bFGF 在肌腱損傷修復(fù)中的研究進展

張 鵬，郎張峰綜述，常文凱審校

（山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西太原030001）

bFGF 在肌腱損傷修復(fù)中的研究進展

張 鵬，郎張峰綜述，常文凱審校

（山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西太原030001）

肌腱病； 軟組織損傷； 組織工程； 堿性成纖維細胞生長因子； 綜述

肌腱損傷是臨床常見的疾病之一，由于肌腱是致密結(jié)締組織，而肌腱細胞是高度分化的間充質(zhì)細胞，分化增殖能力較弱，因此，肌腱損傷后很難自行愈合。而通過手術(shù)修復(fù)后又需較長時間行外固定，既影響功能鍛煉，又易導(dǎo)致粘連，從而影響手術(shù)效果。目前研究表明，多種細胞因子對肌腱愈合均有促進作用，特別是堿性成纖維細胞生長因子（bFGF），因其具有刺激血管生成、成纖維細胞增殖、遷移及分泌膠原的作用而備受關(guān)注[1]?，F(xiàn)就bFGF在促進肌腱愈合方面的研究進展作一綜述。

1 bFGF的基本性質(zhì)

1940年，Hoftman等在腦和垂體的抽提物中發(fā)現(xiàn)一種可以促進成纖維細胞生長的物質(zhì)；而1974年，該物質(zhì)被Gospdarowicz等從牛的腦中分離純化，并命名為bFGF。其是由146個氨基酸組成的促有絲分裂的陽離子單鏈多肽，在體內(nèi)分布極其廣泛，主要分布于下丘腦、視網(wǎng)膜、腎上腺、胸腺、黃體、腎、心、肝、胎盤及多種腫瘤組織中，尤以垂體含量最高[2]。體內(nèi)的bFGF主要以游離型和結(jié)合型2種形式存在，因游離型bFGF極易被水解酶破壞，故體內(nèi)的bFGF主要通過結(jié)合在細胞基膜上存在，不具有活性，只有當其從基膜上釋放才具有生物學(xué)功能，并需要與相應(yīng)受體或蛋白結(jié)合才能發(fā)揮其作用[3]。隨著20世紀80年代bFGF基因的測序、DNA克隆的成功及現(xiàn)階段分離純化技術(shù)的不斷發(fā)展，bFGF的提純度已達90%以上。外源性bFGF的生物學(xué)效應(yīng)可分為體內(nèi)和體外兩大部分。在體外，bFGF可促進成纖維細胞、骨細胞、軟骨細胞、血管內(nèi)皮細胞、肌腱細胞等分裂增殖；而在體內(nèi)，bFGF是重要的促細胞有絲分裂因子，可以促進起源于神經(jīng)外胚層和中胚層的多種細胞增殖、分化，同時也是其形態(tài)發(fā)生與分化的誘導(dǎo)因子。bFGF主要生物學(xué)作用：（1）促進血管、神經(jīng)、皮膚等組織的修復(fù)和再生；（2）促進創(chuàng)傷的愈合；（3）參與神經(jīng)細胞的修復(fù)及再生等。目前在體內(nèi)外的研究表明，特定濃度的bFGF具有促進肌腱細胞遷移、增殖、分化和刺激血管再生的作用[4]。

2 bFGF在肌腱修復(fù)中的作用

在肌腱愈合的過程中，bFGF能夠加速細胞分化階段，并且能在早期促進指屈肌腱的血管新生和炎性反應(yīng)[5]。Oryan等[6]認為，bFGF可以抑制急性炎癥，降低前列腺素E2的濃度來減輕疼痛，同時降低一氧化氮及氧自由基，從而保持了肌腱的黏彈性，進而可以早期活動，降低粘連的發(fā)生，并通過對兔屈肌腱損傷后修補模型局部注射bFGF，發(fā)現(xiàn)其能調(diào)節(jié)炎癥過程，抑制肌腱粘連和增強肌腱細胞的增殖和成熟，增加膠原蛋白的分泌，改進膠原纖維的聚合和排列方式，改善損傷后肌腱的結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)性能。Sheng等[7]和Tang等[8]通過不同方法提高損傷肌腱局部bFGF的濃度，均證明bFGF有加快肌腱愈合，增加肌腱強度的作用。但Sheng等[7]研究表明，隨著bFGF持續(xù)作用也會加重了肌腱的粘連。Jain等[9]發(fā)現(xiàn)肌腱損傷1周后bFGF表達至高峰，16周后bFGF表達恢復(fù)正常水平。Liu等[10]研究發(fā)現(xiàn)肌腱損傷1周后bFGF開始表達，損傷第2周后bFGF對肌腱細胞的遷移和增殖促進作用最大。Wang等[11]研究表明，肌腱損傷后第1周bFGF的表達明顯高于第2、4、8周，而肌腱損傷8周后，bFGF的表達停止并不再激活。Chen等[12]通過檢測兔跟腱損傷愈合過程中bFGF的mRNA表達情況發(fā)現(xiàn)，bFGF在兔跟腱損傷愈合的早期發(fā)揮作用。而正常肌腱損傷修復(fù)早期主要是成纖維細胞的增殖、分化及膠原蛋白的合成及分泌，后期成纖維細胞增殖能力下降，而膠原的重塑增加，使得內(nèi)源性愈合有所緩解。綜上研究，在肌腱愈合早期給予bFGF刺激可促進肌腱的內(nèi)源性愈合，減少粘連，而肌腱愈合的后期bFGF的持續(xù)作用反而加重了肌腱的粘連。因此，在應(yīng)用bFGF時，要注意其調(diào)控時相，趨利避害。

