人羊膜修復(fù)肌腱損傷的研究進(jìn)展

王江濤，李春寶，步建立，安明揚，袁 偉，張加廷，肇 剛，朱娟麗，李眾利，劉玉杰

1解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心 骨科醫(yī)學(xué)部，北京 100853；2 解放軍第 980醫(yī)院 骨一科，河北石家莊 050000

肌腱損傷是最常見的臨床疾病之一，占所有損傷性疾病的30%[1]。肌腱粘連、肌腱愈合差導(dǎo)致的再斷裂、腱骨不愈合等嚴(yán)重影響肌腱損傷修復(fù)術(shù)的臨床療效，是尚未解決的難題[2-5]。人羊膜作為一種胚胎源性組織，免疫原性低，富含多種生物活性物質(zhì)，具有抑制炎癥反應(yīng)、促進(jìn)組織修復(fù)的潛在作用。近年來，國內(nèi)外多項研究表明人羊膜在創(chuàng)面修復(fù)、神經(jīng)損傷修復(fù)、骨軟骨損傷修復(fù)和肌腱損傷修復(fù)等方面有重要的作用[6-11]。也有研究報道人羊膜與傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比在肌腱損傷修復(fù)的早期并不能產(chǎn)生更好的治療效果[12]。本文旨在通過探討人羊膜在肌腱損傷修復(fù)中的作用，為臨床預(yù)防肌腱粘連、促進(jìn)肌腱和腱骨愈合提供參考。

1 人羊膜的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 人羊膜的結(jié)構(gòu) 人羊膜是一種胚胎源性組織，厚度為0.02 ～ 0.5 mm，半透明狀，無神經(jīng)、淋巴管和肌肉[13]。根據(jù)解剖位置不同，人羊膜可分為胎盤羊膜、反應(yīng)羊膜和臍帶羊膜，胎盤羊膜覆蓋胎盤表面，反應(yīng)羊膜沿子宮壁分布，臍帶羊膜位于臍帶部位[14]。人羊膜主要分為3層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為上皮細(xì)胞層，與羊水接觸，中間層為基底層，外層為間質(zhì)組織層，與絨毛膜相連。間質(zhì)組織層由內(nèi)向外又分為致密層、成纖維細(xì)胞層和海綿層[13-15]。上皮細(xì)胞層由立方上皮細(xì)胞(反應(yīng)羊膜)或柱狀上皮細(xì)胞(胎盤羊膜)構(gòu)成，與基底層緊密相連，可分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)、TGF-β2和表皮生長因子等多種細(xì)胞生長因子[14]?；讓又旅?，厚實，含有大量層粘連蛋白、纖連蛋白和Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原蛋白，是保護(hù)羊水和胎兒的物理屏障[13,15]。間質(zhì)組織層含有大量膠原纖維，包括Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ型膠原纖維，距離胎盤越近的膠原纖維呈平行排列，距離胎盤越遠(yuǎn)的膠原纖維垂直羊膜表面排列[16]。間質(zhì)組織層內(nèi)含有間充質(zhì)干細(xì)胞，具有多向分化潛能，是用于組織修復(fù)的重要基礎(chǔ)[17-18]。

1.2 人羊膜的功能 人羊膜的功能包括為胎兒提供物理保護(hù)屏障、轉(zhuǎn)運水和可溶性營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)羊水的酸堿平衡，合成并分泌多種細(xì)胞信號和生物活性物質(zhì)，發(fā)揮抗菌、抗感染、防粘連和促修復(fù)的作用[13,19-20]。人羊膜分泌的生物活性物質(zhì)包括成纖維細(xì)胞生長因子、表皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子、血小板源性生長因子、白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-10等[12,18]。此外，人羊膜還可分泌白細(xì)胞介素-1和白細(xì)胞介素-10的拮抗劑，以及降解酶的調(diào)控物質(zhì)(TIMPs 1/2/3/4)[20]。人羊膜還可下調(diào)TGF-β信號通路，招募成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，促進(jìn)膠原纖維生成[20]。反應(yīng)羊膜比胎盤羊膜表達(dá)更多的免疫調(diào)節(jié)表面活性蛋白-D，具有更大的免疫調(diào)節(jié)潛能[14]。胎盤羊膜可分泌更多的胰島素樣生長因子1、胰島素樣生長因子b、血管生成素等生長因子，促組織修復(fù)功能優(yōu)于反應(yīng)羊膜[14]。組織再生修復(fù)是一個能量消耗的過程。胎盤羊膜的線粒體活性更高，能產(chǎn)生更高的能量，更適合用于代謝活躍部位的組織修復(fù)[21]。

