干細(xì)胞治療肌腱損傷的研究進(jìn)展

李婷婷 綜述，盧 漫 審校

(1.川北醫(yī)學(xué)院，四川 南充 6370002； 2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科，四川 成都 610072)

干細(xì)胞治療肌腱損傷的研究進(jìn)展

李婷婷1，2綜述，盧 漫2△審校

(1.川北醫(yī)學(xué)院，四川 南充 6370002； 2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院超聲科，四川 成都 610072)

在人們的日常工作和運(yùn)動(dòng)中，肌腱極易受到損傷。肌腱損傷會(huì)影響患者的正常運(yùn)動(dòng)和生活，為個(gè)人和社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前干細(xì)胞治療肌腱損傷受到了廣泛關(guān)注，為肌腱損傷的修復(fù)開(kāi)創(chuàng)了新的途徑。已經(jīng)成功用作修復(fù)肌腱損傷的干細(xì)胞包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)、脂肪干細(xì)胞(ASCs)、肌腱來(lái)源干細(xì)胞或肌腱祖細(xì)胞(TSPCs)，都具有在內(nèi)外性生長(zhǎng)因子及其它刺激因素作用下向肌腱細(xì)胞分化和增殖的能力，其安全性與有效性在目前的各項(xiàng)研究中得到了證實(shí)，但三種來(lái)源的干細(xì)胞具有各自的優(yōu)勢(shì)和不足，同時(shí)干細(xì)胞都面臨著缺乏特異性表面標(biāo)志，使得不能對(duì)其在體內(nèi)的情況進(jìn)行追蹤，在干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞分化的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制以及臨床應(yīng)用后長(zhǎng)期療效評(píng)估方面進(jìn)行更深入的研究。

干細(xì)胞；肌腱損傷；肌腱修復(fù)；細(xì)胞治療

肌腱損傷是日常工作和運(yùn)動(dòng)中常見(jiàn)疾病，肌腱損傷多系由肌腱退變或直接損傷所致，全世界每年超過(guò)3000萬(wàn)人有肌腱損傷[1]。由于肌腱乏血供，再生、修復(fù)的能力較弱，損傷后很難自我愈合，往往需要1～2年的時(shí)間通過(guò)瘢痕組織修復(fù)[2]。由于損傷修復(fù)后的瘢痕組織中存在大量的Ⅲ型膠原纖維且交聯(lián)減少，使得膠原纖維類型和特點(diǎn)都有別于正常的肌腱[3]，較厚且僵硬，導(dǎo)致相關(guān)關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙，對(duì)患者的日常生活造成了嚴(yán)重的影響，給個(gè)人和社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

肌腱損傷的常規(guī)治療方法包括服用非甾體類抗炎藥、理療、類固醇激素局部注射以及手術(shù)治療等。保守療法不能徹底修補(bǔ)撕裂肌腱，隨著疾病進(jìn)展，撕裂范圍會(huì)越來(lái)越大，出現(xiàn)不可逆的損傷，甚至錯(cuò)失最佳手術(shù)時(shí)機(jī)。手術(shù)治療也常面臨術(shù)后肩關(guān)節(jié)的僵硬、感染、療效不佳以及修復(fù)后再撕裂等難題。例如肩袖撕裂所致的肌腱斷裂經(jīng)手術(shù)修補(bǔ)后會(huì)形成瘢痕，修復(fù)后易發(fā)生再次撕裂；異體移植可能發(fā)生免疫排斥；自體移植可能發(fā)生供處殘疾。因?yàn)槠溆袆?chuàng)性和生理功能恢復(fù)不完全導(dǎo)致它并非是肌腱撕裂治療的完美方案。因此，恢復(fù)肌腱撕裂的生物學(xué)愈合過(guò)程，實(shí)現(xiàn)撕裂肌腱的生理功能重建應(yīng)該作為治療目標(biāo)。

