肌腱粘連的研究進展

張家樂, 梁 遠, 王靜成

(1.揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 揚州，225001;2.揚州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院/江蘇省蘇北人民醫(yī)院，江蘇 揚州，225001)

肌腱損傷在骨科較為常見，每年有超過3 000萬臺與肌腱相關(guān)的手術(shù)[1]。肌腱損傷后愈合的生物學(xué)反應(yīng)可分為3個有序階段: 炎癥反應(yīng)、成纖維細胞增殖和重塑階段。損傷后，凝血級聯(lián)反應(yīng)立即開始，血小板聚集和纖維蛋白促進止血。血小板聚集導(dǎo)致趨化因子的釋放，包括轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)和血小板衍生生長因子(PDGF), 這些因子首先促進受傷部位外源性和內(nèi)源性的中性粒細胞遷移。巨噬細胞和淋巴細胞通過TGF、PDGF、成纖維細胞生長因子(FGF)和表皮生長因子(EGF)化學(xué)趨化吸引到損傷部位，這些細胞有助于維持細胞因子水平，促進血管生成和釋放因子吸引成纖維細胞進入損傷部位。在成纖維細胞階段，成纖維細胞在損傷部位增殖并合成膠原及其他細胞外基質(zhì)成分。最后，在重塑階段，新生膠原纖維沿肌腱軸縱向排列。成纖維細胞是纖維化愈合反應(yīng)中的主要結(jié)構(gòu)細胞，是膠原沉積和瘢痕形成的關(guān)鍵細胞[2-3]。肌腱內(nèi)膠原纖維束主要由I型膠原構(gòu)成，周圍腱內(nèi)膜由I型膠原與少量Ⅲ型膠原共同構(gòu)成[4]。除肌腱愈合自身規(guī)律對肌腱生物力學(xué)強度的影響外，運動和張力是影響肌腱愈合強度的重要因素。肌腱縫合處承受張力能促進肌腱愈合，被動伸指時屈肌腱的最大張力一般為9 N左右，而主動無阻力活動時最大張力可達35 N。研究[5]表明，張力能增加蛋白質(zhì)合成、DNA含量、成纖維細胞增殖和成熟。張力在肌腱愈合過程中與肌腱膠原纖維的直徑存在一定關(guān)系，肌腱的抗張強度與纖維直徑密切相關(guān)。將靜力施加于肌腱，不僅可以促進成纖維細胞向血凝塊遷移，增加膠原纖維的沉積，而且還能增加張力作用軸線上細胞及纖維的數(shù)量。

1 肌腱粘連形成機制

肌腱粘連是指肌腱術(shù)后異常組織增生，纖維組織粘在附近的正常組織上。粘連組織可以現(xiàn)出多種多樣的表型，可以是一層薄薄的纖維膜，也可以是包括血管和神經(jīng)的纖維混合物組織。盡管很多學(xué)者對肌腱術(shù)后粘連進行了大量的研究，但其病理生理學(xué)機制卻仍未完全闡明。形成肌腱粘連的因素是復(fù)雜的，如機械損傷、缺血、氧化應(yīng)激、局部炎癥以及抗黏附材料的理化性質(zhì)。目前，局部的炎癥反應(yīng)被認為是導(dǎo)致肌腱術(shù)后粘連的主要原因。手術(shù)會引發(fā)間質(zhì)肥大細胞釋放組胺、血管活性肽和各種細胞因子，巨噬細胞分泌血管擴張因子，增加血管的滲透性，導(dǎo)致大量纖維組織滲出，最終會打破凝血酶和纖溶蛋白酶之間的平衡。因此，大量纖維組織在炎癥部位形成，導(dǎo)致肌腱術(shù)后粘連[6]。

