余寶富，陸驊(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海200092)

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創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮機(jī)制研究進(jìn)展

余寶富，陸驊(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海200092)

摘要：肘關(guān)節(jié)囊的攣縮是導(dǎo)致肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的主要因素。肌成纖維細(xì)胞的介導(dǎo)在肘關(guān)節(jié)囊攣縮中起著關(guān)鍵性作用，轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子β1可促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞，并且抑制肌成纖維細(xì)胞的凋亡；腫瘤壞死因子α在體外低劑量時(shí)可以促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的活化及增殖；肌成纖維細(xì)胞-肥大細(xì)胞-神經(jīng)肽纖維化軸在肘關(guān)節(jié)的外源性攣縮中具有重要作用。女性性激素、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞外基質(zhì)的機(jī)械作用及人類(lèi)基因易感性也影響創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的程度。

關(guān)鍵詞：肘關(guān)節(jié)；外源性攣縮；肌成纖維細(xì)胞；性激素；機(jī)械作用；基因易感性

肘關(guān)節(jié)攣縮是肘部創(chuàng)傷后的一種常見(jiàn)并發(fā)癥[1]，根據(jù)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮的原因可分為外源性、內(nèi)源性以及混合性三類(lèi)。其中典型的外源性攣縮主要是指累及肘關(guān)節(jié)周?chē)浗M織結(jié)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)周?chē)年P(guān)節(jié)囊、韌帶及肌肉等一系列病理改變。研究[2]表明，軟組織的攣縮是引起肘關(guān)節(jié)攣縮的主要因素。Trudel等[3]認(rèn)為關(guān)節(jié)囊攣縮可能是關(guān)節(jié)攣縮的主要因素。創(chuàng)傷后攣縮的肘關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)囊由于膠原蛋白結(jié)構(gòu)紊亂及成纖維細(xì)胞的滲出而實(shí)質(zhì)性增厚[4]。近年來(lái)，創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮機(jī)制的研究較多，現(xiàn)作一綜述。

1肌成纖維細(xì)胞在關(guān)節(jié)囊纖維化中的關(guān)鍵性介導(dǎo)作用

Hildebrand等[5]運(yùn)用免疫組化技術(shù)，比較創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮行關(guān)節(jié)松解術(shù)患者和器官捐贈(zèng)者(無(wú)攣縮)關(guān)節(jié)囊中的肌成纖維細(xì)胞數(shù)目，發(fā)現(xiàn)前者關(guān)節(jié)囊中肌成纖維細(xì)胞的絕對(duì)值及比例均有顯著上升。肌成纖維細(xì)胞在創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的發(fā)生、發(fā)展中可能起著重要的作用。肌成纖維細(xì)胞是一種組織成纖維細(xì)胞，可以在胞內(nèi)表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)，α-SMA可通過(guò)細(xì)胞膜上的整合素作用于細(xì)胞外基質(zhì)，從而影響細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)成[6]。α-SMA的高水平表達(dá)可增強(qiáng)細(xì)胞株膠原的收縮力量。肌成纖維細(xì)胞不僅在纖維化的肌肉骨骼(如粘連性關(guān)節(jié)囊炎和掌腱膜攣縮等)中數(shù)目上升[7]，而且在肝臟、肺臟、角膜及心包的纖維化過(guò)程中數(shù)目也上升[8,9]。創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮后，肌成纖維細(xì)胞的數(shù)量在整個(gè)關(guān)節(jié)囊中都是增多的，但在關(guān)節(jié)囊的各個(gè)部位有區(qū)域性不同，比如前囊中數(shù)目的增加程度要比后囊大[10]。這與臨床觀察是一致的，臨床創(chuàng)傷性肘關(guān)節(jié)攣縮的病例中，伸肘功能的喪失往往比屈肘功能的喪失更加常見(jiàn)。Hildebrand等[11]采用新西蘭兔創(chuàng)傷后的膝關(guān)節(jié)模擬人類(lèi)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)，發(fā)現(xiàn)固定2周的膝關(guān)節(jié)囊中的肌成纖維細(xì)胞數(shù)目即上升，而膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后的慢性階段的改變與急性階段類(lèi)似，提示在臨床實(shí)踐中，關(guān)節(jié)攣縮的預(yù)防措施應(yīng)盡早實(shí)施。Doornberg等[12]發(fā)現(xiàn)肌成纖維細(xì)胞數(shù)量在創(chuàng)傷后5個(gè)月以上并不保持上升，5個(gè)月以上的創(chuàng)傷后攣縮肘關(guān)節(jié)中肌成纖維細(xì)胞甚至缺如，這與目前其他的研究結(jié)果剛好相反。間質(zhì)干細(xì)胞和成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞受一系列復(fù)雜的化學(xué)及機(jī)械信號(hào)調(diào)控。在創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的患者及新西蘭兔模型的攣縮關(guān)節(jié)囊中，轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子、α-SMA的表達(dá)水平上調(diào)，這些因子對(duì)肌成纖維細(xì)胞的活動(dòng)具有正性調(diào)節(jié)作用，在新西蘭兔模型中，這些因子的表達(dá)水平隨著時(shí)間延長(zhǎng)而下降[13]。機(jī)械壓力及TGF-β1的活化對(duì)于成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞具有很重要的意義，肌成纖維細(xì)胞收縮可以活化細(xì)胞外基質(zhì)中自分泌的TGF-β1，從而連接機(jī)械信號(hào)與化學(xué)信號(hào)[14]。自分泌的TGF-β1又可以促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的分化[15]。TGF-β1同時(shí)可抑制肌成纖維細(xì)胞的凋亡，從而增強(qiáng)纖維化過(guò)程。Mattyasovszky等[16]研究了腫瘤壞死因子α(TNF-α)對(duì)人類(lèi)關(guān)節(jié)囊中肌成纖維細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)TNF-α的作用因劑量不同而異，在低劑量時(shí)可以促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的活化及增殖，在高劑量時(shí)通過(guò)抑制α-SMA及Ⅰ型膠原的表達(dá)抑制基質(zhì)的收縮。

