KGN修復(fù)軟骨、促進(jìn)腱-骨愈合作用的研究進(jìn)展

丁偉，譚洪波

(解放軍昆明總醫(yī)院，昆明650032)

KGN修復(fù)軟骨、促進(jìn)腱-骨愈合作用的研究進(jìn)展

丁偉，譚洪波

(解放軍昆明總醫(yī)院，昆明650032)

交叉韌帶斷裂、肩袖損傷等肌腱損傷是常見的運(yùn)動損傷，腱-骨連接結(jié)構(gòu)愈合是其治療關(guān)鍵,但其愈合困難是目前臨床一大難題。促進(jìn)腱-骨愈合是修復(fù)肌腱損傷、防止再撕裂的關(guān)鍵，但是目前還沒有能有效、持續(xù)促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)術(shù)后腱-骨連接結(jié)構(gòu)恢復(fù)的方法。應(yīng)用各種來源的干細(xì)胞及細(xì)胞因子等生物治療方法在促進(jìn)腱-骨愈合方面受到了廣泛關(guān)注，其中骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)是研究的熱點(diǎn)。小分子化合物Kartogenin(KGN)被發(fā)現(xiàn)能夠顯著誘導(dǎo)BMSCs向軟骨分化，具有極強(qiáng)的促進(jìn)軟骨形成和腱-骨愈合作用，且與藥物釋放系統(tǒng)整合后能更好的發(fā)揮效能。本文就KGN修復(fù)軟骨、促進(jìn)腱-骨愈合方面的研究作一綜述，為臨床上促進(jìn)軟骨修復(fù)、提高腱-骨損傷的治療效果提供新思路。

Kartogenin；腱-骨愈合；骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；軟骨修復(fù)；肌腱損傷

肌腱損傷是常見的運(yùn)動系統(tǒng)損傷，腱-骨損傷后自身修復(fù)愈合困難。隨著損傷時(shí)間的延長會導(dǎo)致關(guān)節(jié)不穩(wěn)、關(guān)節(jié)退變等嚴(yán)重并發(fā)癥，通常需要交叉韌帶重建及肩袖修復(fù)等手術(shù)治療，但術(shù)后失敗率和再撕裂率為76%～94%[1,2]。腱-骨連接點(diǎn)損傷使機(jī)體自身難以在肌腱與骨的連接部位形成纖維軟骨，只能形成瘢痕愈合，且手術(shù)治療后損傷的肌腱殘端與其骨插入點(diǎn)的重新愈合能力受到很大限制，容易再次損傷[3]。腱-骨連接界面修復(fù)重建的最核心問題是恢復(fù)腱-骨連接界面肌腱與骨之間的纖維軟

骨層，最終形成正常的腱-骨連接結(jié)構(gòu)(TBJs)[4,5]。近年來多種生物學(xué)方法被用于腱-骨損傷的治療[6～16]，成體干細(xì)胞移植為常用方法。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)是目前研究最多的一類成體干細(xì)胞，其能分化為骨、肌腱、軟骨、韌帶，具有提高肌腱損傷修復(fù)術(shù)后腱-骨界面最大失效負(fù)荷、促進(jìn)肩袖膠原蛋白合成、促進(jìn)界面纖維軟骨形成、降低再撕裂率的作用[17]。促進(jìn)BMSCs增殖并增強(qiáng)其成軟骨分化能力，對于促進(jìn)腱-骨愈合、修復(fù)肌腱具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，小分子化合物Kartogenin(KGN)能促進(jìn)BMSCs向軟骨分化，具有極強(qiáng)的促軟骨形成作用。本研究就KGN修復(fù)軟骨、促進(jìn)腱-骨愈合的作用作一綜述。

