張 林，李 敏

腱病和肌腱斷裂是運(yùn)動(dòng)中的一種高發(fā)性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)損傷，鑒于腱器官具有代謝相對(duì)較慢的特性，使得損傷發(fā)生后需要較長(zhǎng)時(shí)間的治療和康復(fù)，因此，探討腱病的發(fā)病機(jī)制有著重要的意義。腱病發(fā)生的原因很多，但主要原因?yàn)檫^(guò)度使用所導(dǎo)致的疲勞性損傷，這種過(guò)度使用可能與使用頻率較多或/和肌腱承載過(guò)大有關(guān)。目前的研究由于所獲樣本大多局限于疾病的晚期，而且建立符合腱病病因、產(chǎn)生類(lèi)似于人類(lèi)腱病變化的有效模型較少[1]，致使鮮有資料系統(tǒng)探討早期腱病的發(fā)生與發(fā)展，這也是導(dǎo)致有效治療和預(yù)防腱病方法缺乏的主要原因。從現(xiàn)有研究文獻(xiàn)來(lái)看，肌腱疲勞性損傷的早期變化與膠原合成有關(guān)。

膠原是肌腱細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，其中最主要的膠原類(lèi)型為膠原I，約占總膠原的95%，其它少量的膠原有膠原III、V、VI、XII和XIV等，這些膠原的量少但作用復(fù)雜，可能在膠原纖維形成、調(diào)節(jié)膠原直徑和其它周?chē)?xì)胞相互作用等一些過(guò)程中具有一定作用。本文綜述了在運(yùn)動(dòng)負(fù)載及疲勞負(fù)載下肌腱的表達(dá)及影響其表達(dá)的機(jī)理，以探討肌腱疲勞性損傷的分子機(jī)制。

1 運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)后肌腱膠原的合成

I型前膠原羧基端前肽（PICP）和I型前膠原氨基端前肽（PINP）是I型膠原合成的標(biāo)志物，一些學(xué)者采用微透析技術(shù)研究人體跟腱PICP和PINP的變化。Olesen研究發(fā)現(xiàn)，馬拉松運(yùn)動(dòng)員36 km、3 h運(yùn)動(dòng)后即刻，跟腱透液中PICP含量下降，但在72 h后升高［2］；經(jīng)過(guò)中等強(qiáng)度訓(xùn)練的男性上坡跑（3%，12 km/h，1 h）后，透析液中PICP也出現(xiàn)類(lèi)似的變化［3］，但后者與前者相比 PICP是中等程度的升高，這表明運(yùn)動(dòng)使局部膠原合成影響具有運(yùn)動(dòng)劑量依賴性。采用同位素標(biāo)志技術(shù)可更準(zhǔn)確測(cè)量肌腱中膠原變化，通過(guò)服用標(biāo)記的脯氨酸，隨后采用活檢技術(shù)研究膠原合成速率。健康男性單側(cè)踢腿（67%1RM，35 次/min，1 h）活檢組織，電鏡觀察表明肌腱組織正常，運(yùn)動(dòng)后6 h和24 h膠原合成速率增加，72 h開(kāi)始下降但升高仍顯著［4］，但是透析液中的PINP在72 h時(shí)顯著下降，出現(xiàn)了直接和間接指標(biāo)測(cè)試結(jié)果不一致，這有可能因?yàn)榍罢邽檫\(yùn)動(dòng)員，而后者為一般男性，也可能因?yàn)閷?duì)于這些人來(lái)說(shuō)相對(duì)負(fù)荷不同有關(guān)。而且女性進(jìn)行同樣的運(yùn)動(dòng)后PINP未見(jiàn)變化［5］，也表明運(yùn)動(dòng)后膠原合成的變化可能依賴于一定的激素水平。