肌成纖維細(xì)胞-肥大細(xì)胞-神經(jīng)肽纖維化軸是活化肌成纖維細(xì)胞的重要機(jī)制。Hildebrand等[11]發(fā)現(xiàn)，新西蘭兔的創(chuàng)傷后膝關(guān)節(jié)外源性攣縮的急、慢性階段及人類(lèi)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的慢性階段，關(guān)節(jié)囊中的肌成纖維細(xì)胞、肥大細(xì)胞、神經(jīng)肽的含量顯著上升，推測(cè)在創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)的攣縮中存在著肌成纖維細(xì)胞-肥大細(xì)胞-神經(jīng)肽纖維化軸。因此，對(duì)此軸的干預(yù)，如抑制肥大細(xì)胞脫顆粒可能對(duì)肘關(guān)節(jié)攣縮的預(yù)防有一定的作用。肥大細(xì)胞-神經(jīng)肽纖維化軸在皮膚的愈合中已有所研究報(bào)道，肥大細(xì)胞能影響傷口的修復(fù)，不同組織部位的肥大細(xì)胞雖然內(nèi)容物不一樣，但是都可以對(duì)神經(jīng)肽的作用起反應(yīng)。肥大細(xì)胞含有促纖維化顆粒(包括血小板生長(zhǎng)因子A、內(nèi)皮縮血管素1、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子和TGF-β1)，肥大細(xì)胞通過(guò)脫顆粒，釋放上述因子，從而促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的分化及增殖。機(jī)體的損傷和疼痛可引起神經(jīng)末梢釋放神經(jīng)肽P物質(zhì)及降鈣素G相關(guān)肽類(lèi)物質(zhì)，從而引起肥大細(xì)胞脫顆粒。在動(dòng)物及人類(lèi)的創(chuàng)傷后攣縮肘關(guān)節(jié)中，肥大細(xì)胞、含神經(jīng)肽的神經(jīng)纖維的數(shù)目4周內(nèi)便開(kāi)始上升，而在慢性階段仍保持升高的狀態(tài)[11]。肥大細(xì)胞因此連接創(chuàng)傷后的急性炎癥期和隨后的攣縮期，也因此可能成為創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮的干預(yù)靶點(diǎn)。酮替芬是一種肥大細(xì)胞脫顆粒抑制劑。Gallant-Behm等[17]設(shè)計(jì)了約克郡豬及紅色杜洛克豬的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，約克郡豬皮膚傷口愈合與人類(lèi)類(lèi)似，而紅色杜洛克豬則會(huì)形成纖維增生、高度攣縮的瘢痕；兩組行同樣的足夠深的切口，均使用酮替芬治療，結(jié)果顯示紅色杜洛克豬比約克郡豬傷口攣縮程度更加嚴(yán)重，而給予酮替芬治療可以減輕紅色杜洛克豬的一期攣縮，但對(duì)于上皮形成以后攣縮的治療效果則不明顯；停藥10周后，沒(méi)有導(dǎo)致過(guò)度攣縮的復(fù)發(fā)，由此推測(cè)酮替芬是阻斷而不是延遲攣縮的發(fā)生；酮替芬同時(shí)可以減少紅色杜洛克豬的傷口膠原堆積，但對(duì)約克郡豬的膠原堆積無(wú)明顯影響。類(lèi)似的，在新西蘭兔膝關(guān)節(jié)模型中，酮替芬可以減少肥大細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞的數(shù)量，并且相對(duì)可以減少關(guān)節(jié)42%～52%的攣縮程度。因此，酮替芬可能是人類(lèi)皮膚損傷后減少傷口攣縮及纖維化的有效措施，并且不影響正常的愈合過(guò)程[18]。

