陳鳳浩，白春雨，關(guān)偉軍，趙玉華*

(1.哈爾濱體育學(xué)院;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所)

0 引言

肌腱由致密的結(jié)締組織構(gòu)成，色白較硬，沒有收縮能力.肌腱把骨骼肌附著于骨骼.長肌的肌腱多呈圓索狀，闊肌的肌腱寬而薄，呈膜狀，又叫腱膜.肌腱的主要功能是帶動關(guān)節(jié)的活動，保持肌肉和骨骼之間的力量傳遞，這就決定了其必將承受較其他組織更高強度的負(fù)荷，毫無疑問這種持續(xù)性的、高強度的負(fù)荷極給肌腱帶來的必然是疲勞與損傷，這也勢必會使其正常的功能受到不同程度的影響.肌腱和韌帶的損傷在運動員中并不是鮮有的而是較為普遍的.據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，美國及西方發(fā)達(dá)國家大約有30% ～35%的田徑運動員患有慢性肌腱病，且每年的發(fā)病幾率在10%左右［1］.在馬拉松運動員當(dāng)中的肌腱損傷的發(fā)病率與年齡成正比［2］.髕骨肌腱也是肌腱病的高發(fā)區(qū)域，例如，技能主導(dǎo)類的滑雪運動員就是髕骨肌腱病的高發(fā)人群，田徑運動員在田徑項目中的發(fā)病幾率為7% ～8%，籃球運動員中髕骨肌腱的發(fā)病率約為12%，排球運動中運動員的的患病率為14%［3］.研究發(fā)現(xiàn)，由于這些項目對髕骨肌腱的負(fù)荷過大且長時間的使用，造成髕骨韌帶損傷，導(dǎo)致運動員運動能力的下降.所以肌腱病是當(dāng)今運動員的主要隱患之一，也是廣大運動醫(yī)學(xué)研究人員和細(xì)胞生物學(xué)學(xué)者需要高度關(guān)注的問題.所以要對肌腱病以及肌腱損傷有一定的了解，了解肌腱病的病理學(xué)特征，和造成肌腱損傷的主要原因，為以后利用醫(yī)學(xué)手段對損傷的組織和細(xì)胞進行再生和恢復(fù).該文主要介紹肌腱干細(xì)胞治療在運動員后再生治療的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，為廣大研究者和運動醫(yī)學(xué)科研人員提供理論參考.

1 肌腱病及肌腱損傷

肌腱損傷后常易以疤痕組織的形式愈合，且整個愈合的過程往往是十分緩慢的.這種形式的愈合導(dǎo)致的結(jié)果是肌腱韌性的降低，以及肌腱的正常生理功能受阻.復(fù)原的肌腱組織容易在負(fù)荷下重復(fù)受傷，這也是為什么受過傷的肌腱容易出現(xiàn)退行性改變的重要原因.其變化包括蛋白多糖積累以及組織鈣化、單獨或者合并出現(xiàn)的脂質(zhì)沉積等，最終導(dǎo)致肌腱病的發(fā)生.肌腱病是由于長時間大負(fù)荷，或超負(fù)荷運動造成的肌腱損傷所引起的一系列臨床癥狀，表現(xiàn)為肌腱及肌腱周圍紅腫疼痛，功能性障礙及其影像學(xué)發(fā)生改變［4］.對于運動員來說，常損傷肌腱有:上肢肌腱、肩袖肌腱、髕骨肌腱和跟腱等.在肌腱急性損傷后需要10～12周才能恢復(fù)原有水平，而慢性肌腱病的發(fā)病機制還沒有研究透徹，以至于對于該病治療，其方法僅僅是理論層面上進行分析結(jié)合保守的臨床治療手段，保守療法主要包含:冰凍治療、非甾體類抗炎藥(NSAID)、低強度脈沖超聲刺激、和按摩恢復(fù)療法等［5］.這些療法只能暫時減輕疼痛和周圍組織的紅腫，且治療后容易復(fù)發(fā).而手術(shù)修復(fù)損傷肌腱常常會出現(xiàn)一些新的病發(fā)癥.近年來不斷的研究發(fā)現(xiàn)，肌腱干細(xì)胞(TSC，Tendon stem cells，又稱肌腱祖細(xì)胞)為肌腱治療和再生開辟了一條新的路徑.

