李俞鋒 趙金忠

肩袖損傷是常見(jiàn)的需外科干預(yù)的損傷之一[1]。肩袖自愈能力較差，外科干預(yù)療效較好，其疼痛緩解率可達(dá)85%～95%[2-3]。然而，手術(shù)治療有其局限性，對(duì)于肩袖損傷僅采用手術(shù)治療難以獲得較好愈合[3]。研究表明，手術(shù)治療肩袖損傷，損傷部位無(wú)法達(dá)到解剖結(jié)構(gòu)的生物學(xué)修復(fù)，而是形成反應(yīng)性瘢痕組織，進(jìn)而影響肌腱愈合[4]。克服肩袖修復(fù)手術(shù)治療的局限性，改善肩袖修復(fù)效果，降低再損傷率，一直是肩袖修復(fù)研究的熱點(diǎn)。

再生工程方法涉及材料工程、細(xì)胞工程、生物物理學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和臨床移植學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，已在骨骼肌再生應(yīng)用中發(fā)揮重要作用[5]。再生工程技術(shù)包括但不限于提供生長(zhǎng)因子、干細(xì)胞移植和組織工程技術(shù)等方法，可主動(dòng)促進(jìn)肌腱/腱骨愈合和組織再生，最終達(dá)到修復(fù)和重建的目的。我們回顧相關(guān)文獻(xiàn)，就該技術(shù)在肩袖損傷修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)行綜述，并探討其應(yīng)用于肩袖修復(fù)的發(fā)展方向。

1 基于提供生長(zhǎng)因子的策略

生長(zhǎng)因子一直是發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。生長(zhǎng)因子具有引導(dǎo)細(xì)胞分化和增殖成為組織的能力，在肌肉修復(fù)和再生方面也有巨大潛能[6]。再生工程中的生長(zhǎng)因子療法主要通過(guò)提供生長(zhǎng)因子來(lái)促進(jìn)工程化組織的發(fā)生、發(fā)育，從而促進(jìn)肌腱愈合[7]。近年，提供內(nèi)源性生長(zhǎng)因子以生物學(xué)方法促進(jìn)肌腱愈合受到極大關(guān)注，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)家族、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 (TGF) -β和血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF)等多種生長(zhǎng)因子在肌腱愈合過(guò)程中均存在內(nèi)源性表達(dá)[8]。

1.1 直接提供生長(zhǎng)因子

BMP、bFGF、TGF-β等生長(zhǎng)因子能增加膠原蛋白含量,進(jìn)而影響肌腱愈合。Pauly等[9]研究發(fā)現(xiàn)，BMP-2、BMP-7可誘導(dǎo)肌腱細(xì)胞產(chǎn)生Ⅰ型膠原，改善肩袖肌腱愈合。Tokunaga等[10]的研究表明，bFGF可誘導(dǎo)肌腱祖細(xì)胞生長(zhǎng)，上調(diào)腱調(diào)蛋白表達(dá)和促進(jìn)肌腱細(xì)胞再生，從而改善修復(fù)后肩袖的生物力學(xué)性能和組織學(xué)外觀(guān)。Davies等[11]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β通過(guò)阻止成纖維/成脂祖細(xì)胞凋亡，從而減輕肩袖撕裂后岡上肌肌纖維出現(xiàn)脂肪浸潤(rùn)和萎縮的結(jié)局。Hee等[12]將重組人PDGF-BB裝載于牛Ⅰ型膠原基質(zhì)上，輸送至綿羊急性肩袖損傷模型的受傷部位，明顯改善了肩袖的生物力學(xué)性能和形態(tài)外觀(guān)。不過(guò)，Kovacevic等[13]的研究認(rèn)為，盡管PDGF在愈合早期能促進(jìn)細(xì)胞增殖，但到了愈合后期，愈合部位無(wú)法形成結(jié)構(gòu)上更加有序或更牢固的附著點(diǎn)。

1.2 提供富血小板血漿

富血小板血漿(PRP)含有多種與肌腱愈合相關(guān)的生長(zhǎng)因子[14]，如PDGF、表皮生長(zhǎng)因子、TGF-β1和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1等。一項(xiàng)系統(tǒng)綜述研究表明，肩袖撕裂患者在手術(shù)治療時(shí)聯(lián)合使用PRP注射可降低肩袖修復(fù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)[15]。盡管PRP可作為生物補(bǔ)充劑提高肩袖愈合率，但在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用中愈合率仍較低[16]。此外，PRP分泌的生長(zhǎng)因子促進(jìn)肌腱愈合的分子機(jī)制仍不清楚，相關(guān)研究仍在進(jìn)行中。