3 bFGF在肌腱愈合中的應(yīng)用

3.1 置入外源性bFGF促進肌腱愈合 因正常肌腱細胞和腱鞘細胞僅能產(chǎn)生少量的bFGF，而肌腱損傷早期，損傷部位的bFGF表達出現(xiàn)上調(diào)，但濃度仍較低，故而可通過早期外源性置入bFGF，以提高損傷肌腱周圍bFGF的濃度促進肌腱的愈合。盛加根等[13]在肌腱斷端使用外源性bFGF，能顯著改善正常肌腱愈合初期腱周bFGF的低水平狀態(tài)，通過刺激血管生成和膠原的分泌及重塑而有效地促進肌腱愈合，增加肌腱愈合強度，減少粘連。王玉聰?shù)萚14]通過研究不同濃度的bFGF對體外培養(yǎng)兔肌腱細胞增殖的量效關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，bFGF促進肌腱細胞增殖的作用與濃度有一定相關(guān)性，即促肌腱細胞增殖的起始bFGF濃度為5 μg/L，而當bFGF的濃度為20 μg/L時可達到促進肌腱細胞增殖的最佳狀態(tài)。Wodewotzky等[15]利用含有透明質(zhì)酸鈉基質(zhì)及bFGF的膠原纖維支架在體外培養(yǎng)犬的骨髓間充質(zhì)干細胞時發(fā)現(xiàn)，10 ng/mL濃度的bFGF可以顯著提高細胞的增殖，而50 ng/mL的bFGF反而會抑制細胞的分化。而目前骨髓間充質(zhì)干細胞可作為肌腱組織工程的種子細胞。因此，對于不同的動物模型及細胞來源，bFGF的最適濃度是不同的，如果要進入臨床還需要進一步探討。

由于游離型的bFGF極不穩(wěn)定，且在體內(nèi)特別容易被蛋白水解酶破壞，因此體內(nèi)使用外源性生長因子時需要不斷給藥或通過各種手段延長生長因子作用時間才能發(fā)揮更好效果。Thomopoulos等[16]應(yīng)用一種特殊體系將肝素與bFGF結(jié)合以達到控釋的效果，并將其用于犬的肌腱損傷模型，通過對肌腱愈合過程的觀察發(fā)現(xiàn)，在最初的10 d內(nèi)，bFGF的釋放明顯高于對照組，并且可以顯著促進肌腱細胞的增殖。Hamada等[17]研究顯示，在兔滑膜內(nèi)肌腱修復(fù)模型中使用復(fù)合bFGF涂層的縫線，能明顯提高修復(fù)肌腱的機械強度，有利于術(shù)后早期康復(fù)訓(xùn)練。沙德峰等[18]在肌腱損傷縫接處置入bFGF復(fù)合緩釋降解膜，證明bFGF復(fù)合緩釋降解膜可使損傷肌腱內(nèi)部愈合快于腱周結(jié)締組織增生，有減輕或防止粘連形成的作用。盛加根等[19]利用纖維蛋白封閉劑混合bFGF，以達到緩釋效果，從而促進鞘內(nèi)肌腱愈合。Oryan等[20]在兔淺屈肌腱損傷后的第3、7、10天于損傷處皮下注射外源性重組bFGF，研究表明bFGF在肌腱損傷早期可減輕炎性反應(yīng)，降低肌腱損傷處的水腫及粘連，改善肌腱的生物力學(xué)性能。

