yīng)變和抗拉強(qiáng)度相對(duì)于對(duì)照組顯著升高，而對(duì)照組跟腱的橫截面積顯著大于糖尿病組。

3 糖尿病肌腱的組織病理學(xué)改變

Fox等[3]采用膠原蛋白雙折射方法發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，糖尿病組肌腱膠原蛋白在腱骨連接處分布不規(guī)則。光學(xué)顯微鏡觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組正?？嚲o的、平行的和致密相連的外觀(guān)相比，糖尿病組膠原纖維呈現(xiàn)不平、不規(guī)則的卷曲和松弛，且波紋形狀有所增加。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠髕腱脛骨結(jié)節(jié)止點(diǎn)上纖維軟骨變少、肌腱纖維紊亂、肌腱愈合處纖維軟骨減少[4，10]。組織形態(tài)學(xué)定量測(cè)定結(jié)果顯示，在建模后第1周和第2周，糖尿病組在腱骨愈合止點(diǎn)處纖維軟骨數(shù)量與對(duì)照組相比顯著降低。有學(xué)者從糖尿病患者足底潰瘍的纖維母細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)其增殖能力降低，并有異常的形態(tài)學(xué)特征，如多層狀、沒(méi)有微管結(jié)構(gòu)的水泡狀[11]。Abate等[12]通過(guò)超聲檢查發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者退行性肌腱內(nèi)新生血管減少；同時(shí)也有學(xué)者在糖尿病動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)肌腱內(nèi)血管生成減少[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病肌腱組織中有鈣鹽沉積，尤其是在跟腱的止點(diǎn)部位。目前關(guān)于鈣鹽沉積的機(jī)制尚存在爭(zhēng)議，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肌腱組織局部缺血后繼發(fā)壞死，膠原纖維斷裂，認(rèn)為膠原纖維的透明變性是肌腱內(nèi)鈣鹽沉積的第一步[14]。還有研究表明，鈣化的形成可能是由于肌腱干/祖細(xì)胞向成骨及成軟骨分化，而不是向肌腱終末細(xì)胞分化所導(dǎo)致的[15，16]。由于這些構(gòu)成肌腱組織的膠原纖維數(shù)量減少，膠原束出現(xiàn)磨損和解體，膠原纖維斷裂，肌腱細(xì)胞形態(tài)改變，鈣鹽沉積等，可能進(jìn)一步導(dǎo)致糖尿病肌腱組織萎縮和脆弱，生物力學(xué)特性降低[17]。

4 糖尿病肌腱的生化與細(xì)胞外基質(zhì)改變

通常認(rèn)為糖尿病肌腱的損傷機(jī)制與機(jī)體內(nèi)持續(xù)的高血糖狀態(tài)有關(guān)。目前很多糖尿病動(dòng)物模型及臨床研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病肌腱細(xì)胞外基質(zhì)中有晚期糖基化終末產(chǎn)物 （advanced glycation endproducts，AGEs）的沉積[4，18]。目前公認(rèn)的假說(shuō)為：糖尿病患者關(guān)節(jié)組織損傷是由于體內(nèi)多余的晚期糖基化產(chǎn)物在體內(nèi)緩慢、持續(xù)聚集而引起的。AGEs的一個(gè)特征性反應(yīng)是在膠原纖維之間形成一個(gè)共價(jià)交叉連接，從而改變膠原纖維的結(jié)構(gòu)和功能[18]。因此，AGEs的交叉連接被認(rèn)為是引起肌腱及韌帶生物及機(jī)械功能惡化的主要原因[19]。此外，AGEs對(duì)肌腱的負(fù)面影響還包括對(duì)生長(zhǎng)因子的影響，如影響堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的形成，從而顯著降低有絲分裂活動(dòng)；細(xì)胞內(nèi)AGEs的形成導(dǎo)致一氧化氮和受損的生長(zhǎng)因子信號(hào)表達(dá)的破壞；通過(guò)氧化應(yīng)激，提高半胱天冬酶活性等外在信號(hào)表達(dá)，從而增強(qiáng)細(xì)胞凋亡[20]。