2 肌腱干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

在之前的很長一段時間里，人們認(rèn)為肌腱中僅存在一種細(xì)胞——肌腱細(xì)胞，但在2007年Bi［6］首次從小鼠和人的肌腱中分離獲得肌腱干細(xì)胞(tendon–derived stem cells，TDSCs).體外培養(yǎng)該細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞具有干細(xì)胞的普遍特性，如自我更新多分化潛能、克隆形成的能力.肌腱干細(xì)胞可被誘導(dǎo)，并向多種細(xì)胞分化.其后，研究者在進行裸鼠實驗時發(fā)現(xiàn)肌腱干細(xì)胞具有形成和肌腱類似的組織，脂肪樣組織、以及腱骨連接樣組織等的能力［7］.經(jīng)過體外培養(yǎng)，研究者發(fā)現(xiàn)與肌腱細(xì)胞相比較而言，肌腱干細(xì)胞不論是培養(yǎng)的速度或是傳代的速度都明顯較其更快.當(dāng)肌腱干細(xì)胞繁殖滿培養(yǎng)瓶時，其形態(tài)呈不規(guī)則橢圓形，細(xì)胞核較大.肌腱干細(xì)胞表面表達(dá)和一些與其相似的干細(xì)胞有著類似的干細(xì)胞標(biāo)志物(如，間充質(zhì)干細(xì)胞).現(xiàn)在學(xué)者們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞表面標(biāo)志物有:CD44、CD90、CD90.1、CD90.2、CD105、CD146、Sca－1、Stro－1、Oct－ 4、nucleostemin及SSEA－4、SSEA－1;不表達(dá)的標(biāo)志物 CD18、CD31、CD34、CD45、CD106、CD117、CD144及Flk－1.這些細(xì)胞標(biāo)志物在不同年齡段的大鼠的肌腱干細(xì)胞中的分別有不同程度的表達(dá).發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致老年大鼠肌腱干細(xì)胞再生能力降低的重要原因是其中標(biāo)志物CD90.1的表達(dá)低、CD44的表達(dá)過高.表面標(biāo)志物的類型在肌腱干細(xì)胞和骨髓間質(zhì)干細(xì)胞中并無較大差異，但并不表示這兩種細(xì)胞在其他方面就并無異處.如人肌腱干細(xì)胞中缺少CD18，在小鼠肌腱干細(xì)胞中也不存在，而CD18卻在BMSCs中發(fā)現(xiàn).肌腱干細(xì)胞和肌腱細(xì)胞相比表現(xiàn)出明顯的差異性，與穩(wěn)定的肌腱細(xì)胞不易分化的性質(zhì)相比，肌腱干細(xì)胞表現(xiàn)出多向分化的能力.

3 肌腱干細(xì)胞的增殖及多向分化

肌腱干細(xì)胞的增殖能力與其他干細(xì)胞并無差異，即都能夠在體外培養(yǎng)過程中高于終末分化期的細(xì)胞.如前文所述，肌腱干細(xì)胞除一般增殖能力外還可多向分化成為其他細(xì)胞——如分化成為脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、骨細(xì)胞等.Tan［8］等研究人員發(fā)現(xiàn):肌腱干細(xì)胞在體外培養(yǎng)時，隨著培養(yǎng)代次的不斷遞增，肌腱干細(xì)胞增長速度加快，且細(xì)胞出現(xiàn)群落狀生長，但肌腱干細(xì)胞的衰老比其它干細(xì)胞衰老的快.肌腱干細(xì)胞多向分化能力下降，以及干細(xì)胞表面特異性標(biāo)志物的表達(dá)水平下降.研究人員在不同年齡階段的大鼠身上取得肌腱干細(xì)胞樣本，然后對其相關(guān)生物學(xué)特征進行比較和分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肌腱干細(xì)胞數(shù)量、肌腱干細(xì)胞增殖速率以及肌腱干細(xì)胞的分化能力都分別和大鼠年齡呈負(fù)相關(guān).通過以上研究我們可以看出，任何相關(guān)因素都可能成為導(dǎo)致肌腱干細(xì)胞的增殖和分化潛能產(chǎn)生變化的誘因，這些控制因素都可能使肌腱干細(xì)胞對肌腱損傷治療產(chǎn)生影響.

