干細胞治療肌腱損傷的研究進展

李婷婷 綜述，盧 漫 審校

(1.川北醫學院，四川 南充 6370002； 2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲科，四川 成都 610072)

干細胞治療肌腱損傷的研究進展

李婷婷1，2綜述，盧 漫2△審校

(1.川北醫學院，四川 南充 6370002； 2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲科，四川 成都 610072)

在人們的日常工作和運動中，肌腱極易受到損傷。肌腱損傷會影響患者的正常運動和生活，為個人和社會造成經濟負擔。目前干細胞治療肌腱損傷受到了廣泛關注，為肌腱損傷的修復開創了新的途徑。已經成功用作修復肌腱損傷的干細胞包括骨髓間充質干細胞(BMSCs)、脂肪干細胞(ASCs)、肌腱來源干細胞或肌腱祖細胞(TSPCs)，都具有在內外性生長因子及其它刺激因素作用下向肌腱細胞分化和增殖的能力，其安全性與有效性在目前的各項研究中得到了證實，但三種來源的干細胞具有各自的優勢和不足，同時干細胞都面臨著缺乏特異性表面標志，使得不能對其在體內的情況進行追蹤，在干細胞向肌腱細胞分化的生物學調控機制以及臨床應用后長期療效評估方面進行更深入的研究。

干細胞；肌腱損傷；肌腱修復；細胞治療

肌腱損傷是日常工作和運動中常見疾病，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3000萬人有肌腱損傷[1]。由于肌腱乏血供，再生、修復的能力較弱，損傷后很難自我愈合，往往需要1～2年的時間通過瘢痕組織修復[2]。由于損傷修復后的瘢痕組織中存在大量的Ⅲ型膠原纖維且交聯減少，使得膠原纖維類型和特點都有別于正常的肌腱[3]，較厚且僵硬，導致相關關節疼痛和功能障礙，對患者的日常生活造成了嚴重的影響，給個人和社會造成經濟負擔。

肌腱損傷的常規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治療等。保守療法不能徹底修補撕裂肌腱，隨著疾病進展，撕裂范圍會越來越大，出現不可逆的損傷，甚至錯失最佳手術時機。手術治療也常面臨術后肩關節的僵硬、感染、療效不佳以及修復后再撕裂等難題。例如肩袖撕裂所致的肌腱斷裂經手術修補后會形成瘢痕，修復后易發生再次撕裂；異體移植可能發生免疫排斥；自體移植可能發生供處殘疾。因為其有創性和生理功能恢復不完全導致它并非是肌腱撕裂治療的完美方案。因此，恢復肌腱撕裂的生物學愈合過程，實現撕裂肌腱的生理功能重建應該作為治療目標。

干細胞在修復肌腱損傷方面具有巨大的潛能和應用前景。種子細胞在體外經過分離培養然后注射入體內或者與生物支架結合移植入體內，在內源性或外源性生長因子、周期性張力拉伸及氧分壓等的刺激下向肌腱組織分化，最終達到修復損傷肌腱的目的。近年來，不同來源的干細胞在治療肌腱撕裂及實現腱-骨界面愈合的過程中起到重要作用，為肌腱損傷的治療開辟了新的途徑。目前，應用于肌腱損傷治療研究的干細胞來源主要包括骨髓來源間充質干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)、脂肪源性干細胞(adipose-derived stem cell，ASCs)和肌腱來源干細胞或肌腱祖細胞(tendon stem/progenitor cells，TSPCs)等。現就干細胞治療肌腱損傷的研究進展展開綜述。

1 BMSCs

BMSCs是源于骨髓基質中除造血干細胞以外的另一類干細胞，由于其具有強大的增殖能力及向骨、軟骨、肌腱細胞等分化的多向分化潛能，近年來已被廣泛用于組織工程研究中[4，5]。BMSCs的來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，實驗動物如大鼠、兔等多從股骨、脛骨中分離獲得骨髓并進行培養[6]。已有多項研究證實了BMSCs作為種子細胞可以向肌腱細胞分化，并對BMSCs作為種子細胞的優缺點也進行了相關論述。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周分化為肌腱樣細胞[7]。Hankemeier等對三組免疫缺陷型大鼠的髕韌帶分別注射BMSCs復合纖維蛋白支架和成纖維細胞復合纖維蛋白支架，發現實驗組注射BMSCs復合纖維蛋白支架的大鼠其細胞分布更加規則，組織分化更加成熟，療效明顯優于注射成纖維細胞復合纖維蛋白支架組及空白對照組[8]。Chong等在利用BMSCs修復兔髕韌帶損傷的研究中發現，肌腱損傷后早期注射BMSCs可以促進損傷愈合并提高肌腱生物機械性能，這個時間點通常為3周[9]。BMSCs作為種子細胞在治療動物肌腱損傷時，具有向肌腱樣細胞分化、低免疫原性以及促進肌腱成熟愈合等多種優勢，但在獲取BMSCs時，骨髓穿刺可能造成嚴重的疼痛、感染等并發癥；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在肌腱損傷修復中的應用。