5 細(xì)胞與分子生物學(xué)調(diào)控機(jī)制研究——潛在機(jī)制

Lehner等[21]發(fā)現(xiàn)一類(lèi)來(lái)源于人類(lèi)和大鼠肌腱的尚未被識(shí)別的細(xì)胞，這類(lèi)細(xì)胞表達(dá)胰腺β細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞標(biāo)記物——胰島素、胰高血糖素、胰島素促進(jìn)因子-1（PDX-1）及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋-2（GLUT2）。 他們對(duì)這類(lèi)產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞來(lái)源進(jìn)行了描述：血管周?chē)?xì)胞和在致密膠原組織中的紡錘狀肌腱細(xì)胞，兩者中至少有一種能根據(jù)葡萄糖的水平刺激胰島素釋放，他們認(rèn)為這類(lèi)到目前為止尚未被認(rèn)識(shí)的、在胰腺外能產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞，可能是引起糖尿病肌腱病理生理改變的主要因素。Bi等[22]和Rui等[23]分別從小鼠、大鼠和人肌腱組織中成功分離出具有克隆形成能力﹑自我更新以及多向分化潛能的間充質(zhì)干細(xì)胞群，并稱(chēng)之為肌腱干細(xì)胞（tendon derived stem cells，TDSCs）。研究表明[23]，大鼠髕腱和跟腱來(lái)源的TDSCs在體外可以分化為成骨細(xì)胞﹑軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞；在體內(nèi)可形成肌腱樣組織﹑軟骨樣組織和骨樣組織。Lehner等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)，在分泌胰島素的肌腱細(xì)胞中，至少在一個(gè)亞群中干/祖細(xì)胞標(biāo)記物nestin和scleraxis與胰島素和胰高血糖素共表達(dá)，提示胰島素有可能參與誘導(dǎo)這類(lèi)細(xì)胞向成熟分化或參與維持這種分化狀態(tài)，表明胰島素可能能夠誘導(dǎo)肌腱干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞分化[24]。此外，胰島素已被證實(shí)在生理濃度可以發(fā)揮PDX-1介導(dǎo)的保護(hù)效應(yīng)以保護(hù)胰島β細(xì)胞[25]。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，胰島素能夠避免肌腱細(xì)胞免受地塞米松誘導(dǎo)的損害[26]。糖尿病肌腱干細(xì)胞的相關(guān)特性及其分化是否與糖尿病肌腱病變的形成相關(guān)還有待進(jìn)一步研究。

目前，糖尿病肌腱病變潛在的分子機(jī)制仍不清楚，肌腱細(xì)胞相關(guān)的特異性細(xì)胞表面標(biāo)記物和特異性蛋白發(fā)現(xiàn)得也較少，目前已知的有堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子（scleriex，Scx）、腱調(diào)蛋白（tenomodulin，TMND）、核心蛋白聚糖（decorin，DCN）等[21]。

Scx是細(xì)胞特異性堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子中Twist亞家族中的成員，是肌腱和韌帶的一個(gè)特異性的細(xì)胞表面標(biāo)記物[27]。Brent等[28]認(rèn)為，Scx是肌腱前體細(xì)胞群標(biāo)志，其一直持續(xù)表達(dá)于肌腱分化的整個(gè)時(shí)期。Scx可表達(dá)于體外培養(yǎng)的牙周韌帶細(xì)胞、牙齦成纖維細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞，并可能在牙周韌帶細(xì)胞的分化過(guò)程中起重要作用[29]。袁亞娣等[30]研究發(fā)現(xiàn)，高糖可以上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Scx表達(dá)，從而抑制牙周膜細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，進(jìn)一步影響牙周病的愈合能力。

TNMD是一種與軟骨調(diào)節(jié)因子（chondromodulin-I，ChM-I）同源的Ⅱ型跨膜蛋白。Docheva等[31]通過(guò)研究TNMD基因缺陷小鼠發(fā)現(xiàn)，其肌腱細(xì)胞增殖能力及細(xì)胞密度明顯降低。由此可見(jiàn)，TNMD在肌腱細(xì)胞增殖和膠原纖維的成熟中起重要調(diào)節(jié)作用[32]。

DCN作為肌腱中含量最高的蛋白多糖，是纖維性組織和胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的重要成分。熊雁等[33]發(fā)現(xiàn)DCN在早期能夠明顯減少肌腱細(xì)胞I型膠原蛋白的合成，并顯著下調(diào)肌腱細(xì)胞I型膠原蛋白mRNA表達(dá)。在肌腱愈合過(guò)程中，DCN還能夠調(diào)節(jié)膠原纖維的正常纖維化[34]。

