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肌腱愈合中细胞因子的研究进展

来源:局解手术学杂志 作者:熊 雁,张正治 2007-12-19
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摘要: [关键词] 肌腱。组织愈合。细胞因子[中图分类号]R687。2 近年来,随着对肌腱愈合中细胞因子研究的深入,人们对肌腱愈合的认识进入分子水平和基因水平。...


  [关键词] 肌腱;组织愈合;细胞因子


  [中图分类号]R687.2


  近年来,随着对肌腱愈合中细胞因子研究的深入,人们对肌腱愈合的认识进入分子水平和基因水平。细胞因子通过与靶细胞膜上特异性受体结合,导致细胞内许多蛋白质的化学修饰,广泛参与细胞内许多效应途径,从而对细胞生长分化的复杂过程进行调节。本文对近年来在肌腱愈合中细胞因子作用的研究作一综述。


  1 细胞因子种类及特点


  IGF-I(insulin-like growth factor-I)是与前胰岛素具有同源性结构的单链多肽,与正常组织愈合有关。IGF有两种受体,Ⅰ型和Ⅱ型6磷酸甘露糖受体。Tsuzaki等[1] 的研究提示IGF在正常情况下与IGF特异结合蛋白结合,形成一个非活性的IGF-I蛋白库,组织受损后,一些酶释放解开结合的非活性IGF-I蛋白并激活它。IGF-I能缩短肌腱细胞的G1期和G2期,并且IGF-I受体的抗体和IGF-I受体mRNA反义寡核苷酸链对肌腱细胞增殖起负性调节。


  TGF(transforming growth factor)是一个25KD的二聚体蛋白,有β1、β2、β3三个同分异构体,分别与三种不同细胞受体(RI、RII、RIII)结合,发挥作用。正常肌腱细胞和腱鞘细胞能产生TGF-β,在肌腱损伤环境中随着mRNA上调而激活,其在内源性肌腱细胞和外源性腱鞘细胞及炎性细胞上调支持肌腱修复的双重机制。Kang等[2] 人发现在兔腱鞘,腱外膜,腱内膜细胞培养中,TGF-β1、β2、β3都可以使肌腱中最主要的I型、III型胶原明显增加。在鸟类中还存在TGF-β4,Pan等[3] 人发现TGF-β4能刺激鸡肌腱成纤维细胞I型前胶原的表达和加强热休克蛋白Hsp47的表达。


  VEGF(vascular endothelial growth factor)是一种由除内皮细胞外的多种细胞分泌的45KD二聚体肝素结合糖蛋白,主要功能是增加血管通透性,促进血管形成。VEGF有许多同分异构体存在,通过与三个结构相关的酪氨酸激酶受体(VEGFR-1、2、3)结合起作用。


  PDGF(platelet-derived growth factor)是主要由三种结构相似的(A,B,C)亚单元组成的一组二聚体多肽,通过两个酪氨酸激酶相关的受体起作用。Yoshikawa等[4] 人发现在短期培养的各种类型和各个区域肌腱细胞中,PDGF-BB能刺激DNA和基质的合成。


  bFGF(basic fibroblast growthfactor)属于肝素结合的生长因子家族,由146个氨基酸组成的单链多肽,通过与四个细胞膜受体结合发挥作用,能刺激血管的形成,细胞分化增殖。EGF(epi-thelial growth factor)是一个由53个氨基酸组成的6.4KD的球形蛋白质,通过与其酪氨酸受体EGFR结合促进上皮,成纤维细胞等增生,促进血管形成,加速伤口愈合。Jann等[5] 人发现EGF对来自腱内膜成纤维细胞的迁移有刺激作用,IGF低浓度有刺激作用,但高浓度时有抑制迁移。


  BMP(bone morphogenetic protein)是一个骨发生蛋白家族的属名,属于TGF-β超家族,能导致异位骨、软骨形成,同时对细胞增殖、分化、凋亡起重要作用。BMP-12、13、14是BMP中有同源序列的一组,又分别命名为GDF-7、6、5或者CDMP-1、2、3。Chhabra等[6] 人发现在肌腱损伤中GDF-5缺陷老鼠需要更长时间达到细胞葡胺聚糖,胶原浓度的峰值,胶原原纤维大小改变的时间延迟,血管形成延迟1周,这提示GDF-5在细胞聚集、迁移、分化、增殖和血管形成起重要作用,其缺陷导致肌腱愈合延迟。IL-1(interleukin-1)是IL-1α和IL-1β的统称,作为小分子调节因子家族成员和炎症因子,通过与其受体结合,伴随IL-1Rα,IL-18的作用,在上调、下调急性炎症反应中起重要作用。Tsuzaki等[7] 发现肌腱受损后,出血释放IL-1β或周围毛细血管渗出IL-1β刺激COX2,MMP-1分泌,提示IL-1β可能对此过程起正反馈作用,在肌腱基质中刺激MMPs表达聚集。


  2 细胞因子的应用


  随着对细胞因子在肌腱愈合中作用的研究深入,人们已经开始尝试用细胞因子来促进肌腱愈合,减少粘连形成。总体可分为两个策略:一是直接作用于其他细胞因子或其受体发挥作用;二是通过基因工程技术导入细胞因子的基因或作用于细胞因子的基因发挥作用。


