肩袖損傷術(shù)后腱骨愈合的生物學(xué)治療研究進(jìn)展

韓雷　　胡云根　　方偉利　　傅華君

[摘要] 肩袖損傷是導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙的常見原因。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，肩關(guān)節(jié)鏡下肩袖修復(fù)手術(shù)可獲得良好的臨床療效，但術(shù)后腱骨結(jié)合部難以形成與正常腱骨相同的組織結(jié)構(gòu)，因此肩袖再次撕裂的發(fā)生率依然較高。通過不同方法來(lái)促進(jìn)腱骨界面形成近似生理性界面，并且具有相同的生物學(xué)強(qiáng)度，一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。本文就近年來(lái)國(guó)內(nèi)外通過生物學(xué)技術(shù)來(lái)促進(jìn)肩袖損傷術(shù)后腱骨界面的愈合的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞] 肩關(guān)節(jié);肩袖;腱骨愈合;生物學(xué);綜述

[中圖分類號(hào)] R685? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2022）17-0221-04

Research progress in biological therapy of postoperative tendon-bone healing after rotator cuff injury

HAN Lei? ?HU Yungen? ?FANG Weili? ?FU Huajun

Department of Orthopedics， Jiangnan Hospital Affiliated to Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine， Xiaoshan Hospital of Traditional Chinese Medicine， Hangzhou 311201，China

[Abstract] Rotator cuff injuries can lead to shoulder joint pain and dysfunction. With the development of minimally invasive techniques， shoulder arthroscopic rotator cuff repair can achieve good clinical results. However， the recurrence rate of rotator cuff tear is still high because of the difficulty of the damaged repair site in histologically forming the same tissue structure as a normal attachment. The tendon-bone healing？is the key factor to determine the success or failure of rotator cuff repair. How to promote the connection of tendon and bone interface and the formation of approximate physiological attachment have become the common goals of many researchers. In recent years， it has become a hotspot to promote the healing of tendon-bone interface by biological techniques at home and abroad. This paper reviews the research progress of biological repair of tendon-bone.

[Key words] Shoulder joint; Rotator cuff; Tendon-bone healing; Biology; Review

肩袖損傷是引起肩關(guān)節(jié)疼痛、活動(dòng)受限的常見原因[1]。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，肩關(guān)節(jié)鏡下肩袖修復(fù)手術(shù)可獲得良好臨床療效，但術(shù)后仍有13%～94%再撕裂率[2～4]。手術(shù)治療的結(jié)果為反應(yīng)性瘢痕形成，而不是正常解剖結(jié)構(gòu)的生物學(xué)修復(fù)、形成正常的腱骨止點(diǎn)。隨著現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，新的修復(fù)材料為促進(jìn)腱骨愈合提供思路和方法。但腱-骨界面愈合仍然是臨床上的難題，牢固的腱-骨界面愈合是術(shù)后發(fā)揮其生理功能的先決條件[5]。在肩袖損傷修復(fù)的基礎(chǔ)上，通過生物學(xué)方法促進(jìn)腱骨愈合，使腱骨界面恢復(fù)至自然韌帶止點(diǎn)的生物力學(xué)強(qiáng)度，是目前運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6～8]。筆者就生物學(xué)方法優(yōu)化腱骨愈合最新進(jìn)展做一綜述。

1 生長(zhǎng)因子類物質(zhì)

腱骨愈合常包含三個(gè)時(shí)期：炎癥滲出，纖維增生和重塑改造，各種生長(zhǎng)因子在腱骨愈合不同時(shí)期的細(xì)胞增殖、分化和血管形成中通過特定的調(diào)控機(jī)制來(lái)影響其愈合過程，發(fā)揮不同的作用[9]。既往研究表明將外源性生長(zhǎng)因子通過有效的方式，植入在腱骨界面，可有效加速腱骨界面的愈合。包括骨形成蛋白、血小板衍生因子、組織轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子等[10～14]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已通過大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)各種生長(zhǎng)因子能夠促進(jìn)膠原合成，從而加速腱骨愈合的進(jìn)程。但生長(zhǎng)因子半衰期較短，不同的載體對(duì)生長(zhǎng)因子的釋放率有較大影響，因此需選擇合適的載體來(lái)控制釋放速度。并且目前上述各種生長(zhǎng)因子類物質(zhì)的使用仍多停留在實(shí)驗(yàn)階段，且單個(gè)生長(zhǎng)因子療效有限，需多個(gè)生長(zhǎng)因子共同作用，通過何種方式將生長(zhǎng)因子植入腱骨界面以獲得最佳效果以及各種生長(zhǎng)因子間的相互作用、最佳的應(yīng)用環(huán)境尚待研究。