Scx、TNMD、DCN在糖尿病肌腱中的表達(dá)尚未見(jiàn)報(bào)道，它們被認(rèn)為與異位軟骨形成和隨后的異位骨化有關(guān)。然而，糖尿病是否能促進(jìn)這種異位骨化尚不清楚[35]。

6 總結(jié)

綜上所述，目前關(guān)于糖尿病肌腱病變的研究主要集中在大體形態(tài)、生物力學(xué)特性和組織形態(tài)學(xué)方面。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及臨床研究均表明，糖尿病與肌腱病之間具有一定相關(guān)性，糖尿病肌腱外觀(guān)發(fā)黃、萎縮，生物力學(xué)特性降低。糖尿病肌腱細(xì)胞的外基質(zhì)內(nèi)有AGEs沉積，在肌腱膠原纖維之間形成一個(gè)共價(jià)交叉連接，影響許多細(xì)胞因子表達(dá)，導(dǎo)致肌腱生物力學(xué)特性降低。肌腱干細(xì)胞的異常分化在肌腱病的發(fā)生發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用，而糖尿病機(jī)體中肌腱干細(xì)胞是否存在異常分化，其肌腱干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞的分化是否受胰島素影響，以及糖尿病肌腱干細(xì)胞在肌腱損傷愈合中是否扮演重要角色，目前尚不清楚。糖尿病肌腱損傷的分子生物學(xué)水平研究相對(duì)較少，糖尿病肌腱病理生理改變的分子機(jī)制也有待進(jìn)一步研究。

[1]Holmes GB，Lin J.Etiologic factors associated with symptomatic achilles tendinopathy.Foot Ankle Int，2006，27：952-959.

[2]Abate M，Schiavone C，Salini V，et al.Management of limited joint mobility in diabetic patients.Diabetes Metab Syndr Obes，2013，6：197-207.

[3]Fox AJ，Bedi A，Deng XH，et al.Diabetes mellitus alters the mechanical properties of the native tendon in an experimental rat model.J Orthop Res，2011，29：880-885.

[4]Bedi A，F(xiàn)ox AJ，Harris PE，et al.Diabetes mellitus impairs tendon-bone healing after rotator cuff repair.J Shoulder Elbow Surg，2010，19：978-988.

[5]Akturk M，OzdemirA，MaralI，etal.Evaluation of Achilles tendon thickening in type 2 diabetes mellitus.Exp Clin Endocrinol Diabetes，2007，115：92-96.

[6]Batista F，Nery C，Pinzur M，et al.Achilles tendinopathy in diabetes mellitus.Foot Ankle Int，2008，29：498-501.

[7]Giacomozzi C，D’Ambrogi E，Uccioli L，et al.Does the thickening of Achilles tendon and plantar fascia contribute to the alteration of diabetic foot loading?Clin Biomech(Bristol，Avon)，2005，20：532-539.

[8]Papanas N，Courcoutsakis N，Papatheodorou K，et al.Achilles tendon volume in type 2 diabetic patients with or without peripheral neuropathy：MRI study.Exp Clin Endocrinol Diabetes，2009，117：645-648.

[9]de Oliveira RR，de Lira KD，Silveira PV，et al.Mechanical properties of achilles tendon in rats induced to experimental diabetes.Ann Biomed Eng，2011，39：1528-1534.

[10]Bolton NR，Smith KE，Pilgram TK，et al.Computed tomography to visualize and quantify the plantar aponeurosis and flexor hallucis longus tendon in the diabetic foot.Clin Biomech(Bristol，Avon)，2005，20：540-546.

[11]Ji J，wang Z，Shi D，Gao X，et al.Pathologic changes of Achilles tendon in leptin-deficient mice.Rheumatol Int，2010，30：489-493.

[12]Abate M，Schiavone C，Salini S.Neoangiogenesis is reduced in chronic tendinopathies of type 2 diabetic patients.Int J Immunopathol Pharmacol，2012，25：757-761.

[13]Shoji T，Koyama H，Morioka T，et al.Receptor for advanced glycation end products is involved in impaired angiogenic response in diabetes.Diabetes，2006，55：2245-2255.