2 ASCs

脂肪組織主要由小葉狀排列的脂肪細胞構成，它占據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成分(SVF)，SVF中包括了成纖維細胞、血管平滑肌細胞、內皮細胞、淋巴細胞以及ASCs[12，13]。Zuk等在2001年的研究中發現人類的脂肪細胞經過處理可以實現向骨、軟骨、肌肉等細胞分化[14]，由于皮下脂肪豐富脂肪干細胞來源廣泛，通過脂肪抽吸或其它一些不給捐獻者帶來創傷或痛苦的微創手術即可獲得大量的種子細胞；在增殖能力方面，ASCs較BMSCs更強，有研究表明ASCs在對數增長期的倍增時間為40～120小時[14～16]。基于上述諸多優點，ASCs已被廣泛應用于肌腱損傷修復、退行性椎間盤病變等研究[14～20]。2013年，Oh等利用ASCs治療兔慢性肩袖撕裂，結果表明局部注射ASCs促進腱-骨愈合，改善脂肪浸潤情況[17]。Behfar 等將36只新西蘭大白兔的深屈肌腱離斷后進行即刻進行縫合修補，然后在縫合處分別注射BMSCs與ASCs，發現在治療8周后，注射ASCs組肌腱剛度、最大應力及能量吸收能力均優于注射BMSCs組，這也進一步證明ASCs較BMSCs具有更強的增殖能力，可以作為干細胞治療中種子細胞的一種新的選擇[19]。Deng 等進行的兔跟腱斷裂后ASCs-支架復合物修復損傷的肌腱，在與無細胞游離支架的在體對照實驗中ASCs-支架復合物抗張強度在50 MPa且膠原纖維直徑均優于對照組，表明ASCs具有肌腱修復再生的能力[20]。盡管已經不少體內外實驗研究證明了ASCs在細胞治療方面的作用和優勢，但ASCs應用于肌腱損傷修復研究仍存在以下問題：①ASCs修復損傷肌腱的分子機制及信號轉導仍不清楚；②在細胞特異性表面標志方面，ASCs同其他干細胞一樣，由于缺乏特異性表面標志，難以對其進行體內識別；③ASCs的增殖、分化能力受取材部位、脂肪組織類型以及捐贈者年齡等的影響，干細胞供者年齡越大，ASCs增殖能力越差[21，22]。因此，ASCs作為種子細胞用于肌腱損傷的細胞治療仍需進一步研究。

3 TSPCs

Yanming等在2007年發現了人和老鼠的肌腱中存在一種獨特的細胞群，這個群落具有干細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胞，較BMSCs相比，具有更強的集落形成能力、增殖能力及更好的成骨、成肌腱以及向脂肪分化的細胞表面標記以及分化能力[24]。BMSCs具有低免疫原性的特點，Pauline等研究表明TSPCs缺乏細胞表面標志物MHCⅡ、CD86和CD80，這使得TSPCs成為一種具有免疫特權的細胞，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，如在進行肌腱或韌帶重建手術及膝關節置換術時廢除的肌腱都可以用于TSPCs的分離培養，這樣既避免了從患者自身獲得種子細胞所帶來的疼痛以及感染等風險，又避免了使用自體干細胞而延誤了治療的可能[25]。近年來，TSPCs在修復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與蠶絲蛋白支架復合植入肌腱缺損處，對比證實了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構特性和生物機械性能[26]。此外，文獻報道根據TSPCs具有大量的BMP受體以及對BMP-2誘導的成骨分化，推測TSPCs能促進腱-骨愈合，TSPCs在用于干細胞治療肌腱損傷方面具有大量研究成果和不可替代優勢，但目前尚無TSPCs用于人體肌腱損傷治療的研究報道，TSPCs同BMSCs類似，隨著年齡的增加從肌腱中獲得TSPCs的數量會減少，細胞的繁殖能力也會減弱[27]。

4 干細胞治療與生長因子

生長因子可刺激膠原沉積和肌腱再生[28]，在細胞治療中則可以促進干細胞向肌腱細胞轉化，富血小板血漿(platelet-rich plasma，PRP)中包含多種內源性生長因子如血小板源性生長因子(PDGF)、表皮生長因子、TGF-β1、IGF-I等[29，30]，它們通過促進肌腱細胞向肌腱損傷部位遷移和分化而促進損傷肌腱愈合。生長因子可局部注射或與生物支架復合后與干細胞共同作用于損傷的肌腱處。Zhang等在鼠跟腱愈合實驗中證明外源性血管生長因子可以在早期顯著提高跟腱的抗張力強度[31]。但是由于生長因子只能在注射部位持續作用一段時間，而肌腱修復常需要數月至一年時間，因而短時間的生長因子治療能否有效促進肌腱修復仍有待進一步研究[32]。

綜上所述，BMSCs、ASCs以及TSPCs在肌腱損傷干細胞治療中已經取得了較大的研究進展，但仍存在一定的缺陷和不足，在其應用于臨床之前仍有諸多問題亟待解決，如干細胞向肌腱細胞分化的生物學機制、干細胞治療所需要的細胞數量、干細胞的特異性表面標記以及干細胞應該怎樣轉運到肌腱損傷處等，因此需要學者們進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目(編號：2013JY0183)

R686.1

B

1672-6170(2015)03-0198-03

2015-01-12；

2015-03-19)

△通訊作者，研究生導師