1 KGN的結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制

2012年， Johnson等[18]從22 000多種結(jié)構(gòu)不同的雜環(huán)類藥性分子中篩選出一種新的小分子化合物KGN，并發(fā)現(xiàn)KGN通過與其配體細(xì)絲蛋白A(FLNA)結(jié)合，能促進(jìn)BMSCs向軟骨細(xì)胞分化。KGN除了作為FLNA的配體與FLNA結(jié)合外，還可與核結(jié)合因子β(CBF-β)結(jié)合。通常，F(xiàn)LNA與CBF-β 結(jié)合形成復(fù)合體，并保存在細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)CBF-β 激活后，其與FLNA分離并進(jìn)入細(xì)胞核。KGN可以與CBF-β 在細(xì)胞質(zhì)中競爭性結(jié)合FLNA，從而促進(jìn)CBF-β 進(jìn)入細(xì)胞核，使其與DNA 轉(zhuǎn)錄因子RUNX1結(jié)合形成二聚體，而CBF-β-RUNX1二聚體可以激活一些促進(jìn)BMSCs向軟骨分化的基因。Marini等[19]制作了切斷膝關(guān)節(jié)內(nèi)3條重要韌帶的急性關(guān)節(jié)損傷大鼠骨關(guān)節(jié)炎(OA)模型，實(shí)驗(yàn)組注射KGN，對照組不予特殊處理；結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組脛骨外側(cè)平臺關(guān)節(jié)評分較對照組降低了50%，而Ⅱ型膠原碎片較對照組顯著減少，疼痛明顯減輕，且未觀察到明顯毒性反應(yīng)。

2 KGN修復(fù)軟骨及促進(jìn)腱-骨愈合的作用

2.1 KGN對軟骨的修復(fù)作用 Ono等[20]采用睪丸透明質(zhì)酸酶預(yù)處理破壞軟骨細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)，并共培養(yǎng)KGN與白介素1β(IL-1β )，發(fā)現(xiàn)KGN可顯著抑制IL-1β合成，減少蛋白聚糖釋放和CD44裂解，從而發(fā)揮保護(hù)軟骨細(xì)胞、抑制其降解退變的作用。Lubricin是一種具有軟骨保護(hù)作用的黏液糖蛋白，是關(guān)節(jié)軟骨表層的特異性標(biāo)志。Liu等[21]體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，KGN與轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)、BMP-7具有協(xié)同作用，三者聯(lián)用可促進(jìn)Lubricin合成。Decker等[22]研究發(fā)現(xiàn)，KGN能促進(jìn)軟骨小結(jié)和骨膜關(guān)節(jié)的形成，以及肢體骨骼的生長；基因表達(dá)分析結(jié)果顯示，在KGN的作用下，編碼hedgehog和TGF-β超家族的基因表達(dá)上調(diào)，特別是TGF-β1；且KGN可顯著促進(jìn)磷酸化的Smads合成，而后者參與了經(jīng)典的TGF-β和BMP信號通路。因此，KGN不僅可以治療OA，且可促進(jìn)肢體再生和組織修復(fù)。Xu等[23]對24只成年雌性大白兔進(jìn)行膝關(guān)節(jié)微骨折術(shù)(通過鉆孔使BMSCs達(dá)到缺損部位從而進(jìn)行修復(fù))，實(shí)驗(yàn)組每周關(guān)節(jié)內(nèi)注射KGN，對照組注射等量二甲基亞砜；結(jié)果顯示，治療4周時(shí)實(shí)驗(yàn)組軟骨缺損處修復(fù)覆蓋率超過50%，形成了更多的透明軟骨樣組織，而對照組只觀察到少量纖維組織形成。Mohan等[24]制作了前交叉韌帶斷裂術(shù)誘導(dǎo)的創(chuàng)傷性O(shè)A大鼠模型，實(shí)驗(yàn)組每周關(guān)節(jié)內(nèi)注射KGN，連續(xù)注射12周，對照組不予特殊處理；結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組膝關(guān)節(jié)軟骨退變程度降低，與軟骨降解呈正相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)記物軟骨寡聚基質(zhì)蛋白和Ⅰ型膠原C-端肽表達(dá)顯著降低；說明KGN可保護(hù)軟骨組織，是一種可以預(yù)防關(guān)節(jié)退變的潛在藥物。