相關(guān)研究[7]表明，導(dǎo)致肌腱瘢痕組織形成的細胞分為外源性和內(nèi)源性，外源性細胞是從肌腱外侵入的成纖維細胞，而內(nèi)源性細胞則是常駐肌腱細胞。無論來源如何，成纖維細胞都被一些生長因子激活，包括組織生長因子-β1(TGF-β1)、結(jié)締組織生長因子(CTGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP), 這些生長因子在促進纖維化方面發(fā)揮著重要的作用[8]。轉(zhuǎn)錄因子RelA/p65是NF-κβ復(fù)合物的重要亞單位, RelA/p65在肌腱粘連中起著核心調(diào)節(jié)作用，采用基因芯片檢測到人肌腱粘連中NF-κβ通路的上調(diào), p65和細胞外基質(zhì)(ECM)蛋白I型膠原過度表達[9]。熱休克蛋白(HSPs)是真核和原核生物中高度保守的蛋白質(zhì)，在蛋白折疊、信號通路的調(diào)控、錯誤折疊蛋白的降解以及免疫調(diào)節(jié)等方面起著非常重要的作用, HSP70通過調(diào)節(jié)肌腱創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)減輕肌腱的粘連[10]。巨噬細胞在肌腱粘連的發(fā)生中起重要作用，研究[11]表明巨噬細胞源性外泌體來源的微小核糖核酸(miRNA)通過mir-21-5p/smad7信號通路參與肌腱粘連的形成。

2 肌腱粘連預(yù)防策略

肌腱損傷術(shù)后功能的恢復(fù)不僅要有肌腱的連續(xù)性，而且還需要肌腱與周圍組織能夠有效滑動。然而，在肌腱損傷術(shù)后肌腱愈合過程中，肌腱與周圍組織產(chǎn)生粘連及纖維化，嚴重影響肌腱的功能。針對減少粘連發(fā)生的策略大致可分一般原則、外科技術(shù)、物理屏障和化學(xué)試劑。

2.1 一般原則及外科技術(shù)

主要包括提高損傷肌腱的縫合技術(shù)，在減少醫(yī)源性損傷的情況下牢固縫合肌腱。在肌腱損傷部位采用內(nèi)部核心縫合聯(lián)合周邊表面縫合; 修復(fù)部位應(yīng)力性運動，增加局部膠原沉積加強修復(fù); 適當增加縫線的直徑與縫合數(shù)量。

2.2 術(shù)后康復(fù)鍛煉

術(shù)后康復(fù)的主要目標是預(yù)防腱周粘連和關(guān)節(jié)攣縮，保護肌腱修復(fù)后的完整性，提高被修補肌腱的拉伸強度?？祻?fù)鍛煉一直以來都廣泛運用于臨床，但一直缺乏統(tǒng)一的方案。臨床上一般是在肌腱修復(fù)后進行保護性被動功能鍛煉，必要時可在支具保護下進行。由于在肌腱修復(fù)后的2周內(nèi)，肌腱斷端的抗張強度明顯減低，因此功能鍛煉要特別小心，以免造成肌腱再斷裂。被動功能鍛煉應(yīng)遵循緩慢、幅度充分的原則。術(shù)后4周左右開始進行主動功能鍛煉。即使如此，肌腱術(shù)后瘢痕粘連仍經(jīng)常發(fā)生，并具有不可預(yù)測性[12-14]。

2.3 物理屏障

在修復(fù)肌腱和周圍組織時，放置物理和機械屏障的基本原理是通過阻斷外源性愈合，限制修復(fù)肌腱和腱鞘之間的接觸，減少修復(fù)肌腱與周圍組織的粘連。已經(jīng)研究過的各種屏障材料包括硅樹脂、硫酸軟骨素涂層及聚羥乙基甲基丙烯酸酯膜等，這些材料是根據(jù)潤滑和抗炎癥特性來選擇的[15-16]。具有生物相容性和生物降解性的聚合物被認為是治療肌腱術(shù)后粘連很有前景的物理屏障材料，因此受到廣泛關(guān)注。理想的抗粘連材料除了便于手術(shù)和整體操作，還應(yīng)該滿足基本要求，例如良好的生物相容性和生物降解性、適當?shù)拇媪魰r間、良好的水溶性、優(yōu)良的機械特性等。總的來說，天然和合成材料可以顯著防止肌腱術(shù)后粘連的形成，并對傷口愈合的副作用很小[17]。應(yīng)用于術(shù)后抗粘連的天然和合成高分子材料有: 天然高分子材料如透明質(zhì)酸酸、纖維素(CEL)、殼聚糖(CS)等，合成聚合物材料如聚乳酸(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙交酯(PGA)、聚乙內(nèi)酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)等[18]。