干細(xì)胞在修復(fù)肌腱損傷方面具有巨大的潛能和應(yīng)用前景。種子細(xì)胞在體外經(jīng)過(guò)分離培養(yǎng)然后注射入體內(nèi)或者與生物支架結(jié)合移植入體內(nèi)，在內(nèi)源性或外源性生長(zhǎng)因子、周期性張力拉伸及氧分壓等的刺激下向肌腱組織分化，最終達(dá)到修復(fù)損傷肌腱的目的。近年來(lái)，不同來(lái)源的干細(xì)胞在治療肌腱撕裂及實(shí)現(xiàn)腱-骨界面愈合的過(guò)程中起到重要作用，為肌腱損傷的治療開(kāi)辟了新的途徑。目前，應(yīng)用于肌腱損傷治療研究的干細(xì)胞來(lái)源主要包括骨髓來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)、脂肪源性干細(xì)胞(adipose-derived stem cell，ASCs)和肌腱來(lái)源干細(xì)胞或肌腱祖細(xì)胞(tendon stem/progenitor cells，TSPCs)等?，F(xiàn)就干細(xì)胞治療肌腱損傷的研究進(jìn)展展開(kāi)綜述。

1 BMSCs

BMSCs是源于骨髓基質(zhì)中除造血干細(xì)胞以外的另一類干細(xì)胞，由于其具有強(qiáng)大的增殖能力及向骨、軟骨、肌腱細(xì)胞等分化的多向分化潛能，近年來(lái)已被廣泛用于組織工程研究中[4，5]。BMSCs的來(lái)源主要是從骨髓穿刺吸取骨髓獲得，人類常從胸骨或髂前上棘獲得骨髓，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物如大鼠、兔等多從股骨、脛骨中分離獲得骨髓并進(jìn)行培養(yǎng)[6]。已有多項(xiàng)研究證實(shí)了BMSCs作為種子細(xì)胞可以向肌腱細(xì)胞分化，并對(duì)BMSCs作為種子細(xì)胞的優(yōu)缺點(diǎn)也進(jìn)行了相關(guān)論述。Ouyang等研究表明，同種異體BMSCs移植到兔髕韌帶后可以存活8周，并在移植后5周分化為肌腱樣細(xì)胞[7]。Hankemeier等對(duì)三組免疫缺陷型大鼠的髕韌帶分別注射BMSCs復(fù)合纖維蛋白支架和成纖維細(xì)胞復(fù)合纖維蛋白支架，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組注射BMSCs復(fù)合纖維蛋白支架的大鼠其細(xì)胞分布更加規(guī)則，組織分化更加成熟，療效明顯優(yōu)于注射成纖維細(xì)胞復(fù)合纖維蛋白支架組及空白對(duì)照組[8]。Chong等在利用BMSCs修復(fù)兔髕韌帶損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，肌腱損傷后早期注射BMSCs可以促進(jìn)損傷愈合并提高肌腱生物機(jī)械性能，這個(gè)時(shí)間點(diǎn)通常為3周[9]。BMSCs作為種子細(xì)胞在治療動(dòng)物肌腱損傷時(shí)，具有向肌腱樣細(xì)胞分化、低免疫原性以及促進(jìn)肌腱成熟愈合等多種優(yōu)勢(shì)，但在獲取BMSCs時(shí)，骨髓穿刺可能造成嚴(yán)重的疼痛、感染等并發(fā)癥；此外尚不能有效控制BMSCs向骨、軟骨、肌肉等組織分化，且BMSCs的數(shù)量隨著年齡的增加而逐漸減少[10，11]，這些都在一定程度上限制了BMSCs在肌腱損傷修復(fù)中的應(yīng)用。