2.2 KGN對腱-骨愈合的促進(jìn)作用 Zhang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的KGN(1～5 μmol/L)均可促進(jìn)兔BMSCs和髕骨干細(xì)胞(PTSCs )增殖，并增強(qiáng)成軟骨分化能力，且呈劑量依賴性。該研究同時(shí)在小鼠跟腱的腱-骨接點(diǎn)處造成直徑1 mm損傷，實(shí)驗(yàn)組分別于造模當(dāng)天及術(shù)后第2、4、7、12天注射KGN 10 μL(100 μmol/L)，對照組注射等量生理鹽水；結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組腱-骨損傷處形成了更加完整和成熟的軟骨樣組織，并且90%的組織中番紅O染色呈陽性，而對照組則幾乎無陽性染色。證實(shí)KGN可促進(jìn)腱-骨愈合。

3 藥物釋放系統(tǒng)對KGN作用的影響

研究證實(shí)，藥物釋放系統(tǒng)可幫助藥物在關(guān)節(jié)腔內(nèi)維持更長時(shí)間的逐步釋放，且可維持局部高作用濃度。Kang等[26]將KGN與殼聚糖(CHI)結(jié)合，在體外誘導(dǎo)BMSCs成軟骨分化實(shí)驗(yàn)中，CHI-KGN納米粒子(NPs)組和CHI-KGN微粒(MPs)組均較單獨(dú)加入KGN組和對照組表達(dá)更高的軟骨標(biāo)志物，且加入KGN后能顯著促進(jìn)BMSCs向軟骨分化；在外傷誘導(dǎo)的OA大鼠模型中，CHI-KGN NPs組和CHI-KGN MPs組均較單獨(dú)加入KGN組和對照組軟骨退化程度顯著降低，熒光成像顯示CHI-KGN在大鼠體內(nèi)存在時(shí)間可達(dá)3周以上。KGN、雙氯芬酸(DCF)與溫敏納米粒子(CHI-F127 NPs)結(jié)合后形成一個(gè)雙效藥物治療系統(tǒng)，可同時(shí)發(fā)揮軟骨保護(hù)和抗炎的雙重效果，且低溫治療時(shí)效果更加顯著[27]。Shi等[28]采用一種創(chuàng)新的一步技術(shù)快速將KGN-NPs和交聯(lián)支架整合，并證明其在細(xì)胞歸巢方面具有重要作用，特別是對宿主的內(nèi)源性細(xì)胞，包括BMSCs和SMSCs。PLGA-PEG-PLGA熱凝膠為KGN的載體，可為BMSCs向軟骨細(xì)胞分化提供適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。一項(xiàng)以新西蘭白兔軟骨缺陷模型為研究對象的實(shí)驗(yàn)中，以PLGA-PEG-PLGA為載體的KGN-BMSCs組關(guān)節(jié)表面更加光滑和完整，正常軟骨損壞明顯減少，且產(chǎn)生了更豐富的葡萄糖胺聚糖(GAGs)和Ⅱ型膠原[29]。

因此，促進(jìn)腱-骨愈合是修復(fù)肌腱損傷、防止再撕裂的關(guān)鍵，但是目前還沒有能有效、持續(xù)促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)術(shù)后腱-骨直接止點(diǎn)恢復(fù)的方法。應(yīng)用各種來源的干細(xì)胞及細(xì)胞因子等生物治療方法在促進(jìn)腱-骨愈合方面受到了廣泛關(guān)注，其中BMSCs是研究的熱點(diǎn)。小分子化合物KGN能夠誘導(dǎo)BMSCs向軟骨分化，具有極強(qiáng)的促進(jìn)軟骨形成和腱-骨愈合作用，與藥物釋放系統(tǒng)整合后能更好地發(fā)揮效能。KGN的應(yīng)用可為臨床促進(jìn)軟骨修復(fù)及提高腱-骨損傷的治療效果提供新的思路。

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國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81360274)；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2014FZ106)。

譚洪波(E-mail： tantoo@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.16.035

R684

A

1002-266X(2017)16-0102-03

2016-12-12)