  用IGF-I直接注射到鼠肌腱中发现,IGF能加快鼠肌腱的愈合,减少肢体功能缺陷。Chang等[8] 人直接用TGF-β1抗体发现能提高兔屈肌腱损伤愈合后的活动范围。直接注射明显高剂量的bFGF到损伤的鼠肌腱,发现损伤后7d有剂量依赖性的细胞增殖升高和III型胶原表达水平的升高。


  近年来,随着分子生物学和重组DNA技术的进步,使得把细胞因子及其相关的基因导入细胞发挥其作用的基因治疗成为热点。人们通过对细胞因子相关的基因操作达到治疗的目的。Lou等[9] 人用腺病毒连接BMP-12基因转染鸡的肌腱细胞导致I型胶原的合成增加,而且此基因转染断裂的鸡肌腱模型导致修复的肌腱力量牢固性增加两倍,促进肌腱愈合。Goomer等[10] 介绍用脂质体这种新的高效基因转染技术,在外科修复中可以把目的基因转入受损的滑膜内屈肌腱,达到促进肌腱愈合。另外一种具有前景的方法是运用反义寡核苷酸链,由于核心蛋白聚糖能调整胶原原纤维的纤维化,Nakamura等[11] 在兔韧带损伤模型中运用核心蛋白聚糖反义基因治疗方法提高了早期瘢痕中胶原原纤维形成。这是首次报道用基因治疗的方法对胶原原纤维形成进行操纵,显示出其在提高皮肤、肌腱等软组织愈合中存在潜在的应用价值。


  3 展望


  细胞因子的研究深入让人们对取得良好的肌腱愈合看到了新的方向。人们通过对肌腱愈合理论的理解不断深入,通过对各种细胞因子的运用,肌腱愈合取得了可喜的进步。但是由于肌腱愈合的复杂性,细胞因子广泛性,以及不同因子间相互作用,特异性因子还未找到,肌腱愈合还未取得突破性进展。另一方面,早期胚胎组织对损伤后的无瘢痕愈合让人们看到了另一个方向。Flanagan等[12] 通过对羊胚胎肌腱损伤模型研究发现胚胎肌腱也是无瘢痕愈合。许多研究表明,胚胎组织与成年组织这种不同的愈合反应在于胚胎组织的生长因子和细胞因子表达的不同。这提示对成年肌腱组织生物调节,细胞因子表达的调节将对提高愈合效果有着潜在的价值。我们深信随着研究的深入,肌腱愈合有望达到一个满意的效果。


  [参考文献]


  [1]Tsuzaki M,Brigman B,Yammamoto J,et al.Insulin-like growthfactor-I is expressed by a avain flexor tendon cells[J].J OrthopRes,2000,18(4):546-556.

  [2]Kang HJ,Kang E S.Ideal concentration of growth factors in rabbit'sflexor tendon culture[J].Yonsei Med J,1999,40(1):26-29.

  [3] Pan H,Halper J.Cloning,expression,and characterization ofchicken transforming growth factor beta4[J].Biochem BiophysRes Commun,2003,303(1):24-30.

  [4] Yoshikawa Y,Abrahamsson SO.Dose-related cellular effects of platelet-derived growth factor-B differ in various types of rabbit tendons in vitro[J].Actu Orthop Scand,2001,72(3):287-292.


  [5]Jann HW,Stein IE,Slater DA.In vitro effects of epidermal growth factor or insulin-like growth factor on tenoblast migration on absor-bable suture material[J].Vet Surg,1999,28(4):268-278.

  [6]Chhabra A,Tsou D,Clark RT,et al.GDF-5deficiency in mice de-lays Achilles tendon healing[J].J Orthop Res,2003,21(5):826-835.

  [7]Tsuzaki M,Guyton G,Garrett W,et al.IL-1beta induces COX2,MMP-1,-3and-13,ADAMTS-4,IL-1beta and IL-6in human tendon cells[J].J Orthop Res,2003,21(2):256-264.

  [8] Chang J,Thunder R,Moster D.et al.Studies in flexor tendon wound healing:neutralizing antibody to TGF-beta1increases post-operative range of motion[J].Plast Reconstr Surg,2000,105(1):148-155.


  [9]Lou J,Tu Y,Burns M,et al.BMP-12gene transfer augmentation of lacerated tendon repair[J].J Orthop Res,2001,19(6):1199-1202.

  [10] Goomer RS,Maris TM,Gelberman R,et al.Nonviral in vivo gene therapy for tissue engineering of articular cartilage and ten-don repair[J].Clin Orthop,2000,379(suppl):s189-200.

  [11] Nakamura N,Hart DA,Boorman RS,et al.Decorin antisense gene therapy improves functional healing of early rabbit ligament scar with enhanced collagen fibrillogenesis in vivo[J].J Orthop Res,2000,18(4):517-523.

  [12] Flanagan CL,Soslowsky LJ,Lovvorn HN,et al.A preliminary comparative study on the healing characteristics of fetal and adult sheep tendon[J].Trans Orthop Res,1999,24:1080.


  第三军医大学高原医学系中心实验室,重庆400038


  (编辑:兰阳军)


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