mRNA水平可以反映膠原合成的變化，但也有研究證實(shí)膠原mRNA表達(dá)和蛋白水平的表達(dá)差別很小。（1）動(dòng)物研究：大鼠跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)（20 m/min，10%，40 min）后，跟腱前膠原Iα1 1 mRNA表達(dá)無(wú)顯著變化，但前膠原IIIα 11mRNA升高顯著［6］；12周運(yùn)動(dòng)后跟腱前膠原Iα11mRNA顯著增加，而前膠原IIIα11mRNA表達(dá)回復(fù)到原來(lái)水平［7］，這說(shuō)明跟腱在增加負(fù)載時(shí)會(huì)引起組織產(chǎn)生損傷，引起膠原III表達(dá)增加，組織學(xué)研究也證明此時(shí)出現(xiàn)膠原纖維扭曲和斷裂，而12周長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)后對(duì)這種負(fù)載已產(chǎn)生了適應(yīng)性，膠原III表達(dá)回復(fù)，主要承擔(dān)力的膠原I表達(dá)增多，組織學(xué)和力學(xué)研究也證實(shí)了該結(jié)論。這在另外一些研究中［8］也得到證實(shí)，即長(zhǎng)期訓(xùn)練后膠原III的表達(dá)會(huì)回復(fù)，表明肌腱對(duì)所處的力學(xué)環(huán)境已產(chǎn)生了適應(yīng)。而在有的研究中，大鼠經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后膠原I和膠原III的mRNA表達(dá)未見(jiàn)變化，可能與這些動(dòng)物進(jìn)行的都是自主運(yùn)動(dòng)［9，10］，相對(duì)負(fù)荷較小有關(guān)。（2）人體研究：目前有學(xué)者采用活檢技術(shù)研究了人體運(yùn)動(dòng)后肌腱中膠原的mRNA水平。健康年輕個(gè)體單側(cè)伸展運(yùn)動(dòng)（70%1RM，10 次/組，3組）， 膠原I和膠原IIImRNA在運(yùn)動(dòng)后4 h顯著下降，但24 h 回復(fù)到原來(lái)水平［11］。Heinemeier等采用Miller［4］研究中同樣的運(yùn)動(dòng)模式，采用活檢技術(shù)研究了運(yùn)動(dòng)后2 h、6 h及26 h組織膠原mRNA水平，但都未見(jiàn)變化［12］，這表明Miller等［4］的研究中蛋白水平表達(dá)升高并不是基于轉(zhuǎn)錄水平的提高，只能是翻譯速率的增加，中等強(qiáng)度的踢腿運(yùn)動(dòng)不足以使基因在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生變化。一些腦癱患者，由于經(jīng)常承受長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械負(fù)載，肌腱中的膠原I mRNA水平升高［13］。因此，可能對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)膠原表達(dá)的變化需要更高的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，這也再一次證明了運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)膠原合成和運(yùn)動(dòng)模式、時(shí)間和強(qiáng)度有關(guān)。

目前的研究表明，無(wú)論是采用微透析技術(shù)、同位素標(biāo)記還是PCR技術(shù)，肌腱承受較大載荷后產(chǎn)生適應(yīng)性變化是明確的，但研究結(jié)果略有不同，可能的機(jī)制與以下幾種因素有關(guān)：（1）肌腱上加載的負(fù)荷大小和頻率不同。負(fù)荷的大小可能在一定程度上影響著肌腱是生理性反應(yīng)還是病理性反應(yīng)，因此，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷在肌腱損傷過(guò)程中具有重要的作用。（2）不同研究對(duì)象肌腱的疲勞性不同。研究表明肌腱的疲勞性與其承載的載荷是相適應(yīng)的［14］，不同疲勞性的肌腱對(duì)負(fù)載的反應(yīng)顯然也是不同的。（3）測(cè)量的方法及部位的不同。雖然在一定程度上mRNA水平高低可以反映膠原合成，但是以蛋白表現(xiàn)還是翻譯的過(guò)程尚不清楚。另外，肌腱組織在不同位置代謝不同［10,15］，在不同位置進(jìn)行取樣如活檢的位置可能會(huì)影響研究結(jié)果。此外，由于一些研究中僅從分子角度研究了適應(yīng)性變化，無(wú)法知道運(yùn)動(dòng)后肌腱組織學(xué)或力學(xué)上的變化，故不能確定是否產(chǎn)生了微損傷或修復(fù)，而且由于大多研究中的負(fù)載都采用了較大的負(fù)載，所以很難說(shuō)以上這些膠原的合成反應(yīng)，是一種生理適應(yīng)性的反應(yīng)還是疲勞亞損傷的反應(yīng)。因此，使用同一研究對(duì)象、同一種研究方法和不同大小的負(fù)荷，來(lái)研究肌腱的過(guò)度使用損傷的發(fā)生機(jī)制就顯得特別重要。