2 血小板的血漿（platelet-rich plasma，PRP）

PRP是自體全血濃縮后的提取物，其含有大量的生長(zhǎng)因子，目前國(guó)內(nèi)外已報(bào)道大量的將其用于修復(fù)肩袖損傷的基礎(chǔ)、臨床及系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究[15]。Barber[16]將PRP吸附到納米纖維片后，植入大鼠肩袖修復(fù)模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在肩袖修復(fù)處產(chǎn)生正常排列的膠原束和肩袖結(jié)構(gòu)。Sengodan等[17]通過在超聲引導(dǎo)下局部使用PRP治療肩袖損傷20例患者，3個(gè)月的隨訪結(jié)果顯示，肩關(guān)節(jié)功能獲得不同程度改善，17例患者肩關(guān)節(jié)疼痛明顯減輕。但由于PRP種類、生長(zhǎng)因子濃度等均不同，因此各研究結(jié)果差異較大，并發(fā)現(xiàn)不同濃度的PRP在促進(jìn)細(xì)胞的增殖分化差異明顯，需對(duì)所使用PRP的最適濃度的來(lái)展開研究。PRP促進(jìn)腱骨愈合的機(jī)制在于血小板釋放的大量高濃度的細(xì)胞生長(zhǎng)因子，并在腱骨愈合早期始動(dòng)反應(yīng)中可發(fā)揮重要作用[18～20]。同時(shí)PRP具有取材方便，制備簡(jiǎn)單，安全可靠等優(yōu)勢(shì)，因此在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 基因治療

轉(zhuǎn)基因治療又稱基因拼接技術(shù)，分為體外和體內(nèi)技術(shù)。前者是指在體外將表達(dá)生長(zhǎng)因子的基因片段導(dǎo)入目標(biāo)細(xì)胞，并在目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)持續(xù)緩釋生長(zhǎng)因子的基因，然后把攜帶這些基因的細(xì)胞移植至腱骨界面，保證生長(zhǎng)因子蛋白被持續(xù)表達(dá)，從而促進(jìn)腱骨愈合。體內(nèi)技術(shù)以病毒作為載體，將基因直接轉(zhuǎn)移到腱骨界面，但此技術(shù)通過載體感染局部組織，因此周圍組織存在感染的風(fēng)險(xiǎn)。基質(zhì)金屬蛋白酶屬于鋅依賴蛋白酶家族，其作用為降解細(xì)胞外基質(zhì)成分。研究發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物肩袖損傷后基質(zhì)金屬蛋白酶水平可顯著提高，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶可促進(jìn)腱骨界面修復(fù)[20，21]。隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，篩選出準(zhǔn)確的基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑是該基因治療促進(jìn)腱骨愈合的研究方向。Atesok等[22]通過觀察對(duì)肩袖破裂處成骨因子骨降鈣素表達(dá)的變化，在局部注射降鈣素基因相關(guān)肽后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肩袖損傷處的骨鈣素表達(dá)明顯上升，并可促進(jìn)腱骨結(jié)合部新生骨的形成。雖然基因治療在早期腱骨愈合應(yīng)用日益增多，但在臨床上并未廣泛使用，其安全性有待進(jìn)一步確定。

4 干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）

大量實(shí)驗(yàn)研究證明，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）具有多向分化的能力，能誘導(dǎo)骨、軟骨、肌腱、韌帶等多種組織細(xì)胞[23]。近年來(lái)MSCs逐漸被應(yīng)用在腱骨愈合領(lǐng)域。Chen等[24]收集骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞條件培養(yǎng)液，通過組織學(xué)、放射學(xué)和生物力學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可促進(jìn)大鼠肩袖的腱骨愈合。Voss等[25]在關(guān)節(jié)鏡術(shù)中使用肱骨頭穿刺技術(shù)來(lái)獲取骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，并穿過肌腱插入點(diǎn)，爬入待修復(fù)的肩袖組織，促進(jìn)腱骨愈合。該方法可獲得大量的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，具有較好的可重復(fù)性，并且取材無(wú)需增加額外創(chuàng)傷，是目前促進(jìn)肩袖損傷腱骨修復(fù)的常用方式。近年來(lái)肌腱干細(xì)胞在肌腱損傷修復(fù)再生領(lǐng)域研究逐漸興起。因肌腱干細(xì)胞本身來(lái)源于肌腱，并且增殖能力比骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞更快，理論上肌腱干細(xì)胞比骨傷間充質(zhì)干細(xì)胞更能促進(jìn)腱骨愈合。雖然肌腱干細(xì)胞目前的作用機(jī)制尚未明確，推測(cè)可能在修復(fù)腱骨愈合的過程中，通過細(xì)胞增殖分化途徑發(fā)揮作用。盡管在干細(xì)胞在組織工程化肌腱的構(gòu)建中有較為廣泛的應(yīng)用潛力，但目前的干細(xì)胞處理技術(shù)限制其在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用。