2 人羊膜的保存

根據(jù)保存方式的不同，人羊膜可分為新鮮羊膜、低溫冷凍羊膜、凍干羊膜 3種[20,22]。這3 種羊膜均保留了細(xì)胞成分和基質(zhì)成分，羊膜的整體性未被破壞。新鮮羊膜保存時間較短，而且可引起較輕的機體炎癥反應(yīng)[23-24]。低溫冷凍羊膜保存時間較新鮮羊膜長，但會影響干細(xì)胞的活力[25]。為此，需要將羊膜放入10% DMSO或50%甘油溶液中并置于-80℃下保存[25-26]。凍干羊膜對保存的條件要求相對最低，可常溫條件下長期保存[20,22,27]。研究表明，凍干羊膜與低溫冷凍羊膜相比，在細(xì)胞活性和基質(zhì)成分方面無顯著差異，在安全性、保存時間、移植存活率等方面具有優(yōu)勢，易于處理和運輸[28]。此外，還有一種脫細(xì)胞羊膜，它是使用酶消化法、化學(xué)去污法和物理刮除等方法，脫去了羊膜上皮細(xì)胞或所有細(xì)胞成分后的組織形態(tài)，免疫原性更低，組織相容性更好，可作為生物支架為細(xì)胞轉(zhuǎn)移、增殖、分化提供所需的生長微環(huán)境[29]。

3 人羊膜在肌腱損傷修復(fù)中的應(yīng)用

3.1 預(yù)防肌腱粘連，促進(jìn)肌腱愈合 肌腱損傷后外源性修復(fù)系統(tǒng)啟動，炎性細(xì)胞浸潤，炎性介質(zhì)釋放，刺激成纖維細(xì)胞過度增生，大量膠原蛋白沉積，進(jìn)而造成肌腱粘連[30-31]。建立物理屏障，阻斷外源性修復(fù)，是預(yù)防肌腱粘連的可行途徑。Liu等[31]將人羊膜與人工材料制成多層納米纖維膜，并將其用于預(yù)防兔指深屈肌腱縫合修復(fù)后的肌腱粘連，結(jié)果顯示生物復(fù)合羊膜材料可有效隔離外源性修復(fù)，增強內(nèi)源性修復(fù)，從而預(yù)防肌腱粘連，促進(jìn)肌腱愈合。Nicodemo等[32]研究了人羊膜在大鼠急性跟腱損傷修復(fù)中的作用，結(jié)果顯示羊膜能降低炎性反應(yīng)，增加成纖維細(xì)胞增殖，改善膠原纖維排列，從而預(yù)防腱周粘連，加速跟腱損傷修復(fù)。Sang等[24]對脫細(xì)胞羊膜預(yù)防肌腱粘連的作用進(jìn)行了動物實驗研究，結(jié)果顯示脫細(xì)胞羊膜通過釋放轉(zhuǎn)化生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子促進(jìn)內(nèi)源性修復(fù)系統(tǒng)并阻斷外源性修復(fù)系統(tǒng)，從而預(yù)防肌腱粘連，加速肌腱愈合的作用。臨床研究方面，一項多中心隨機對照研究顯示，屈肌腱縫合修復(fù)后應(yīng)用人羊膜包裹屈肌腱較對照組可有效增加指間關(guān)節(jié)的活動范圍，提高關(guān)節(jié)功能評分[33]。Ang等[34]將人羊膜覆蓋肌腱損傷修復(fù)部位預(yù)防術(shù)后肌腱粘連，隨訪效果良好。但Lepp?nen等[12]報道5例應(yīng)用羊膜包裹指屈肌腱縫合部位的病例，隨訪中1例患者發(fā)生肌腱再斷裂，給予二次修復(fù)手術(shù)。1例患者出現(xiàn)指間關(guān)節(jié)黏連僵硬，其余3例患者隨訪結(jié)果一般。筆者認(rèn)為該研究病例數(shù)少，且術(shù)中所用羊膜已凍存1年，這可能影響羊膜的效能和術(shù)后療效。此外，雖然動物實驗顯示人羊膜包裹肌腱可起到預(yù)防肌腱粘連、促進(jìn)肌腱愈合的雙重作用。但臨床研究顯示人羊膜包裹肌腱的主要臨床意義在于預(yù)防肌腱粘連，可能有一定的促進(jìn)肌腱愈合的作用。