2 疲勞載荷下肌腱膠原的合成

早期研究Birch等［16］發(fā)現(xiàn)老年賽馬淺趾屈肌腱的中間區(qū)域與外周區(qū)域相比具有顯著高的膠原III，這可能和老年馬的中間區(qū)域較外周區(qū)域承載較高有關(guān)。現(xiàn)在一些學(xué)者通過(guò)對(duì)肌腱進(jìn)行不同程度的疲勞負(fù)荷加載，來(lái)分析肌腱疲勞損傷后早期的基因反應(yīng)。Fung［17］研究中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于肌腱斷裂，在撕裂肌腱中僅表現(xiàn)為膠原ImRNA的增加，不同的是不同疲勞負(fù)載下[0.6%（低）、1.7% （中）、3.5%（高）]肌腱產(chǎn)生更多的反應(yīng)，3種膠原亞型表達(dá)都發(fā)生了變化，但不同疲勞負(fù)載膠原變化不同。該研究發(fā)現(xiàn)：（1）肌腱低水平疲勞后1 d和3 d膠原ImRNA下調(diào)，而中等水平其沒(méi)有變化，但高水平在負(fù)載后1 d和3 d表達(dá)顯著增加。（2）低水平疲勞負(fù)載和中等水平疲勞負(fù)載，膠原IIImRNA顯著增加，但第3 d時(shí)降到原來(lái)水平；高水平負(fù)載后膠原IIImRNA水平在第1 d時(shí)未見(jiàn)變化，但在第3 d時(shí)增加。（3）膠原VmRNA表現(xiàn)同樣的模式，在低水平和中等水平及高水平疲勞時(shí)逐漸增多，但高水平增加幅度大。

Sun等［18］也比較了不同疲勞載荷下肌腱中膠原的變化，大鼠髕腱分別施加了低周載荷（100次）和高周載荷（7 200次），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）低周負(fù)載后1 d膠原ImRNA沒(méi)有顯著變化，但在7 d后顯著上調(diào)，而高周負(fù)載在7 d后下調(diào)。（2）低周負(fù)載后1 d時(shí)膠原IIImRNA上調(diào)7 d后回復(fù)，而高周負(fù)載后膠原IIImRNA一直上調(diào)，且高周負(fù)載上調(diào)幅度大于低周負(fù)載。（3）高、低周負(fù)載后均引起膠原VmRNA的上調(diào)，但具有周期依賴性。（4）膠原XIImRNA低周載荷較高周載荷上調(diào)，髕腱疲勞加載后1 d和7 d顯著不同，具有加載周期依賴性。

通常情況下肌腱中主要為膠原I，膠原III被認(rèn)為是在肌腱愈合早期新合成ECM的主要組分［19］，膠原V是在肌腱血管壁和降解的成年肌腱中發(fā)現(xiàn)的[20]，而且已有研究認(rèn)為膠原V在調(diào)節(jié)膠原裝配過(guò)程中具有重要的作用［21］。肌腱損傷后膠原III表達(dá)增多，在損傷10 d后達(dá)峰值，保持較穩(wěn)定狀態(tài)到28 d隨后逐漸降到損傷前水平[22]。膠原I在損傷后也增加但很慢，因此，膠原III可能在損傷的早期階段具有重要的作用，而膠原I在后期具有作用。