5 生物學(xué)支架

生物學(xué)支架根據(jù)其降解程度分為可降解型和非降解型，非可降解型支架的生物特性在后期可造成疲勞以及碎屑磨損，誘發(fā)關(guān)節(jié)炎或滑膜炎。可降解型支架表面覆蓋各種生物活性因子，并且具有良好的生物相容性、可塑性，可對(duì)細(xì)胞觸發(fā)降解、重塑敏感以及傳遞生物信息[26，27]。在肩袖損傷中使用的生物學(xué)支架主要是豬真皮膠原和豬小腸黏膜下層。Uezono等[28]以脫細(xì)胞基質(zhì)為生物支架來(lái)修復(fù)肩袖損傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該支架具有誘導(dǎo)腱骨界面細(xì)胞增殖及血管的生成。理論上小腸黏膜下層經(jīng)脫細(xì)胞等處理后，包含多種生長(zhǎng)因子的細(xì)胞外基質(zhì)類材料。但通過實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，小腸黏膜下層修補(bǔ)膜在肩袖損傷的修復(fù)中作用效果并不滿意[29]。近年來(lái)肩袖損傷修復(fù)材料越來(lái)越多選擇使用生物學(xué)支架，但Aurora等[30]通過比較目前常用的豬真皮膠原和豬小腸黏膜下層與犬的岡下肌肌腱的彈性模量，結(jié)果顯示，這兩種支架的彈性模量均差于犬肌腱，提示生物支架在使用過程中不能夠承受過多的載荷。理想的生物支架應(yīng)可在體內(nèi)逐步降解，并誘導(dǎo)宿主細(xì)胞滲入，同時(shí)也可攜載種子細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，實(shí)現(xiàn)多種途徑對(duì)肩袖腱骨愈合的調(diào)控。雖然目前生物支架已經(jīng)顯示具有很好的治療潛能，但其在體內(nèi)降解速率及誘導(dǎo)細(xì)胞能力尚未明確，并且臨床上還缺少使用這些生物支架的大樣本報(bào)道和長(zhǎng)期的隨訪結(jié)果，因此需要后期大樣本及長(zhǎng)期隨訪的研究數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步完善。

6 生物補(bǔ)片

生物材料補(bǔ)片根據(jù)其來(lái)源可分為自體組織、同種異體、異種移植物等。自體組織移植類補(bǔ)片生物相容性好，引起機(jī)體排異反應(yīng)發(fā)生率較少，缺點(diǎn)在于取材時(shí)會(huì)帶來(lái)二次創(chuàng)傷，影響肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[31]。Sano等[32]將肱二頭肌長(zhǎng)頭腱作為肩袖補(bǔ)片固定于岡上肌的腱骨兩端，通過1年以上的隨訪顯示所有肩袖損傷均獲愈合，無(wú)一例出現(xiàn)感染等不良反應(yīng)。同種異體補(bǔ)片常來(lái)源于髕腱、跟腱及股四頭肌肌腱等[31]。該類補(bǔ)片雖取材方便，術(shù)后肩關(guān)節(jié)功能及肌力可明顯改善，但力學(xué)穩(wěn)定性較差。此外，異體組織材料容易產(chǎn)生機(jī)體免疫反應(yīng)，引起術(shù)后排異反應(yīng)或感染[33]。異種移植物類補(bǔ)片在肩袖修補(bǔ)術(shù)中具有良好的力學(xué)強(qiáng)度及生物相容性，并且生物降解緩慢及免疫原性低，已經(jīng)在促進(jìn)肌腱的腱骨界面再生中逐漸應(yīng)用[34，35]。目前生物補(bǔ)片研究大多集中在生物力學(xué)、相容性及降解性方面，如何獲得與載體高度相仿的生物相容性及生物力學(xué)強(qiáng)度，且有利于逐步被新生組織替代的生物補(bǔ)片仍是下一步研究方向。

