生物学方法促进肩袖腱骨愈合研究进展

廖昊燃 余伟林 胡庆翔 赵华昆 何耀华

流行病学调查研究显示，肩袖损伤在20 岁以上人群中的比例达20%，而在60 岁以上人群中的比例高达54%［1］。尽管关节镜手术量逐年增加，手术技术也得到了显著提高，但肩袖损伤术后再撕裂率仍在26.6% ～ 94%［2］。目前，大多数学者认为肩袖腱骨愈合不佳是影响手术效果最为关键的因素。

正常腱骨止点是一系列高度特异排序的组织，其主要作用为传递软组织至骨的复杂机械应力，由四部分组织构成：肌腱组织、未钙化纤维软骨、钙化纤维软骨和骨组织［3-4］。研究发现，肩袖损伤术后，腱骨愈合多为瘢痕愈合，腱骨止点生物力学强度明显降低［5］。因此，为了能更好地解决肩袖腱骨愈合这一难题，越来越多新的方法被发现并加以应用。本文拟对促进肩袖腱骨愈合的方法这一关键问题作一综述，旨在从生物学方面为临床治疗提供参考。

一、生长因子

生长因子是一类细胞因子，前期研究显示生长因子能够促进肩袖腱骨愈合。主要包括：血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）、骨形态生成蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）［6-7］。

VEGF 是一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，在肩袖腱骨愈合的再血管化及塑形改建过程中起到重要作用。Huang 等［8］探讨VEGF 参与肩袖损伤术后腱骨界面愈合的机制。已知VEGF 能通过Yes 相关蛋白（Yes-associated protein,YAP）通路发挥作用，Huang 等利用YAP 的抑制剂Verteporfin 对大鼠冈上肌腱损伤手术模型进行干预，并对术后腱骨界面失效载荷进行机械测试和分析。与对照组对比结果显示，Verteporfin 显著降低了冈上肌腱的失效载荷。因此，Huang 等认为Verteporfin 可以通过抑制YAP 通路来影响VEGF，间接证实了VEGF 可以帮助肩袖腱骨获得更好的机械性能。已知microRNA-205-5p 能调控间充质干细胞的表达，Xu 等［9］通过双荧光素酶报告基因检测证实VEGF 能通过抑制microRNA-205-5p 的表达促进间充质干细胞的增殖与分化，从而促进肩袖腱骨愈合。VEGF 促进肩袖腱骨愈合的研究较少，只能间接证实VEGF 对肩袖腱骨愈合有促进作用，可针对血管形成与肩袖腱骨愈合作进一步研究。

TGF-β 可以促进间充质干细胞和成骨细胞的增殖、分化，加快骨和软骨形成。 Han 等［10］研究发现，负调控TGF-β 会导致肩袖生物力学性能降低。Yamakado 等［11］的研究结果显示，采用肝素／纤维蛋白将TGF-β 输送到肩袖腱骨止点处修复冈上肌损伤，结果证实TGF-β 能促进肩袖腱骨愈合，改善力学性能。TGF-β 需要与载体结合才能被输送到肩袖损伤处，不同载体的选择对于肩袖腱骨愈合可能产生不同的影响，进行研究时必须将载体可能带来的影响考虑在内。

BMP 源于骨与骨源性细胞，BMP 可参与机体信号通路表达，调节软骨、骨、血管等的生成与腱骨愈合［12］。Rodeo［13］构建了羊肩袖损伤的动物模型，将具有成骨活性的生长因子BMP 植入肩袖腱骨止点处，MRI 及组织学研究显示试验组肩袖腱骨止点处比对照组形成更多的骨组织和结缔组织，生物力学强度更优。虽然BMP 能促进肩袖腱骨愈合，但尚未达到恢复正常复合结构的程度，因此单一应用BMP 进行肩袖腱骨愈合的研究较少。

FGF 是一种多向性生长因子， 分为碱性FGF（basicFGF,bFGF）和酸性FGF（acidicFGF,aFGF），二者具有相同的生物学效应。研究显示［14］，bFGF 可以促进成纤维细胞的分裂、增殖、分化，促进骨和软骨组织的形成，还可协同VEGF 促进血管的生成和肌腱的生长。Ide等［15］在大鼠肩袖损伤的腱骨止点处植入纤维蛋白胶包裹的bFGF，并使用肌腱成熟分级系统对术后标本进行组织学评价。结果证实纤维蛋白胶包裹的bFGF 对肩袖腱骨止点处早期愈合具有一定的促进作用。FGF 在肩袖腱骨愈合领域的研究主要集中在bFGF,可以考虑将aFGF 应用于肩袖腱骨愈合进行一定的研究，并对两者得出的结果进行对比研究。