2女性激素水平對(duì)關(guān)節(jié)囊纖維化的影響

女性的性激素可作用于細(xì)胞外基質(zhì)及肌成纖維細(xì)胞，影響關(guān)節(jié)囊的纖維化，從而影響創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的程度。女性的關(guān)節(jié)高活動(dòng)量現(xiàn)象相對(duì)男性更加普遍，而孕婦的關(guān)節(jié)松弛度更大[19]。雌激素、孕激素、松弛素受體可存在于女性的前交叉韌帶中[20]。前交叉韌帶的松弛度和月經(jīng)周期中的雌激素、孕激素峰有相關(guān)關(guān)系，因此可通過(guò)測(cè)定前交叉韌帶的松弛度來(lái)評(píng)估膝關(guān)節(jié)的松弛及攣縮情況。研究[21]發(fā)現(xiàn)排卵期的雌激素、孕激素水平升高與膝關(guān)節(jié)松弛的增加及攣縮的減少相關(guān)，從而推測(cè)性激素對(duì)肘關(guān)節(jié)的攣縮影響也是存在的。雌激素可減少膠原的合成及抑制成纖維細(xì)胞的增殖，而松弛素可通過(guò)減少膠原的產(chǎn)生、抑制細(xì)胞增殖、肌成纖維細(xì)胞分化而減輕纖維化[22]。在膝關(guān)節(jié)固定2周的大鼠，懷孕組關(guān)節(jié)攣縮程度較未懷孕組輕[23]。懷孕與否對(duì)韌帶松弛及細(xì)胞的活化作用還取決于韌帶是否有創(chuàng)傷，創(chuàng)傷可以調(diào)節(jié)結(jié)締組織對(duì)性激素的敏感性，在無(wú)創(chuàng)傷的兔子膝關(guān)節(jié)中，懷孕可以增加內(nèi)側(cè)副韌帶的松弛度，而對(duì)于創(chuàng)傷的兔子則不能[24]。性激素受體可存在于病態(tài)及正常組織的肌成纖維細(xì)胞中，雌激素可活化肌成纖維細(xì)胞中的雌激素受體β，從而抑制纖維化過(guò)程[25]。松弛素可抑制肌成纖維細(xì)胞的增殖及下調(diào)α-SMA，從而抑制關(guān)節(jié)囊的攣縮[22]。骨骼肌損傷后，松弛素體內(nèi)療法可加強(qiáng)肌肉再生并且減少纖維化。女性激素是否可用于干預(yù)創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)攣縮尚需進(jìn)一步的研究。

3細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)成纖維細(xì)胞分化的影響

成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞需要適宜的細(xì)胞外基質(zhì)。微環(huán)境對(duì)于原始干細(xì)胞的分化具有重要作用，原始干細(xì)胞對(duì)于組織的彈性水平較為敏感，它生長(zhǎng)在彈性度相當(dāng)于骨骼、肌肉、腦的基底上，則相應(yīng)地發(fā)展成為成骨的、肌源性的、神經(jīng)源性的細(xì)胞系[26]。類(lèi)似地，只有生長(zhǎng)在堅(jiān)固膠原中的成纖維細(xì)胞，才能在TGF-β1的作用下增殖并分化為肌成纖維細(xì)胞[27]。因此細(xì)胞外基質(zhì)的機(jī)械因素可以通過(guò)影響細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞的過(guò)程來(lái)影響關(guān)節(jié)纖維化。但目前相關(guān)研究非常少，具體力學(xué)作用機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。