4 肌腱干細(xì)胞在肌腱再治療中的應(yīng)用

4.1 肌腱干細(xì)胞的應(yīng)用

研究者在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，肌腱細(xì)胞的增加，從而使肌腱組織得以再生而不是單純的修復(fù)是肌腱干細(xì)胞治療的原理.關(guān)于應(yīng)用細(xì)胞治療法治療肌腱損傷方面，由近期的一項實驗結(jié)果證實，肌腱干細(xì)胞可以使肌腱損傷部位的肌腱組織再生.該實驗對有肌腱缺損的小鼠髕腱引入自身的肌腱干細(xì)胞，其結(jié)果證實了肌腱干細(xì)胞肌腱的修復(fù)有促進作用.引入第5周可以清楚地觀察到纖維束的排列變得規(guī)則有序，肌腱細(xì)胞數(shù)量明顯增加，膠原蛋白表達(dá)水平上升.植入過肌腱干細(xì)胞進行治療的小鼠，其肌腱的機械性能和彈性模量顯著高于未植入肌腱干細(xì)胞的小鼠.該實驗表明肌腱干細(xì)胞在肌腱病和肌腱損傷修復(fù)過程中起著重要作用.這些動物實驗的目的在于評價肌腱干細(xì)胞療法的安全性.近幾年用來治療肌腱病的干細(xì)胞有:間充質(zhì)干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞，還有近些年發(fā)現(xiàn)的肌腱干細(xì)胞.由于肌腱干細(xì)胞在人類、小鼠、大鼠和兔子的肌腱組織中相繼被發(fā)現(xiàn)［9］，所以有很高的研究價值.

4.2 調(diào)控肌腱干細(xì)胞分化治療肌腱病

肌腱病是運動中的常見病，目前對治療肌腱病還處在保守治療階段.如果能從肌腱病的患病機理入手，也許會為治療肌腱病帶來新的思路和方法.肌腱干細(xì)胞和其它干細(xì)胞一樣都在一定的微環(huán)境中存在，也只有處在微環(huán)境中，干細(xì)胞才能發(fā)揮其特定功能.干細(xì)胞的微環(huán)境大部分由細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成.影響肌腱干細(xì)胞分化的因素很多.Rui［10］等人實驗發(fā)現(xiàn)，肌腱病的患病原因可能與肌腱干細(xì)胞被調(diào)控，從而導(dǎo)致錯誤的分化.所以，使肌腱干細(xì)胞分化為肌腱細(xì)胞，控制肌腱干細(xì)胞分化為成骨樣組織、脂肪樣組織、以及腱骨連接樣組織等.這為肌腱病的治療和再生開辟了新的方向.研究表明，肌腱中的細(xì)胞很少，肌腱干細(xì)胞的數(shù)量更少，肌腱處于健康狀態(tài)下，肌腱干細(xì)胞不起任何作用.但肌腱負(fù)荷過大導(dǎo)致肌腱損壞時，發(fā)現(xiàn)肌腱干細(xì)胞沒有分化為肌腱，而是向錯誤的方向分化.一些活性因子的植入能促進肌腱干細(xì)胞分化成肌腱.在體外培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)［11］，BMP－2是導(dǎo)致肌腱干細(xì)胞不能向肌腱分化的直接因素，導(dǎo)致了損傷部位肌腱骨化，不能回復(fù)正常的生理功能.研究人員利用向損傷部位植入BMP－2抑制物的方法，促進肌腱干細(xì)胞向肌腱分化.同樣 GDF－5/BMP－14、GDF－6/BMP－13和 GDF－7/BMP－12，這些因子也有著和BMP－2同樣的作用，所以筆者猜測向肌腱病人患處注射 BMP－2、BMP－14、BMP－13等對肌腱干細(xì)胞再生治療起到一定的推動作用.

4.3 富血小板血漿協(xié)同肌腱干細(xì)胞對治療肌腱病的作用

富血小板血漿(plate let rich plasma，PRP)是自體全血經(jīng)過梯度離心、分離得到的血小板濃縮物，血小板含量豐富.富血小板血漿中含有多種活性極強的生長因子，這些生長因子的濃縮物經(jīng)實驗可以在體內(nèi)或體外維持肌腱干細(xì)胞的多向分化能力，并且在動物試驗中促進了肌腱的再生.要想使體內(nèi)的肌腱干細(xì)胞分化為肌腱細(xì)胞，除了向肌腱干細(xì)胞中加人富血小板血漿外，還要給予一定的干預(yù)，例如給予一定的機械運動和促進富血小板釋放物(PRCR).近幾年富血小板血漿對肌腱損傷的治療已經(jīng)逐漸應(yīng)用到運動醫(yī)學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)方面.根據(jù)統(tǒng)計，美國及西方發(fā)達(dá)國家每年約有86000多名運動員因肌腱病或肌腱損傷接受富血小板血漿的治療.學(xué)者們實驗發(fā)現(xiàn)，PRP可以促進肌腱病的康復(fù)，通過調(diào)控膠原蛋白的合成表達(dá)促進血管再生，使細(xì)胞的增殖、分化和基質(zhì)的生成潛能增強.但PRP在肌腱干細(xì)胞中的作用還沒有研究清楚，可以確定的是PRP能增強間充質(zhì)干細(xì)胞在人體內(nèi)增殖的能力.由此，作者推斷，因為肌腱干細(xì)胞和MSC很相似，所以PRP也能增強肌腱干細(xì)胞在人體內(nèi)增殖的能力.在一次體外培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn):植入PRCP的細(xì)胞(肌腱干細(xì)胞和肌腱細(xì)胞的混合液)增殖所用時間大幅剪短，且形態(tài)變成纖維狀，也不再發(fā)生錯誤分化.實驗人員在一次動物實驗中發(fā)現(xiàn):PCRP加快了動物損傷肌腱內(nèi)肌腱干細(xì)胞的分化，使其分化為肌腱細(xì)胞并結(jié)合表達(dá)膠原蛋白一型和膠原蛋白三型的數(shù)量更多.