一般來說，天然高分子材料具有很高的生物黏附性，具有良好的止血功能。但是，天然高分子材料多為軟性材質(zhì)，體內(nèi)降解更快。相比之下，合成聚合物材料具有更長時間的降解過程以及更好的機械性能，但生物黏附和止血能力欠佳。為了達到更好的抗粘連效果，目前主要研發(fā)新型高分子材料，結(jié)合不同天然和合成聚合物的特性，通過負載和控釋多種藥物來獲得更好的療效[19]。

2.4 化學(xué)試劑

使用過的化學(xué)試劑中包括局部皮質(zhì)類固醇、氫水和5-氟尿嘧啶等，這些方法都是圍繞著減少與粘連相關(guān)的炎癥反應(yīng)、抑制成纖維細胞增殖等[7, 20]。在中醫(yī)藥領(lǐng)域，中藥熏洗也可以有效預(yù)防肌腱粘連[21]。

3 分子及基因?qū)用?/h2>

臨床解決肌腱粘連的方案不僅包括好的縫合修復(fù)技術(shù)和最佳的術(shù)后康復(fù)方案，還需要分子及基因水平的生物調(diào)節(jié)。然而，令人遺憾的是，在損傷修復(fù)部位控制細胞因子水平非常困難。首先，細胞因子之間的相互作用極其復(fù)雜，每種細胞因子的作用都具有特定的時間依賴性和空間依賴性; 其次，這些細胞因子在體內(nèi)有一定量的儲存，只抑制一種細胞因子似乎不太可能會降低瘢痕形成的程度，且單獨改變一種細胞因子的水平可能對其他細胞因子系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的影響; 最后，這些細胞因子的作用可能依賴于在損傷部位的這些蛋白質(zhì)特定濃度[8, 22]。

基因治療是通過病毒或非病毒將遺傳物質(zhì)導(dǎo)入細胞來實現(xiàn)的。此外，隨著各種誘導(dǎo)劑的使用，可以控制遺傳物質(zhì)的表達。研究[25]表明，利用病毒成功地將遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到肌腱中，發(fā)現(xiàn)可以有效促進滑膜內(nèi)肌腱愈合，且未增加粘連形成。例如，采用納米顆粒/TGF-β1microRNA質(zhì)粒復(fù)合物抑制TGF-β1基因的表達，同時減少膠原蛋白I和Ⅲ的合成，最終減少粘連的形成。反義寡核苷酸(ASOS)單獨靶向抑制TGF-β1信號通路的成分(Smad3、CTGF), 發(fā)現(xiàn)Smad3-ASO和CTGF-ASO治療后均顯示肌腱粘連減輕。此外，Smad3-ASO處理的肌腱在早期顯示出明顯改善[23-24]。熱預(yù)處理可以上調(diào)HSP72的mRNA和蛋白表達水平來減輕肌腱粘連。雷帕霉素通過激活自噬預(yù)防肌腱周圍纖維化[26]。二甲雙胍處理NIH/3T三成纖維細胞可以明顯抑制細胞過度增殖，促進細胞凋亡。二甲雙胍也抑制了纖維化基因的表達，降低了Smad2/3磷酸化和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2，阻礙了AMP激活蛋白激酶(AMPK)信號而抑制了纖維化[27]。人促卵泡激素可以抑制I型膠原生成，通過抑制成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化來防止修復(fù)肌腱周圍的瘢痕粘連[28]。因此，在這一領(lǐng)域的持續(xù)研究需要確定哪些是基因治療最有價值的靶點，從而獲得最佳的療效。