1.3 輸送生物活性分子

輸送生物活性分子以促進(jìn)肩袖肌腱的外科修復(fù)一直是研究熱點(diǎn)。一種方法是將生長(zhǎng)因子置于組織工程支架及涂層縫合線(xiàn)中，或?qū)⑵淙芙庥诶w維蛋白密封劑中，局部輸送到肌腱修復(fù)部位。另一種方法是利用基因工程技術(shù)，將目的基因或DNA轉(zhuǎn)移到細(xì)胞，使其在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和表達(dá)，產(chǎn)生所需的生長(zhǎng)因子，然后將基因編輯細(xì)胞移植至受傷部位。基因工程可解決大多數(shù)生長(zhǎng)因子有效時(shí)間短暫以及需要重復(fù)給藥的問(wèn)題，但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)導(dǎo)效率難以控制，不能有效控制基因產(chǎn)物的表達(dá)[17]。

近年，部分生長(zhǎng)因子的臨床研究存在爭(zhēng)議，缺乏進(jìn)一步的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，特別是在肩袖修復(fù)后肌腱愈合方面[18]。由于肌腱發(fā)生發(fā)育及損傷相關(guān)的分子機(jī)制尚不完全清楚，在大規(guī)模臨床應(yīng)用前，還需開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2 基于干細(xì)胞移植的策略

干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新潛能的未分化細(xì)胞，能在特定條件下分化為多種細(xì)胞類(lèi)型。在肌肉骨骼再生研究領(lǐng)域，常用的干細(xì)胞是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)和脂肪源性干細(xì)胞(ADSC)[19]。這兩類(lèi)干細(xì)胞幾乎可分化為所有結(jié)締組織譜系細(xì)胞，在某些生長(zhǎng)因子或機(jī)械應(yīng)力的刺激下，它們可分化為肌腱細(xì)胞和組織[20]。

2.1 BMSC和ADSC的移植

已有文獻(xiàn)報(bào)道BMSC和ADSC被用于臨床肩袖撕裂治療。研究表明，纖維蛋白膠原載體裝載BMSC對(duì)腱骨愈合具有積極影響，移植物和骨骼間有纖維軟骨形成，可促進(jìn)腱骨愈合[21]。與僅使用生物支架植入物相比，裝載自體肌腱細(xì)胞的植入物可更好地促進(jìn)肩袖肌腱的愈合和重塑[22]。Hernigou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，給肩袖撕裂患者先注射自體BMSC再進(jìn)行手術(shù)，肩袖再撕裂率較低。Kim等[24]在行肩袖修復(fù)手術(shù)時(shí)于關(guān)節(jié)鏡下注射纖維蛋白膠原裝載的ADSC，他們對(duì)術(shù)后患者隨訪(fǎng)10年發(fā)現(xiàn)肩袖再撕裂率較低。Gulotta等[25]研究認(rèn)為，BMSC需聯(lián)合應(yīng)用多種生長(zhǎng)因子才能促進(jìn)肩袖愈合。此外，BMSC在體內(nèi)促進(jìn)肌肉再生和改善肌肉功能的機(jī)制尚不清楚，需要開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2.2 其他干細(xì)胞

除上述2種干細(xì)胞，來(lái)源于肌腱組織的肌腱干細(xì)胞(TSPC)也逐漸引起人們關(guān)注。有研究表明，人和大鼠的肌腱中含有少量具有普通干細(xì)胞特性的細(xì)胞群，這些細(xì)胞群在體外擴(kuò)增并移植入體內(nèi)后可以再生肌腱樣組織，該研究表明TSPC具有克隆性、多能性和自我更新能力[26]。Cheng等[27]的研究也證實(shí)，纖維蛋白膠原載體裝載TSPC可以改善腱骨界面結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)附著強(qiáng)度，從而促進(jìn)腱骨愈合。

基于干細(xì)胞移植的策略，在治療肩袖損傷方面具有非常好的臨床前景，而最佳候選細(xì)胞應(yīng)具有較好的增殖、存活、歸巢和移植能力[5]。因此，對(duì)細(xì)胞遷移和歸巢機(jī)制進(jìn)行更深入的研究，探索并優(yōu)化細(xì)胞增殖和移植的條件，有助于提高目標(biāo)組織的再生效率。

3 基于組織工程的策略

組織工程是一種多學(xué)科交叉的生物工程方法，它使用生物活性分子、細(xì)胞和支架的組合再造功能性組織，目的是誘導(dǎo)組織的修復(fù)、替換或再生[28]。常用生物支架可分為天然聚合物、合成聚合物和骨傳導(dǎo)材料支架等[29]。

3.1 天然聚合物支架

天然聚合物具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性，其自身的生物活性可誘導(dǎo)組織發(fā)育，是肩袖再生中一類(lèi)重要的生物材料[30]。常見(jiàn)天然聚合物有膠原、殼聚糖、絲素蛋白、纖維蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)等，治療肩袖撕裂時(shí)膠原和殼聚糖常用于促進(jìn)肌腱再生[29]。van Kampen等[31]將Ⅰ型膠原纖維支架植入綿羊?qū)录‰毂砻妫?周后發(fā)現(xiàn)該支架能誘導(dǎo)產(chǎn)生完整致密、定向規(guī)則的腱樣組織，肩袖的肌腱厚度增加。Musson等[32]在肩袖撕裂大鼠模型的實(shí)驗(yàn)研究中證實(shí)，絲素蛋白和纖維蛋白作為組織工程載體均可在一定程度上促進(jìn)肌腱組織再生。