4.4 肌腱干細(xì)胞和其他干細(xì)胞在治療肌腱病的比較

隨著細(xì)胞治療疾病的技術(shù)越來越完善，用干細(xì)胞來治療運動員肌腱損傷和肌腱病的研究也得到了很好的效果，但用何種干細(xì)胞來治療肌腱病最行之有效，研究人員和運動醫(yī)學(xué)研究人員一直沒有達(dá)成共識.如間充質(zhì)干細(xì)胞其優(yōu)點是:在提取上途徑很多，增長速度快，容易提純分離.但間充質(zhì)干細(xì)胞的缺點很明顯，將間充質(zhì)細(xì)胞植入動物或植物體內(nèi)后，其存活率低，不能達(dá)到研究人員想要的結(jié)果，并且將該種細(xì)胞移入體內(nèi)可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和異位骨化的風(fēng)險.因為肌腱干細(xì)胞是從肌腱組織中直接分離得到的，使用其治療肌腱病的風(fēng)險性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他干細(xì)胞.通過學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，肌腱干細(xì)胞可以向肌腱細(xì)胞分化，形成肌腱樣的組織.且上文中提到的BMP－2可以誘導(dǎo)肌腱干細(xì)胞朝正確的方向分化.因此用肌腱干細(xì)胞來治療肌腱病和肌腱損傷比其他干細(xì)胞療法更加安全.

4.5 應(yīng)用肌腱干細(xì)胞治療肌腱病潛在的問題

對于肌腱病的治療和損傷后的修復(fù)利用自身的細(xì)胞最合適的，也是研究人員一直想要達(dá)到的.但肌腱中肌腱干細(xì)胞的含量很少(含量小于5%)所以要從自身提取肌腱干細(xì)胞難度較大［6］.動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，同一物種的肌腱干細(xì)胞能治療肌腱病和肌腱損傷的康復(fù)，也不會發(fā)生錯誤的分化，但肌腱干細(xì)胞的活性和數(shù)量隨著時間的增長快速的減少，這表示不是自身的干細(xì)胞只能起到誘導(dǎo)的作用，不能直接分化.所以肌腱干細(xì)胞要在體外進行培養(yǎng)，當(dāng)干細(xì)胞達(dá)到一定數(shù)量時才能使用，但細(xì)胞的活性和不斷的死亡暫時還無法解決.我國的細(xì)胞提純技術(shù)在不斷地發(fā)展［6］，但想要得到高純度的肌腱干細(xì)胞，還有待繼續(xù)研究.目前肌腱干細(xì)胞對肌腱病的治療還在摸索階段，很多問題還有待研究人員的進一步發(fā)現(xiàn)和解決.

5 結(jié)論和展望

隨著運動競技水平的不斷提高，運動員所承受的訓(xùn)練負(fù)荷也越來越大，導(dǎo)致了肌腱病和肌腱損傷的人數(shù)逐年升高.肌腱損傷也成為限制運動員運動生涯的主要原因之一.但肌腱病的發(fā)病機理還沒有完全弄清，現(xiàn)在的許多療法采用保守治療，其效果甚微，只能達(dá)到消腫或減輕疼痛，不能達(dá)到根本治愈.近年來隨著對肌腱干細(xì)胞的研究不斷深入，科研人員對肌腱病和肌腱損傷有了新的想法，對治療肌腱病也有了突破性的進展.對遇見的問題也提出了解決的方法和大膽的猜想，也在動物試驗中解決了許多存在的問題.如抑制了肌腱干細(xì)胞的錯誤分化，誘導(dǎo)肌腱干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞分化，從而促進損傷的組織痊愈.另外利用siRNA基因改造肌腱干細(xì)胞，抑制肌腱干細(xì)胞在體內(nèi)凋亡，提高肌腱干細(xì)胞治療的可控性.使肌腱干細(xì)胞治療肌腱病更加安全穩(wěn)定.在不久的將來，肌腱干細(xì)胞治療肌腱病的方法，一定能在臨床上得到使用.使許多因肌腱損傷的運動員更早的恢復(fù)到最佳狀態(tài)，使因肌腱病退役的運動員，能重新站在賽場上.

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