7 小結(jié)

隨著生物學(xué)研究的快速發(fā)展，新的生物學(xué)技術(shù)合理應(yīng)用是促進(jìn)肩袖腱骨愈合的前提。各種治療方式優(yōu)缺點(diǎn)各異，多種策略聯(lián)合應(yīng)用可能是以后主要的使用方式?？傊缧鋼p傷術(shù)后腱骨界面愈合過程復(fù)雜，通過生物學(xué)方法促進(jìn)腱骨愈合雖然研究眾多，但在這些方法成為如要成為臨床治療標(biāo)準(zhǔn)，則必須采用嚴(yán)格的臨床前轉(zhuǎn)化和臨床試驗(yàn)的研究，在安全性和有效性經(jīng)過不斷驗(yàn)證后方能實(shí)施。今后隨著生長(zhǎng)因子、種子細(xì)胞、基因治療等技術(shù)的提升，運(yùn)用生物學(xué)方法促進(jìn)腱骨愈合，會(huì)在臨床應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? ?Chalmers PN，Beck L，Miller M，et al.Acromial morphology is not associated with rotator cuff tearing or repair healing[J].J Shoulder Elbow Surg，2020，29（11）：2229-2239.

[2]? ?Longo UG，Berton A，Risi AL，et al.Cost-effectiveness of supervised versus unsupervised rehabilitation for rotator-cuff repair：Systematic review and meta-analysis[J].Int J Environ Res Public Health，2020，17（8）：2852.

[3]? ?Plachel F，Siegert P，Rüttershoff K，et al.Long-term results of arthroscopic rotator cuff repair： A follow-up study comparing single-row versus double-row fixation techniques[J].Am J Sports Med，2020，48（7）：1568-1574.

[4]? ?Sgroi TA，Cilenti M.Rotator cuff repair：Post-operative rehabilitation concepts[J].Curr Rev Musculoskelet Med，2018， 11（1）：86-91.

[5]? ?Lebaschi AH，Deng XH，Camp CL，et al. Biomechanical，histologic，and molecular evaluation of tendon healing in a new murine model of rotator cuff repair[J].Arthroscopy，2018，34（4）：1173-1183.

[6]? ?Liu XN，Yang CJ，Kim JE，et al.Enhanced tendon-to-bone healing of Chronic？Rotator cuff tears by bone marrow aspirate concentrate in a rabbit model[J].Clin Orthop Surg，2018，10（1）：99-110.

[7]? ?Cai YZ，Zhang C，Jin RL，et al.Arthroscopic rotator cuff repair with graft augmentation of 3-dimensional biological collagen for moderate to large tears：A randomized controlled study[J].Am J Sports Med，2018，46（6）：1424-1431.

[8]? ?Yoon JP，Lee CH，Jung JW，et al.Sustained delivery of transforming growth factor β1 by use of absorbable alginate scaffold enhances rotator cuff healing in a rabbit model[J].Am J Sports Med，2018，46（6）：1441-1450.

[9]? ?Prabhath A，Vernekar VN，Sanchez E，et al. Growth factor delivery strategies for rotator cuff repair and regeneration[J].Int J Pharm，2018，544（2）：358-371.

[10]? Lee KW，Lee JS，Kim YS，et al. Effective healing of chronic rotator cuff injury using recombinant bone morphogenetic protein-2 coated dermal patch in vivo[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater，2017，105（7）：1840-1846.

[11]? Ryuji Yonemitsu，Takuya Tokunaga，Chisa Shukunami，et al.Fibroblast growth factor 2 enhances tendon-to-bone healing in a rat rotator cuff repair of chronic tears[J].Am J Sports Med，2019，47（7）：1701-1712.

[12]? Yi W，Zhiyou Z，Yang L，et al.Inhibition of Smad3 promotes the healing of rotator cuff injury in a rat model[J].J Orthop Res，2021，39（1）：204-218.

[13]? Zumstein MA，dermann A，Raniga S，et al. The biology of rotator cuff healing[J].Orthop Traumatol Surg Res，2017，103（1S）：S1-S10.

[14]? Yao H，Min P，Hao S，et al.Vascular endothelial growth factor enhances tendon-bone healing by activating Yes-associated protein for angiogenesis induction and rotator cuff reconstruction in rats[J].J Cell Biochem，2020，121（3）：2343-2353

[15]? Oneto P，Etulain J.PRP in wound healing applications[J].Platelets，2021，32（2）：189-199.