除人羊膜包裹肌腱可預(yù)防肌腱粘連、促進(jìn)肌腱愈合外，還有研究顯示顆粒狀或粉末狀人羊膜及人羊膜提取成分也可促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)。體外研究顯示胎盤來源的含有顆粒狀羊膜和羊水細(xì)胞的異體懸液移植物可顯著增加腱細(xì)胞的密度并促進(jìn)其遷移，增加胞外基質(zhì)的沉積，下調(diào)炎性因子IL-8和轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β1蛋白表達(dá)，抑制炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)[35]。Ragni等[36]研究顯示人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞可分泌多種細(xì)胞因子和趨化因子促進(jìn)胞外基質(zhì)重塑，同時分泌多種胞外囊泡微小RNA促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化，抑制炎性反應(yīng)，從而保護(hù)肌腱，促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)。Li等[37]研究顯示人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞可分化成前交叉韌帶樣細(xì)胞，與前交叉韌帶細(xì)胞共培養(yǎng)后可明顯增加前交叉韌帶細(xì)胞的增殖和分化，促進(jìn)前交叉韌帶損傷修復(fù)。體內(nèi)研究方面，Barboni等[38]對人羊膜上皮細(xì)胞修復(fù)羊跟腱損傷進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示羊膜上皮細(xì)胞通過分泌調(diào)節(jié)因子抑制炎性細(xì)胞浸潤，加速血管形成和胞外基質(zhì)重塑，同時羊膜上皮細(xì)胞可原位分化為肌腱樣細(xì)胞，從而促進(jìn)肌腱損傷修復(fù)。De Girolamo等[39]應(yīng)用人羊膜懸液異體移植修復(fù)鼠跟腱的腱病，術(shù)后14 d肌腱纖維排列明顯改善，術(shù)后28 d肌腱損傷恢復(fù)正常。臨床研究方面，一項納入40例肌腱損傷病例的臨床研究顯示，羊膜和(或)絨毛膜粉末注射治療后3個月91%的患者疼痛明顯減輕，功能明顯改善，臨床療效良好[40]。

3.2 促進(jìn)腱骨愈合 腱骨界面由4 層結(jié)構(gòu)組成，由外到內(nèi)依次為肌腱(韌帶)、未鈣化纖維軟骨、鈣化纖維軟骨和骨[41]。其中，纖維軟骨負(fù)責(zé)傳導(dǎo)機械載荷，是腱骨界面損傷的主要部位。由于纖維軟骨無血運、再生能力差，損傷后腱骨愈合困難。如何促進(jìn)腱骨愈合成為再生醫(yī)學(xué)關(guān)注的焦點問題。Smith等[42]比較了羊膜基質(zhì)支架、脫細(xì)胞真皮移植物和牛膠原支架對部分肩袖撕裂的修復(fù)作用，結(jié)果顯示3 種移植物的肩袖修復(fù)效果均較對照組更好，羊膜基質(zhì)支架、脫細(xì)胞真皮移植物優(yōu)于牛膠原支架。鄒剛等[43]研究顯示Scleraxis基因轉(zhuǎn)染人羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞可顯著上調(diào)韌帶分化相關(guān)基因Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、纖維連接蛋白、細(xì)胞連接素C的mRNA表達(dá)水平，從而促進(jìn)兔跟腱與骨隧道的腱骨愈合。Zhang等[44]研究了脫細(xì)胞羊膜復(fù)合FGF-2誘導(dǎo)的羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞對兔腱骨愈合的作用，結(jié)果顯示術(shù)后3個月試驗組均較對照組的骨形成量更大，骨隧道直徑、腱骨間隙更小，腱骨交界區(qū)有大量纖維軟骨形成，腱骨以直接連接形式愈合，腱骨愈合質(zhì)量更好。

4 結(jié)語與展望

人羊膜在肌腱損傷修復(fù)中的作用已在動物體外和體內(nèi)實驗研究中得到體現(xiàn)，但相關(guān)臨床研究相對較少，仍需要高質(zhì)量的多中心隨機對照研究證實。此外，現(xiàn)有研究主要為人羊膜對跟腱、屈肌腱、前交叉韌帶等肌腱損傷縫合術(shù)后肌腱愈合的影響，鮮有人羊膜在肩袖損傷修復(fù)方面的報道。肩袖損傷術(shù)后再撕裂率可高達(dá)13% ～ 94%，應(yīng)用新材料、新技術(shù)后肩袖再撕裂率仍高達(dá)20% ～60%[45]。肩袖術(shù)后腱骨愈合仍是亟待解決的重難點問題。鑒于人羊膜低免疫原性、富含生物活性物質(zhì)、無臨床應(yīng)用倫理問題、來源充足等優(yōu)勢，可加強人羊膜在肩袖損傷修復(fù)方面的研究，以促進(jìn)肩袖術(shù)后腱骨愈合，降低術(shù)后再撕裂率。同時，隨著人羊膜相關(guān)研究的不斷深入和生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，人羊膜將可能成為臨床上解決肌腱韌帶修復(fù)和促進(jìn)腱骨愈合的理想生物材料。