3.2 基因工程在損傷肌腱修復(fù)中bFGF的應(yīng)用 近年來，隨著基因工程和細胞工程的發(fā)展，bFGF在肌腱愈合方面的應(yīng)用也有相應(yīng)的進步。Tang等[8]通過將bFGF基因轉(zhuǎn)染至雞屈肌腱斷端的肌腱細胞中，術(shù)后觀察表明bFGF可增加肌腱愈合的強度，但不增加粘連。朱蓓等[21]通過腺相關(guān)病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)bFGF基因至肌腱能顯著增加肌腱bFGF表達，且組織反應(yīng)較輕，不會增加粘連。蔡弢藝等[22]將bFGF重組腺病毒載體轉(zhuǎn)染到兔骨髓間充質(zhì)干細胞后，通過培養(yǎng)可促進其向成纖維細胞分化，增加增殖活力，促進bFGF蛋白的表達。同時，隨著細胞傳代次數(shù)的增多，蛋白表達水平與空病毒組及對照組細胞差異性逐漸減小，此過程符合肌腱愈合的自然過程。因而可作為組織工程肌腱的種子細胞。但是，因bFGF在肌腱愈合的不同時段發(fā)揮不同的作用，如何調(diào)控基因表達的時限仍是難點。另外，目前基因轉(zhuǎn)染主要通過腺病毒或腺相關(guān)病毒等，其在人體的安全性仍有待進一步驗證。

3.3 bFGF在組織工程修復(fù)損傷肌腱過程中的應(yīng)用隨著組織工程及干細胞技術(shù)的發(fā)展，組織工程化肌腱修復(fù)肌腱缺損逐漸成為研究的熱點。肌腱組織工程的核心是構(gòu)建肌腱細胞系，因肌腱細胞在體外培養(yǎng)時增殖相對緩慢，而且經(jīng)多次傳代后甚至喪失了進入增殖期的能力，故選用增殖、分化能力活躍的細胞作為種子細胞是關(guān)鍵，干細胞因其具有分化全能性及自我更新能力而成為組織工程首選的種子細胞。目前肌腱組織工程常用的種子細胞主要有肌腱干細胞、間充質(zhì)干細胞、骨髓干細胞、脂肪干細胞等[23-26]。有研究表明，bFGF能明顯促進種子細胞在天然及人工合成基質(zhì)材料上的黏附、誘導(dǎo)增殖分化，并促進支架材料的再血管化[27]。因此，可以選用bFGF作為必要的細胞因子誘導(dǎo)肌腱細胞分化，縮短細胞體外培養(yǎng)的時間，同時可以通過納米技術(shù)將bFGF黏附于基質(zhì)材料上，以延長其體內(nèi)作用時間。Zhao等[28]利用結(jié)合有bFGF的電紡纖維膜治療SD大鼠肩袖撕裂傷的研究表明，通過靜電紡絲技術(shù)處理的結(jié)合有bFGF的乳酸-羥基乙酸共聚物電紡纖維膜可延長bFGF生物學(xué)活性達3周，同時可以起到對細胞的黏附和擴散作用。且生物相容性良好，從而為更好地利用bFGF提供了新的技術(shù)手段。

同時，由于肌腱損傷修復(fù)是一個由多種細胞因子調(diào)控的復(fù)雜過程，故利用多種細胞因子協(xié)同作用，促進肌腱愈合成為近年來研究熱點。而生長因子主要以自由擴散的流動狀態(tài)和結(jié)合到細胞外基質(zhì)的隔離狀態(tài)存在。Caliari等[29]通過研究發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)生物分子的擴散損失較多，連續(xù)性地補充生物分子又較困難，而結(jié)合態(tài)的生物分子能更好地維持生物活性，且作用時間較長。因此，其探討利用組織工程仿生支架的策略，將bFGF、SDF-1α、PDGF-BB、IGF-1、GDF-5這幾種生長因子隔離附著在一個特殊的膠原纖維支架上，利用這種特殊方式體外培養(yǎng)馬的肌腱細胞，通過實驗觀察肌腱細胞的增殖及表型的變化證實，該固定化策略能夠通過膠原網(wǎng)絡(luò)支架在保證bFGF等細胞因子生物學(xué)活性的前提下，持續(xù)促進肌腱細胞的增殖，而且通過各細胞因子對肌腱細胞的協(xié)同作用，對干細胞的增殖及分化起到更好的效果。

4 bFGF的應(yīng)用前景及展望

肌腱損傷修復(fù)是一個由多種細胞因子調(diào)控的復(fù)雜過程，而多種細胞因子間的相互作用及促進肌腱愈合的作用機制、時相、濃度仍不十分清楚，因此需要進一步研究探討。另外，如何通過技術(shù)手段，既保持各生長因子的生物學(xué)活性，又能使其對肌腱愈合起到協(xié)同作用是下一步研究的重點。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.12.017

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:1009-5519（2015）12-1806-03

2015-01-04）

山西省高?？萍佳芯块_發(fā)項目（20101149）。

張鵬（1986-），男，山西朔州人，碩士研究生，主要從事手足踝外科臨床工作；E-mail：zp20403@126.com。

常文凱（E-mail：magic-hand@126.com）。