[14]Oliva F，Via AG，Maffulli N.Physiopathology of intratendinous calcific deposition.BMC Med，2012，10：95.

[15]Rui YF，Lui PP，Chan LS，et al.Does erroneous differentiation of tendon-derived stem cells contribute to the pathogenesis of calcifying tendinopathy?Chin Med J(Engl)，2011，124：606-610.

[16]Oliva F，Barisani D，Grasso A，et al.Gene expression analysis in calcific tendinopathy of the rotator cuff.Eur Cell Mater，2011，21：548-557.

[17]Narici MV，Maffulli N，Maganaris CN.Ageing of human muscles and tendons.Disabil Rehabil，2008，30：1548-1554.

[18]DeGroot J，Verzijl N，Budde M，et al.Accumulation of advanced glycation end products decreases collagen turnover by bovine chondrocytes.Exp Cell Res，2001，266：303-310.

[19]DeGroot J.The AGE of the matrix： chemistry，consequence and cure.Curr Opin Pharmacol，2004，4：301-305.

[20]Huijberts MS，Schaper NC，Schalkwijk CG.Advanced glycation end products and diabetic foot disease.Diabetes Metab Res Rev，2008，24（Suppl 1）：S19-24.

[21]Lehner C，Gehwolf R，Wagner A，et al.Tendons from nondiabetic humans and rats harbor a population of insulinproducing，pancreatic beta cell-like cells.Horm Metab Res，2012，44：506-510.

[22]Bi Y，Ehirchiou D，Kilts TM，et al.Identification of tendon stem/progenitor cells and the role of the extracellular matrix in their niche.Nat Med，2007，13：1219-1227.

[23]Rui YF，Lui PP，Li G，et al.Isolation and characterization of multipotent rat tendon-derived stem cells.Tissue Eng Part A，2010，16：1549-1558.

[24]Mazzocca AD，McCarthy MB，Chowaniec D，et al.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells obtained during arthroscopic rotator cuff repair surgery show potential for tendon cell differentiation after treatment with insulin.Arthroscopy，2011，27：1459-1471.

[25]Johnson JD，Bernal-MizrachiE，Alejandro EU，etal.Insulin protects islets from apoptosis via Pdx1 and specific changes in the human islet proteome.Proc Natl Acad Sci U S A，2006，103：19575-19580.

[26]Poulsen RC，CarrAJ，Hulley PA.Protection against glucocorticoid-induced damage in human tenocytes by modulation of ERK，Akt，and forkhead signaling.Endocrinology，2011，152：503-514.

[27]Schweitzer R，Chyung JH，Murtaugh LC，et al.Analysis of the tendon cell fate using Scleraxis，a specific marker for tendons and ligaments.Development，2001，128 （19）：3855-3866.

[28]Brent AE，Schweitzer R，Tabin CJ.A somitic compartment of tendon progenitors.Cell，2003，113：235-248.

[29]劉瓊，謝昊，李五一，等.Scleraxis在牙周韌帶細(xì)胞、牙齦成纖維細(xì)胞中的表達(dá).中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2006，41(9)：556-558.

[30]袁亞娣，苗松，謝昊，等.高糖對(duì)牙周韌帶細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子Scleraxis表達(dá)的影響.中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2008，43(11)：668-670.

[31]Docheva D，Hunziker EB，F(xiàn)assler R，et al.Tenomodulin is necessary for tenocyte proliferation and tendon maturation.Mol Cell Biol，2005，25：699-705.

[32]蔣永康，劉偉.Scleraxis和Tenomodulin在肌腱發(fā)育成熟中的作用.國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2008，31(6)：365-368.

[33]熊雁，張正治，孫瑋，等.核心蛋白聚糖對(duì)鼠肌腱細(xì)胞Ⅰ型膠原及其mRNA的影響.中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志，2006，24(3)：311-314.

[34]熊雁，張正治，傅曉嵐，等.核心蛋白聚糖對(duì)兔肌腱細(xì)胞增殖及細(xì)胞周期的影響.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(17)：1761-1764.

[35]Maffulli N，Reaper J，Ewen SW，et al.Chondral metaplasia in calcific insertional tendinopathy of the Achilles tendon.Clin J Sport Med，2006，16：329-334.