4基因易感性對(duì)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮程度的影響

同樣的肘關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的不同個(gè)體可以表現(xiàn)為不同程度的攣縮，因此，肘關(guān)節(jié)攣縮中可能存在基因易感性機(jī)制。Nesterenko等[28]回顧了116例創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮的病例，發(fā)現(xiàn)其中的4例患者只有輕微的創(chuàng)傷，卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的肘關(guān)節(jié)攣縮，經(jīng)過(guò)多次手術(shù)及非手術(shù)治療均未取得良好效果。動(dòng)物研究也支持了這種預(yù)測(cè)。來(lái)自4系近親繁殖的40只大鼠，予以膝關(guān)節(jié)固定，其中兩系大鼠的關(guān)節(jié)攣縮程度明顯要比另兩系嚴(yán)重，從而支持了可能存在基因易感性影響創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮的程度的觀點(diǎn)[29]。

創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮仍是臨床中常見(jiàn)的難以預(yù)防及治療的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)外源性攣縮的機(jī)制研究，可以指導(dǎo)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)或肘關(guān)節(jié)松解后的靶向干預(yù)，由此預(yù)防肘關(guān)節(jié)攣縮或者復(fù)發(fā)。目前認(rèn)為，肌成纖維細(xì)胞-肥大細(xì)胞-神經(jīng)肽纖維化軸在創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)攣縮的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，這為目前的預(yù)防及以后的分子靶向干預(yù)提供了理論指導(dǎo)。神經(jīng)肽P物質(zhì)可能為臨床干預(yù)及攣縮的機(jī)制起鏈接作用。而對(duì)個(gè)體基因易感性差異的研究可以確定高風(fēng)險(xiǎn)人群，從而制定早期個(gè)體化干預(yù)措施。肘關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后，促纖維化分子通路短期內(nèi)即開(kāi)始上調(diào)，因此及時(shí)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及局部、系統(tǒng)干預(yù)對(duì)創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)的攣縮預(yù)防尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 查曄軍,公茂琪,蔣協(xié)遠(yuǎn).創(chuàng)傷后肘關(guān)節(jié)僵硬[J].中華創(chuàng)傷雜志，2013,29(5):474-476.

[2] Charalambous CP, Morrey BF. Posttraumatic elbow stiffness[J]. J Bone Joint Surg Am, 2012,94(15):1428-1437.

[3] Trudel G, Uhthoff HK. Contractures secondary to immobility: is the restriction articular or muscular? An experimental longitudinal study in the rat knee[J]. Arch Phys Med Rehabil, 2000,81(1):6-13.

[4] Everding NG, Maschke SD, Hoyen HA, et al. Prevention and treatment of elbow stiffness: a 5-year update[J]. J Hand Surg Am, 2013,38(12):2496-2507.

[5] Hildebrand KA, Zhang M, van Snellenberg W, et al. Myofibroblast numbers are elevated in human elbow capsules after trauma[J]. Clin Orthop Relat Res, 2004(419):189-197.

[6] Hinz B. The myofibroblast: paradigm for a mechanically active cell[J]. J Biomech, 2010,43(1):146-155.

[7] Verjee LS, Midwood K, Davidson D, et al. Myofibroblast distribution in Dupuytren′s cords: correlation with digital contracture[J]. J Hand Surg Am, 2009,34(10):1785-1794.

[8] Keeley EC, Mehrad B, Strieter RM. The role of fibrocytes in fibrotic diseases of the lungs and heart[J]. Fibrogenesis Tissue Repair, 2011,4:2.

[9] Saika S, Yamanaka O, Sumioka T, et al. Fibrotic disorders in the eye: targets of gene therapy[J]. Prog Retin Eye Res, 2008,27(2):177-196.

[10] Germscheid NM, Hildebrand KA. Regional variation is present in elbow capsules after injury[J]. Clin Orthop Relat Res, 2006,450:219-224.