2 ASCs

脂肪組織主要由小葉狀排列的脂肪細(xì)胞構(gòu)成，它占據(jù)了脂肪組織總體積的90%；脂肪組織中還含有脂肪組織血管基質(zhì)成分(SVF)，SVF中包括了成纖維細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞以及ASCs[12，13]。Zuk等在2001年的研究中發(fā)現(xiàn)人類的脂肪細(xì)胞經(jīng)過(guò)處理可以實(shí)現(xiàn)向骨、軟骨、肌肉等細(xì)胞分化[14]，由于皮下脂肪豐富脂肪干細(xì)胞來(lái)源廣泛，通過(guò)脂肪抽吸或其它一些不給捐獻(xiàn)者帶來(lái)創(chuàng)傷或痛苦的微創(chuàng)手術(shù)即可獲得大量的種子細(xì)胞；在增殖能力方面，ASCs較BMSCs更強(qiáng)，有研究表明ASCs在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期的倍增時(shí)間為40～120小時(shí)[14～16]?；谏鲜鲋T多優(yōu)點(diǎn)，ASCs已被廣泛應(yīng)用于肌腱損傷修復(fù)、退行性椎間盤(pán)病變等研究[14～20]。2013年，Oh等利用ASCs治療兔慢性肩袖撕裂，結(jié)果表明局部注射ASCs促進(jìn)腱-骨愈合，改善脂肪浸潤(rùn)情況[17]。Behfar 等將36只新西蘭大白兔的深屈肌腱離斷后進(jìn)行即刻進(jìn)行縫合修補(bǔ)，然后在縫合處分別注射BMSCs與ASCs，發(fā)現(xiàn)在治療8周后，注射ASCs組肌腱剛度、最大應(yīng)力及能量吸收能力均優(yōu)于注射BMSCs組，這也進(jìn)一步證明ASCs較BMSCs具有更強(qiáng)的增殖能力，可以作為干細(xì)胞治療中種子細(xì)胞的一種新的選擇[19]。Deng 等進(jìn)行的兔跟腱斷裂后ASCs-支架復(fù)合物修復(fù)損傷的肌腱，在與無(wú)細(xì)胞游離支架的在體對(duì)照實(shí)驗(yàn)中ASCs-支架復(fù)合物抗張強(qiáng)度在50 MPa且膠原纖維直徑均優(yōu)于對(duì)照組，表明ASCs具有肌腱修復(fù)再生的能力[20]。盡管已經(jīng)不少體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究證明了ASCs在細(xì)胞治療方面的作用和優(yōu)勢(shì)，但ASCs應(yīng)用于肌腱損傷修復(fù)研究仍存在以下問(wèn)題：①ASCs修復(fù)損傷肌腱的分子機(jī)制及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)仍不清楚；②在細(xì)胞特異性表面標(biāo)志方面，ASCs同其他干細(xì)胞一樣，由于缺乏特異性表面標(biāo)志，難以對(duì)其進(jìn)行體內(nèi)識(shí)別；③ASCs的增殖、分化能力受取材部位、脂肪組織類型以及捐贈(zèng)者年齡等的影響，干細(xì)胞供者年齡越大，ASCs增殖能力越差[21，22]。因此，ASCs作為種子細(xì)胞用于肌腱損傷的細(xì)胞治療仍需進(jìn)一步研究。