在低疲勞損傷后膠原I的下調(diào)和膠原III、膠原V的上調(diào)反映了低損傷早期階段的分子反應(yīng)。膠原XII與膠原I和蛋白多糖相互作用，連接了膠原纖維之間和膠原纖維與其它ECM組分之間，可能在維持正常ECM穩(wěn)定中維持組織的組分具有一定的作用。因此，低載下膠原I和膠原XII表達(dá)的上調(diào)，可能代表了肌腱肥大適應(yīng)性反應(yīng)，膠原III表達(dá)的持續(xù)增加意味著微損傷的積累。

3 生長(zhǎng)因子在肌腱膠原合成中的作用

有關(guān)肌腱在機(jī)械負(fù)載下膠原表達(dá)變化的機(jī)制尚不清楚，一些離體和在體研究表明，機(jī)械負(fù)載下膠原合成的增多可能是負(fù)載下一些生長(zhǎng)因子表達(dá)的增多。這些生長(zhǎng)因子包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-β1）、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF）、胰島素生長(zhǎng)因子（IGF-I）和白介素-6（IL-6）等。

TGF-β1在調(diào)節(jié)肌腱膠原表達(dá)中具有一定作用，韌帶［23］和髕腱成纖維細(xì)胞負(fù)載誘導(dǎo)產(chǎn)生［24］的膠原I和膠原III，直接依賴于TGF-β1的活性，機(jī)械負(fù)載可以誘導(dǎo)TGF-β1的表達(dá)[25]。健康男性運(yùn)動(dòng)后跟腱TGF-β1水平升高［3］，但此研究透析液中TGF-β1的升高可能有一部分來(lái)自于循環(huán)血液；進(jìn)行不同類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)4 d后，在最后一次訓(xùn)練后24 h跟腱TGF-β1mRNA水平顯著升高，而且這種升高與膠原表達(dá)上調(diào)相一致［26］。但大鼠12周跑步和力量訓(xùn)練及7周的自主負(fù)載跳躍，TGF-β1mRNA水平未見(jiàn)變化，而且膠原表達(dá)也未見(jiàn)變化［9,10］。Heinemeier等采用Miller[3]研究中同樣的運(yùn)動(dòng)模式，使用活檢技術(shù)研究健康男性，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后不僅膠原mRNA水平未見(jiàn)變化，TGF-β1 mRNA水平也未見(jiàn)變化［12］。這些研究表明，TGF-β1對(duì)機(jī)械負(fù)載的反應(yīng)及對(duì)膠原合成的誘導(dǎo)，也是受負(fù)載的大小影響的。而在腱病中，TGF-β1的表達(dá)雖然增加，但是TGF-βR1的表達(dá)僅分布于血管，而在基質(zhì)中的分布較少，表明TGF-β1通路可能在腱病發(fā)展中因其受體的缺少而阻斷［27］。也有學(xué)者采用2周注射TGF-β1成功建立了腱病模型［28］，因此，TGF的作用可能具有“雙面性”，TGF-β1在疲勞性損傷發(fā)展過(guò)程的作用，還有待進(jìn)一步探討。

CTGF被認(rèn)為在成纖維中TGF-β1誘導(dǎo)膠原合成的下游介質(zhì)［29］，但很少有數(shù)據(jù)表明CTGF在肌腱中的作用。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)兔子肌腱細(xì)胞，在80 h積累性低重復(fù)負(fù)載下CTGF陽(yáng)性量增多［30］，但使用同樣的模型發(fā)現(xiàn)對(duì)CTGFmRNA水平?jīng)]有影響［31］。同樣，大鼠進(jìn)行4 d抗阻訓(xùn)練后，雖然膠原mRNA水平升高，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CTGF的表達(dá)出現(xiàn)顯著變化［26］，而且大鼠12周跑步和力量訓(xùn)練后CTGFmRNA沒(méi)有變化［9］，同樣的運(yùn)動(dòng)模式后不僅膠原mRNA水平未見(jiàn)變化，CTGF的mRNA水平也沒(méi)有變化［12］。這些結(jié)果表明，應(yīng)進(jìn)一步思考CTGF在肌腱負(fù)載后的調(diào)節(jié)作用。