虽然已有大量的研究证实生长因子能促进肩袖腱骨愈合，但相关载体的选择标准以及如何将生长因子准确输送到肩袖损伤处等问题仍需要更多的研究。

二、干细胞工程

干细胞既可以分化成其他类型细胞，也可以分裂产生更多相同类型的干细胞。目前可以促进肩袖腱骨愈合的干细胞主要有骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs）、 脂肪源性干细胞（adipose derived stem cells,ADSCs）、 腱源干细胞（tendon derived stem cells,TDSCs）、脐带血间充质干细胞（umbilical cord blood mesenchymal stem cells,UCB-MSCs）。

BMSCs 是一种多能干细胞，具有自我复制和分化的能力，在骨髓中含量丰富。Nourissat 等［16］在术中把BMSCs注射到大鼠腱骨止点处，在术后45 d 发现与无细胞注射的对照组相比，只有试验组腱骨止点处出现了整齐排列的软骨细胞，形成了类似于正常腱骨界面的典型四层结构。Hernigou 等［17］在关节镜检查时给45 例患者注射了BMSCs，并与45 例未注射BMSCs 的患者对照组进行对比，经超声和核磁共振确定，BMSCs 注射提高了愈合率并改善了修复质量。10 年后，87%的BMSCs 治疗组患者和44%对照组患者出现完整的肩袖。

ADSCs 是一种可以向多种间充质细胞增殖分化的干细胞。Chen 等［18］在试验组术中把ADSCs 注射到大鼠肩袖腱骨止点处，在对照组术中注射等量生理盐水，在术后发现试验组纤维排列和肌腱组织得到改善，炎症细胞数量显著减少，生物力学强度得到明显提高。Kosaka 等［19］在兔腱骨止点处分别注射ADSCs 和生理盐水，较注射生理盐水的对照组，试验组兔腱骨区在术后12 周形成更多成熟细胞，生物力学强度更优。Jo 等［20-21］选取已随访6 个月的部分肩袖撕裂的患者进行不同剂量的ADSCs 注射治疗，在注射后1、3、6、12 和24 个月对患者进行随访，随访发现患者病情得到不同程度改善。他们认为，在不进行手术的情况下，通过注射ADSCs 治疗部分肩袖撕裂是有希望的。

TDSCs 来源于肌腱组织，可以分化为各种细胞。Cheng 等［22］把TDSCs 注射到大鼠肩袖腱骨止点处，术后4 周发现相较于对照组大鼠肩袖腱骨止点处生物力学性能得到改善。Lui 等［23］在大鼠试验中发现，在术后第2 周和第 6 周TDSCs 组的骨密度和骨体积分数均明显高于对照组，生物力学强度更优。

UCB-MSCs 可以通过微创方法获得。在一项研究中，Park 等［24］选取10 例肩袖全层撕裂患者，在超声引导下注射UCB-MSCs 进行治疗，随访发现7 例患者肩关节功能得到明显改善。

BMSCs、ADSCs、TDSCs 和UCB-MSCs 的来源不同，提取、加工以及应用的难度也不一样。BMSCs 是干细胞主要来源，提取简单且安全性高，但数量、分化潜力和最大寿命随着年龄的增长而减少［25］。ADSCs 在标准组织培养条件下容易生长，并显示出多谱系分化能力，但促进肩袖腱骨愈合效果有限［26］。目前，虽然利用TDSCs 促进肩袖腱骨愈合的相关研究很少， 但理论上，TDSCs 在促进腱骨愈合能力上相对于BMSCs 更具优势，TDSCs 能保证腱骨止点处生成更多的肌腱与骨，且增殖能力更强［27-28］。在各种干细胞中，UCB-MSCs 具有最强大的治疗潜力，因为其具有多种属性，如能够在损伤组织中定位、低免疫原性、多向分化［29］。干细胞治疗肩袖损伤在未来需要更深入更广泛的研究。

三、组织工程学材料

组织工程学材料不仅应该模仿肩袖止点处关键的微观结构、成分和机械性能，而且还需能恢复正常的肩关节功能。目前促进肩袖腱骨愈合的组织工程学材料主要有天然聚合物、合成聚合物、骨传导无机材料、混合生物材料。