[11] Hildebrand KA, Zhang M, Salo PT, et al. Joint capsule mast cells and neuropeptides are increased within four weeks of injury and remain elevated in chronic stages of posttraumatic contractures[J]. J Orthop Res, 2008,26(10):1313-1319.

[12] Doornberg JN, Bosse T, Cohen MS, et al. Temporary presence of myofibroblasts in human elbow capsule after trauma[J]. J Bone Joint Surg Am, 2014,96(5):e36.

[13] Hildebrand KA, Zhang M, Hart DA. Myofibroblast upregulators are elevated in joint capsules in posttraumatic contractures[J]. Clin Orthop Relat Res, 2007,456:85-91.

[14] Wipff PJ, Rifkin DB, Meister JJ, et al. Myofibroblast contraction activates latent TGF-beta1 from the extracellular matrix[J]. J Cell Biol, 2007,179(6):1311-1323.

[15] Popova AP, Bozyk PD, Goldsmith AM, et al. Autocrine production of TGF-beta1 promotes myofibroblastic differentiation of neonatal lung mesenchymal stem cells[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2010,298(6):L735-743.

[16] Mattyasovszky SG, Hofmann A, Brochhausen C, et al. The effect of the pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor-alpha on human joint capsule myofibroblasts[J]. Arthritis Res Ther, 2010,12(1):R4.

[17] Gallant-Behm CL, Hildebrand KA, Hart DA. The mast cell stabilizer ketotifen prevents development of excessive skin wound contraction and fibrosis in red Duroc pigs[J]. Wound Repair Regen, 2008,16(2):226-233.

[18] Monument MJ, Hart DA, Befus AD, et al. The mast cell stabilizer ketotifen fumarate lessens contracture severity and myofibroblast hyperplasia: a study of a rabbit model of posttraumatic joint contractures[J]. J Bone Joint Surg Am, 2010,92(6):1468-1477.

[19] Marnach ML, Ramin KD, Ramsey PS, et al. Characterization of the relationship between joint laxity and maternal hormones in pregnancy[J]. Obstet Gynecol, 2003,101(2):331-335.

[20] Faryniarz DA, Bhargava M, Lajam C, et al. Quantitation of estrogen receptors and relaxin binding in human anterior cruciate ligament fibroblasts[J]. In Vitro Cell Dev Biol Anim, 2006,42(7):176-181.

[21] Park SK, Stefanyshyn DJ, Loitz-Ramage B, et al. Changing hormone levels during the menstrual cycle affect knee laxity and stiffness in healthy female subjects[J]. Am J Sports Med, 2009,37(3):588-598.

[22] Hewitson TD, Ho WY, Samuel CS. Antifibrotic properties of relaxin: in vivo mechanism of action in experimental renal tubulointerstitial fibrosis[J]. Endocrinology, 2010,151(10):4938-4948.

[23] Ohtera K, Zobitz ME, Luo ZP, et al. Effect of pregnancy on joint contracture in the rat knee[J]. J Appl Physiol (1985), 2002,92(4):1494-1498.

[24] Hart DA, Reno C, Frank CB, et al. Pregnancy affects cellular activity, but not tissue mechanical properties, in the healing rabbit medial collateral ligament[J]. J Orthop Res, 2000,18(3):462-471.

[25] Pedram A, Razandi M, O′Mahony F, et al. Estrogen receptor-beta prevents cardiac fibrosis[J]. Mol Endocrinol, 2010,24(11):2152-2165.

[26] Engler AJ, Sen S, Sweeney HL, et al. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification[J]. Cell, 2006,126(4):677-689.

[27] Hinz B. Tissue stiffness, latent TGF-beta1 activation, and mechanical signal transduction: implications for the pathogenesis and treatment of fibrosis[J]. Curr Rheumatol Rep, 2009,11(2):120-126.

[28] Nesterenko S, Sanchez-Sotelo J, Morrey BF. Refractory elbow arthrofibrosis. A report of four cases[J]. J Bone Joint Surg Am, 2009,91(11):2693-2695.

[29] Laneuville O, Zhou J, Uhthoff HK, et al. Genetic influences on joint contractures secondary to immobilization[J]. Clin Orthop Relat Res, 2007,456:36-41.

(收稿日期：2015-07-08)

中圖分類(lèi)號(hào)：R682

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-266X(2016)11-0093-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.11.037