IGF-I是一個(gè)負(fù)載下膠原合成增多的因子。離體研究表明，IGF-I以劑量依賴式方式誘導(dǎo)膠原I的合成［32］；而系統(tǒng)補(bǔ)給生長(zhǎng)激素可以同時(shí)誘導(dǎo)IGF-I和膠原的表達(dá)［33］。早期的研究發(fā)現(xiàn)肌腱中IGF-I的出現(xiàn)是由于機(jī)械刺激的誘導(dǎo)［34］，增加跖肌腱的負(fù)荷后8 d的IGF-1mRNA表達(dá)增多，與膠原I表達(dá)相一致［35］；4 d不同類(lèi)型力量運(yùn)動(dòng)后IGF-IEa和MGFmRNA水平顯著增加［36］；但成熟大鼠進(jìn)行12周跑步訓(xùn)練后組織學(xué)顯示未產(chǎn)生病理變化，膠原III和IGF-I基因表達(dá)顯著增加［37］，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后透析液中IGF-I含量雖然沒(méi)有變化，但I(xiàn)GFBP-I含量增加，意味著其生物效應(yīng)的增加［2］。大鼠跑步訓(xùn)練后約12周開(kāi)始出現(xiàn)腱病，此時(shí)IGFI開(kāi)始顯著增加，IRS-I磷酸化在16周顯著增多，而且和IGF-I具有相關(guān)性[34]。因此，IGF-I可能是肌腱在增加負(fù)載或改變負(fù)載時(shí)，發(fā)生適應(yīng)變化或出現(xiàn)病理性變化。

IL-6由成纖維細(xì)胞分泌，參與膠原的代謝。離體研究表明，循環(huán)雙向拉伸15 min可以增加IL-6的分泌，且一直保持到8 h后［38］。長(zhǎng)時(shí)間的跑步運(yùn)動(dòng)跟腱透析液中的IL-6顯著增加，并與膠原合成增加相一致（PINP）［39］，而且比血液中高出40倍，比肌肉中高10倍，這表明IL-6可由結(jié)締組織分泌［3］。但在36 km的跑步運(yùn)動(dòng)中，跟腱IL-6沒(méi)有增加，且膠原合成也沒(méi)有增加，這可能與該運(yùn)動(dòng)屬于較大的應(yīng)激，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)超過(guò)生理承受范圍，表明IL-6受到運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的影響。

4 小結(jié)

大多數(shù)研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)肌腱會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)，上調(diào)膠原I和膠原III的合成，但也有一些不同的研究結(jié)果，主要與相對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)載的大小有關(guān)。不同疲勞負(fù)載下肌腱產(chǎn)生更多的反應(yīng)，膠原亞型表達(dá)不同的變化，具有載荷劑量依賴性。低疲勞水平運(yùn)動(dòng)會(huì)使膠原I合成上調(diào)，產(chǎn)生有益力學(xué)環(huán)境的重塑；而高水平的疲勞載荷膠原III表達(dá)持續(xù)升高，意味著肌腱病理性損傷，但這種損傷并不像肌腱撕裂那樣可引起典型的愈合反應(yīng)。一些生長(zhǎng)因子有上調(diào)膠原合成的作用，但在機(jī)械負(fù)載下的上調(diào)是適應(yīng)性反應(yīng)還是病理性反應(yīng)，也即它們的雙面性還需要進(jìn)一步的探討。

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