天然聚合物主要有胶原蛋白和壳聚糖，它们包含特定的分子域，能够在组织发育的不同阶段支持和引导细胞［30］。胶原是结缔组织细胞外基质的主要成分［31］。Van Kampen等［32］将ⅰ型胶原纤维支架缝合到成年绵羊冈下肌的表面，发现植入6 周后，支架通过诱导形成整合良好且致密、规则取向的肌腱样组织。在植入26 周后，支架被完全吸收，仅在宿主肌腱上留下一层稳定的成熟组织，表明胶原蛋白有助于肩袖腱骨愈合。聚糖是一种生物可降解和生物相容的材料，能够促进细胞增殖和迁移［33］。壳聚糖纤维支架已被用于促进兔肩袖再生。发现与未接受治疗的对照组相比，肩袖的力学强度更优［34］。天然聚合物的生物活性可能导致强烈的免疫原性反应，临床研究较少［35］。

合成聚合物可分为可降解和不可降解聚合物，以适应不同的组织再生目的。可降解聚合物主要包括聚乳酸（polylactic acid,PLA），聚乙醇酸（polyglycolide,PGA）,和聚乳酸-乙醇酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid）, PLGA］。由聚乳酸制造的合成补片，植入到18 例患者肩袖撕裂处时表现良好，可用来修复巨大肩袖损伤［36］。接种有干细胞的聚乙醇酸补片已被用于促进腱骨愈合［37］。利用负载bFGF 的电纺纤维PLGA 膜促进腱骨愈合，与bFGF 对照组相比，bFGFPLGA 膜腱骨止点有更多的胶原组织生成，生物力学性能更强［38］。不可降解聚合物主要包括聚碳酸酯聚氨酯，聚四氟乙烯（poly tetra fluoroethylene,PTFE）。与传统缝合锚修复相比，聚氨酯支架可以提供了更大的机械强度，有助于肩袖腱骨愈合［39］。在临床应用中，发现PTFE 补片有助于修复巨大肩袖损伤。术后1 年，观察到PTFE 补片和临近骨组织之间紧密连接，患者肩关节功能得到有效改善［40］。合成聚合物由于成分与骨不同，在撕裂的肩袖中再生骨的能力有限。

骨传导无机材料的主要种类是磷酸钙生物材料。Tien等［41］用磷酸钙（calcium phosphate,CaP）骨水泥填充腱骨止点。Mutsuzaki 等［42］在移植腱组织中填充CaP，组织学和力学检查发现腱骨愈合加快。Kovacevic 等［43］在大鼠急性肩袖损伤模型中用CaP 基质和TGF-β 进行联合治疗，发现有助于肩袖腱骨愈合。在皇甫和赵对犬模型的研究中，发现一种磷酸三钙（tribasic calcium phosphate,TCP）和羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）的混合物能使移植物更快地结合到隧道中，具有更高的生物学强度［44］。然而，骨传导无机材料通常具有脆性、低机械可靠性以及缺乏弹性。

混合生物材料具有各种材料的优点，较其他组织工程学材料更加贴合肩袖的天然结构，因此治疗效果更好。Wang 等［45］通过静电纺丝制备双层有机/无机复合的柔性纤维膜，模拟腱骨止点非矿化纤维软骨和矿化纤维软骨组成，用于腱骨愈合研究。组织结果显示双层有机/无机复合的柔性纤维膜促进腱骨止点过渡区的形成，改善胶原蛋白的组成与排列。在一项为期3 年的非随机回顾性随访研究中，Ciampi 等［46］比较了对照组、胶原补片组和混合聚丙烯补片组对巨大肩袖撕裂修复的影响，混合聚丙烯补片组再撕裂率最低。Proctor 等［36］评估了18 例肩袖撕裂患者的肩关节功能，这些患者接受了可吸收聚左旋乳酸编织网治疗。超声和磁共振结果显示，83%的患者在手术后12 个月肩关节功能基本恢复。Lenart 等［47］在16 例肩袖撕裂患者开放性手术中，使用了这种支架，在平均1.5 年的随访中，美国肩肘外科协会评分和Penn 肩部评分较术前显著提高。

四、结语

目前促进肩袖腱骨愈合的方法很多，但大部分依然来源于动物试验，距离临床应用尚有一段距离，如何将研究的成果广泛运用于临床中，仍需进一步探索。同时，由于肩袖腱骨界面成分及结构的复杂性，将多种促进肩袖腱骨愈合的方法进行联合应用必然会成为一种新的研究思路。随着研究的深入与技术的革新，人们有望解决肩袖腱骨愈合这一难题。