3.2 合成聚合物支架

與天然聚合物相比，合成聚合物除具有良好的生物相容性外，還能提供優(yōu)異的機(jī)械性能，因此被廣泛應(yīng)用于組織工程中[29]。根據(jù)不同的組織工程目的，合成聚合物支架又可分為可降解和不可降解聚合物支架。不可降解聚合物支架在肩袖修復(fù)中可起到永久支撐作用，同時(shí)具有良好的組織相容性和較高的抗張強(qiáng)度。

有關(guān)可降解聚合物支架的研究已有諸多報(bào)道。Moffat等[35]首次報(bào)道使用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米纖維支架進(jìn)行肩袖再生的研究。他們的研究結(jié)果表明，該支架對(duì)人肩袖成纖維細(xì)胞反應(yīng)具有顯著影響，可誘導(dǎo)細(xì)胞在對(duì)齊的納米纖維支架上形成仿生基質(zhì)，促進(jìn)肩袖修復(fù)，具有促肌腱再生的巨大潛力。Zhao等[36]研究表明，單一PLGA纖維膜有助于細(xì)胞的附著和增殖，并可促進(jìn)腱骨重塑，而載有bFGF的PLGA纖維膜對(duì)促進(jìn)腱骨愈合效果更明顯。

3.3 骨傳導(dǎo)材料支架

骨傳導(dǎo)材料具有優(yōu)異的生物相容性、耐腐蝕性和高壓縮性，且能使骨祖細(xì)胞遷移到植入物的多孔空間中，誘導(dǎo)碳酸羥基磷灰石層和新骨形成[29]。Ma等[37]設(shè)計(jì)了一種納米羥基磷灰石/聚醚醚酮生物復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)該材料可促進(jìn)小鼠成骨前體細(xì)胞的附著、遷移、增殖和成骨分化。Kovacevic等[38]在肩袖撕裂大鼠模型研究中證實(shí)，在腱骨界面破裂部位注射骨傳導(dǎo)鈣-磷基質(zhì)能促進(jìn)腱骨愈合。

Sharp等[39]研究認(rèn)為，再生工程技術(shù)是組織工程技術(shù)的擴(kuò)展，它以組織工程技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合材科學(xué)、干細(xì)胞科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等不同學(xué)科技術(shù)，開(kāi)發(fā)新工具，利用這些工具來(lái)再生復(fù)雜組織。目前，再生工程技術(shù)在肩袖損傷修復(fù)臨床研究中的重點(diǎn)是以生物支架為基礎(chǔ)，加入適度生長(zhǎng)因子或?qū)⒏杉?xì)胞植入體內(nèi)，誘導(dǎo)產(chǎn)生功能性組織，以達(dá)到加快肩袖愈合的目的。支架能提供適宜的細(xì)胞微環(huán)境，可誘導(dǎo)細(xì)胞遷移、生長(zhǎng)和分化，從而誘導(dǎo)組織再生。Narayanan等[40]研究認(rèn)為，組織再生的成功取決于組織支架的生物活性。然而，上述支架存在一定的毒性，可引起不同程度的炎癥反應(yīng)[41]。研究表明，天然聚合物中殘留的生物活性抗原可能導(dǎo)致強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)[42]，而合成聚合物或經(jīng)脫細(xì)胞處理的人源性真皮基質(zhì)產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)較輕，并可主動(dòng)誘導(dǎo)宿主組織重塑[43]。降低生物材料的毒性、免疫原性或免疫反應(yīng)是今后研究的方向。目前，生長(zhǎng)因子或干細(xì)胞負(fù)載支架在肌腱愈合中的作用機(jī)制尚不清楚，相關(guān)臨床試驗(yàn)研究較少。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，再生工程技術(shù)應(yīng)用于肩袖損傷修復(fù)主要基于3個(gè)領(lǐng)域：①生長(zhǎng)因子，單一或多種生長(zhǎng)因子搭載合適載體持續(xù)或反復(fù)釋放于作用部位以促進(jìn)肩袖再生；②干細(xì)胞，多能干細(xì)胞與生物活性材料結(jié)合可誘導(dǎo)細(xì)胞的增殖、分化，直至組織再生；③組織工程和材料工程，在優(yōu)化組織工程支架基礎(chǔ)上，整合生長(zhǎng)因子和干細(xì)胞，協(xié)調(diào)多因素促進(jìn)肌腱/腱骨愈合。近年來(lái)，生長(zhǎng)因子/干細(xì)胞與生物相容性支架結(jié)合是一大趨勢(shì)。另一方面，肩袖損傷后造成的肌肉萎縮也不容忽視，目前還沒(méi)有利用再生工程技術(shù)改善肩袖損傷肌肉萎縮的相關(guān)研究。盡管開(kāi)展了大量臨床前研究，生長(zhǎng)因子或干細(xì)胞搭載支架在肌腱/腱骨愈合中發(fā)揮作用的分子機(jī)制仍不清楚，要將其應(yīng)用于臨床還需開(kāi)展更多研究。