[16]? Barber FA.PRP as an adjunct to rotator cuff tendon repair[J].Sports Med? ?Arthrosc Rev，2018，26（2）：42-47.

[17]? Sengodan VC，Kurian S，Ramasamy R.Treatment of partial rotator cuff tear with ultrasound-guided platelet-rich plasma[J].J Clin Imaging Sci，2017，7：32.

[18]? 陳王深杰，康一凡.促進(jìn)和加強(qiáng)肩袖腱骨界面愈合的技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)矯形外科雜志，2019，27（10）：912-915.

[19]? Goldenberg BT，Lacheta L，Dekker TJ，et al.Biologics to improve healing in large and massive rotator cuff tears：A critical review[J].Orthop Res Rev，2020，12：151-160.

[20]? Wang LL，Yin XF，Chu XC，et al.Platelet-derived growth factor subunit B is required for tendon-bone healing using bone marrow-derived mesenchymal stem cells after rotator cuff repair in rats[J].J Cell Biochem，2018，119（11）：8897-8908.

[21]? Bad A，F(xiàn)ox AJ，Kovacevic D，et al.Doxycyclin-mediated inhibition of matixmetalloproteinase improves healing after rotator cuff repair[J].Am J Sports Med，2010，38：308-317.

[22]? Atesok K，F(xiàn)u FH，Wolf MR，et al. Augmentation of tendon-to-bone healing[J].JBJS，2014，96（6）：513-521.

[23]? Chen Y，Xu Y，Li M，et al.Application of autogenous urine-derived stem cell sheet enhances rotator cuff healing in a canine model[J].Am J Sports Med，2020，48（14）：3454-3466.

[24]? Chen W，Sun Y，Gu X，et al.Conditioned medium of human bone marrow-derived stem cells promotes tendon-bone healing of the rotator cuff in a rat model[J].Biomaterials，2021，271：120 714.

[25]? Voss A，McCarthy MB，Allen D，et al. Fibrin scaffold as a carrier for mesenchymal stem cells and growth factors in shoulder rotator cuff repair[J].Arthrosc Tech，2016，5（3）：e447-451.

[26]? Arvinius C，Civantos A，Rodríguez-BC，et al.Enhancement of in vivo supraspinatus tendon-to-bone healing with an alginate-chitin scaffold and rhBMP-2[J].Injury，2021，52（1）：78-84.

[27]? 葉維，包倪榮.生物支架在肩袖損傷修復(fù)應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2015，28（4）：441-444.

[28]? Uezono K，Ide J，Tokunaga T，et al. Effect of immobilization on rotator cuff reconstruction with acellular dermal matrix grafts in an animal model[J].Journal of Shoulder & Elbow Surgery，2013，22（9）：1290-1297.

[29]? Gumina S，Patti AM，Vulcano A，et al.Culture of human rotator cuff cells on orthobiologic support（porcine small intestinal submucosa）[J].Musculoskelet Surg，2009，93：S65-S70.

[30]? Aurora A，McCarron JA，van den Bogert AJ，et al，The biomechanical role of scaffolds in augmented rotator cuff tendon repairs[J].J Shoulder Elbow Surg，2012，21（8）：1064-1071.

[31]? 商培洋，葉庭均，王蕾.肩袖補(bǔ)片治療肩袖損傷研究現(xiàn)狀[J].國(guó)際骨科學(xué)雜志，2014，35（3）：140-150.

[32]? Sano H，Mineta M，Kita A，et al.Tendon patch grafting using the long head of the biceps for irreparable massive rotator cuff tears[J].J Orthop Sci，2010，15（3）：310-316.

[33]? Schon LC，Gill N，Thorpe M，et al.Efficacy of a mesenchymal stem cell loaded surgical mesh for tendon repair in rats[J].J Transl Med，2014，12（1）：110-119.

[34]? Dilbar Aibibu，Martin Hild，Michael W？觟ltje，et al.Textile cell-free scaffolds for in situ tissue engineering applications[J].J Mater Sci Mater Med，2016，27（2）：63-70.

[35]? Cai YZ，Zhang C，Jin RL，et al.Arthroscopic rotator cuff repair with graft augmentation of 3-dimensional biological collagen for moderate to large tears： A randomized controlled study[J].Am J Sport Med，2018，46（6）：1424-1431.

（收稿日期：2021-03-04）