3 TSPCs

Yanming等在2007年發(fā)現(xiàn)了人和老鼠的肌腱中存在一種獨(dú)特的細(xì)胞群，這個(gè)群落具有干細(xì)胞的基本特性例如集落形成能力、多向分化能力以及自我更新能力，并將之命名為TSPCs，分離的TSPCs能再生出肌腱樣組織[23]。TSPCs作為從肌腱組織中獲得的干細(xì)胞，較BMSCs相比，具有更強(qiáng)的集落形成能力、增殖能力及更好的成骨、成肌腱以及向脂肪分化的細(xì)胞表面標(biāo)記以及分化能力[24]。BMSCs具有低免疫原性的特點(diǎn)，Pauline等研究表明TSPCs缺乏細(xì)胞表面標(biāo)志物MHCⅡ、CD86和CD80，這使得TSPCs成為一種具有免疫特權(quán)的細(xì)胞，而適用于所有同種異體移植。由于TSPCs多從廢棄的肌腱組織中獲得，如在進(jìn)行肌腱或韌帶重建手術(shù)及膝關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)廢除的肌腱都可以用于TSPCs的分離培養(yǎng)，這樣既避免了從患者自身獲得種子細(xì)胞所帶來(lái)的疼痛以及感染等風(fēng)險(xiǎn)，又避免了使用自體干細(xì)胞而延誤了治療的可能[25]。近年來(lái)，TSPCs在修復(fù)肌腱損傷中得到廣泛研究，Shen等建立了兔肩袖撕裂模型，并將同種異體的TSPCs與蠶絲蛋白支架復(fù)合植入肌腱缺損處，對(duì)比證實(shí)了TSPCs能增加缺損處膠原沉積量，使再生的肌腱具有良好的組織結(jié)構(gòu)特性和生物機(jī)械性能[26]。此外，文獻(xiàn)報(bào)道根據(jù)TSPCs具有大量的BMP受體以及對(duì)BMP-2誘導(dǎo)的成骨分化，推測(cè)TSPCs能促進(jìn)腱-骨愈合，TSPCs在用于干細(xì)胞治療肌腱損傷方面具有大量研究成果和不可替代優(yōu)勢(shì)，但目前尚無(wú)TSPCs用于人體肌腱損傷治療的研究報(bào)道，TSPCs同BMSCs類似，隨著年齡的增加從肌腱中獲得TSPCs的數(shù)量會(huì)減少，細(xì)胞的繁殖能力也會(huì)減弱[27]。

4 干細(xì)胞治療與生長(zhǎng)因子

生長(zhǎng)因子可刺激膠原沉積和肌腱再生[28]，在細(xì)胞治療中則可以促進(jìn)干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞轉(zhuǎn)化，富血小板血漿(platelet-rich plasma，PRP)中包含多種內(nèi)源性生長(zhǎng)因子如血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)、表皮生長(zhǎng)因子、TGF-β1、IGF-I等[29，30]，它們通過(guò)促進(jìn)肌腱細(xì)胞向肌腱損傷部位遷移和分化而促進(jìn)損傷肌腱愈合。生長(zhǎng)因子可局部注射或與生物支架復(fù)合后與干細(xì)胞共同作用于損傷的肌腱處。Zhang等在鼠跟腱愈合實(shí)驗(yàn)中證明外源性血管生長(zhǎng)因子可以在早期顯著提高跟腱的抗張力強(qiáng)度[31]。但是由于生長(zhǎng)因子只能在注射部位持續(xù)作用一段時(shí)間，而肌腱修復(fù)常需要數(shù)月至一年時(shí)間，因而短時(shí)間的生長(zhǎng)因子治療能否有效促進(jìn)肌腱修復(fù)仍有待進(jìn)一步研究[32]。

綜上所述，BMSCs、ASCs以及TSPCs在肌腱損傷干細(xì)胞治療中已經(jīng)取得了較大的研究進(jìn)展，但仍存在一定的缺陷和不足，在其應(yīng)用于臨床之前仍有諸多問(wèn)題亟待解決，如干細(xì)胞向肌腱細(xì)胞分化的生物學(xué)機(jī)制、干細(xì)胞治療所需要的細(xì)胞數(shù)量、干細(xì)胞的特異性表面標(biāo)記以及干細(xì)胞應(yīng)該怎樣轉(zhuǎn)運(yùn)到肌腱損傷處等，因此需要學(xué)者們進(jìn)行不懈地努力和探索。

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Advances in stem cell therapy of tendon injuries

LI Ting-ting1，2，LU Man2△

四川省科技廳科研基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2013JY0183)

R686.1

B

1672-6170(2015)03-0198-03

2015-01-12；

2015-03-19)

△通訊作者，研究生導(dǎo)師