4 組織工程

組織工程領(lǐng)域的目標是改善或替換受損或無功能的組織，基于工程學(xué)和生物學(xué)原理研發(fā)具有相似功能的替代物組織，設(shè)計時應(yīng)模擬每個肌腱的解剖特性和空間特性。一般來說，這些支架的選擇是為了保持基本結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以便負載或涂層細胞結(jié)合到構(gòu)建中并沉積到細胞外基質(zhì)。具體而言，這些選擇的材料應(yīng)具有生物相容性、降解性能、多孔性、細胞黏附性和機械性能等[29]。例如, L-丙交酯和ε羧基乙酸內(nèi)酯的共聚物修飾透明質(zhì)酸(PLCL-HA)支架，可以獲得強大的機械性能，同樣具有生物相容性和生物降解性。在PLCL-HA中加入干細胞可以達到抗粘連及促進肌腱愈合的效果[30]?；诰跱-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的熱響應(yīng)原位水凝膠，可預(yù)防術(shù)后腱周粘連。熱響應(yīng)水凝膠的臨床優(yōu)勢是屏障作用，阻止成纖維細胞滲透，且使用方便。通過將親水性生物高聚物CS和透明質(zhì)酸嫁接到PNIPAM上，可以使PNIPAM的分子量增加。共聚物水凝膠具有增強的保水性和潤滑性，同時體積減小。在動物實驗[31]中，可有效預(yù)防術(shù)后腱周粘連。生物降解聚氨酯(WBPU)薄膜可以預(yù)防肌腱粘連，且WBPU具有較好的力學(xué)性能、較低的炎性反應(yīng)和合理的降解時間[32]。生物支架包括去細胞屈肌肌腱、去細胞化的馬FDS肌腱、核殼膠原氨基聚糖復(fù)合物、豬黏膜、人臍靜脈、蠶腸纖維[33-35]。

修復(fù)受損組織的理想支架是其生物功能的再生，僅由生物材料制成的支架不能有效調(diào)節(jié)細胞行為和組織裝配[36-37]。生長因子可以引導(dǎo)細胞和組織工程中的生物反應(yīng)和組織分化。但生長因子在體內(nèi)很容易降解，導(dǎo)致生物功能喪失[38-39]。為了解決生長因子穩(wěn)定性問題，生長因子應(yīng)該是以持續(xù)可控的方式釋放。各種輸送系統(tǒng)已應(yīng)用于生物活性研究，例如親水性的絲裂霉素C進入透明質(zhì)酸水凝膠中，通過微溶膠電紡將其封裝在聚乳酸纖維中。該方法成功地提供了緩釋絲裂霉素C以抑制黏附形成，并對內(nèi)在愈合無影響[40]。靜電紡絲具有高縱橫比、高孔隙率和非常小的孔徑特性，能夠?qū)λ幬镞M行有效輸送。研究[41]表明，核心-殼納米纖維膜可作為一種多功能屏障膜，防止術(shù)后肌腱周圍粘連。采用靜電紡絲制備透明質(zhì)酸/布洛芬的多功能納米纖維膜(HAIFB NFMs), 在動物屈肌腱斷裂實驗[42]中，含30%布洛芬的HAIFB NFMs可以有效防止粘連。研究[43]表明，銀納米顆粒包裹在靜電紡絲透明質(zhì)酸中的聚己內(nèi)酯納米纖維膜中，可以用來預(yù)防腱周粘連和細菌感染。載有bFGF的右旋糖酐玻璃納米顆粒，通過靜電紡絲置入聚L-乳酸共聚纖維中，不僅可以增強肌腱的愈合，而且可以減輕肌腱術(shù)后粘連[44]。基于微凝膠靜電紡絲技術(shù)，含有塞來昔布的纖維膜可以持續(xù)釋放[45]。在屈指深肌腱手術(shù)模型中，外層塞來昔布提供了良好的抗粘連功能，內(nèi)部的透明質(zhì)酸和聚乳酸-聚乙二醇仍可以保證肌腱的愈合和滑動[46]。

5 總 結(jié)

目前尚無證據(jù)表明在臨床實踐中可以靠增強外科手術(shù)的修復(fù)來減少粘連形成，肌腱損傷術(shù)后的肌腱粘連仍困擾著臨床醫(yī)生。隨著分子生物技術(shù)、基因技術(shù)、組織工程技術(shù)的發(fā)展以及術(shù)后康復(fù)方案的完善，相信在不久的將來，防治肌腱粘連會取得更加滿意的療效。