TSG—6抑制瘢痕形成、促进腱—骨愈合作用的研究进展

来源:用户上传      作者:

　　[摘要] 运动系统损伤包括肌腱、韧带、软骨等软组织损伤，是我国青壮年常见病。因原组织再生能力较弱，瘢痕形成及局部炎症演变，增加了后期创伤型关节炎的风险。目前针对运动系统损伤治疗采用生长因子干预较为热门，TSG-6被发现可调节损伤信号的反应而减少炎症，防止纤维血管组织的形成，改善了愈合肌腱-骨界面的结构和附着强度，具有促进软骨形成和腱-骨愈合作用。本文就TSG-6抑制瘢痕形成、促进腱-骨愈合、保护软骨方面的研究作一综述。
　　[关键词] TSG-6；腱-骨愈合；软骨修复；肌腱损伤；干细胞移植
　　[中图分类号] R619.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2019）04（a）-0056-04
　　[Abstract] Locomotor system injuries includes the injuries of tendons， ligaments， cartilage and other soft tissue injuries， which is a common disease in young adults in China. Because the original tissue regeneration ability is weak， scar formation and local inflammation evolution increase the risk of later traumatic arthritis. The ability of the original tissue regeneration is weak， leading to scar formation and local inflammation evolution， which increase the risk of later traumatic arthritis. At present， the use of growth factor intervention for the treatment of locomotor system injury is more popular. TSG-6 was found to regulate the response of injury signals to reduce inflammation， prevent the formation of fibrous vascular tissue， improve the structure and adhesion strength of the healing tendon-bone interface， which promotes cartilage formation and tendon-bone healing. This paper will elaborate on the study of TSG-6 inhibition of scar formation， promotion of tendon-bone healing， and protection of cartilage.
　　[Key words] TSG-6； Tendon-bone healing； Cartilage repair； Tendon injury； Stem cell transplantation
　　肌腱損伤是常见的软组织损伤，腱-骨结构损坏自身修复愈合能力较弱。随着损伤时间的延长逐渐出现疼痛、关节活动受限、关节不稳、关节退行性变等多种并发症。肩袖损伤、前交叉韧带（ACL）撕裂是常见的运动损伤。骨-髌骨肌腱-骨移植（BPTB）的应用多年来一直被认为是治疗ACL撕裂“金标准”[1]，然而，许多患者可能会经历移植失败，需要修改ACL重建才能恢复正常生活。重建ACL的结果通常比第一次手术更糟糕，ACL重建手术失败率3～4倍于初次手术[2]，肌腱-骨连接点的损伤使肌腱与骨交界处的纤维软骨形成困难，瘢痕愈合的结果使肌腱附着点不稳定，术后肌腱残端和骨插入点的恢复能力受到很大限制，容易发生二次撕裂[3]。肌腱-骨连接界面修复和重建的核心问题是肌腱与骨之间的纤维软骨层在肌腱-骨连接界面的修复，以及正常肌腱-骨连接结构的形成[4]。随着生物科技的进步至目前为止国内外已有多种新型治疗方式报道[5-9]。近年来基础研究和临床实践中发现小分子化合物TSG-6能控制局部炎症，抑制瘢痕组织形成，有利于创伤后腱骨愈合。
　　1 TSG-6的结构及作用
　　TSG-6是TNF刺激的基因-6的分泌蛋白产物，在大多数情况下，TSG-6具有抗炎和组织保护作用。TSG-6是由间充质干细胞/基质细胞（MSCs）对炎症信号的反应产生的，它介导了许多免疫调节和修复活动。TSG-6是一种相对较小的蛋白质，分子量仅为35～38 kD，主要由两个模块结构域组成。TSG-6已发现的生理作用包括免疫和基质细胞功能的调节及其对细胞外基质形成及重塑。TSG-6有能力调节基质组织，控制基质分子与细胞表面受体和细胞外信号因子（如趋化因子）的结合，这可能是其多种功能的基础。在这方面，TSG-6与大量配体相互作用，如糖胺聚糖（GAGS）、蛋白多糖（PG）核心蛋白和其他基质成分，并直接与多种趋化因子和骨形态发生蛋白（BMPs）结合。
　　2 TSG-6抑制瘢痕形成、促进腱-骨愈合及保护软骨的作用
　　2.1 TSG-6抑制瘢痕形成
　　纤维化和瘢痕是许多疾病过程的结束阶段。胶原纤维最初在损伤组织的修复过程中提供了必要的强度，通常会大量合成，成为限制组织内源性细胞再生的不可逆性的纤维沉积物[10]。TSG-6可以抑制胶原Ⅰ、Ⅱ的合成，诱导成纤维细胞的凋亡并减轻肥大的瘢痕形成。Wang等[11]在12只兔耳上作6 mm全厚度圆形伤口。将TSG-6和PBS分别在右侧和左侧耳廓伤口内注射。检测炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α及Ⅰ、Ⅲ型胶原的表达，评价瘢痕形成程度。结果提示TSG-6在兔耳创面愈合和瘢痕化过程中具有抗炎作用，显著减少增生性瘢痕的形成。张苏文等[12]发现TSG-6在体外能够抑制人病理性瘢痕成纤维细胞的增殖并促进其凋亡，并提出TSG-6对细胞的抑制作用可能与TSG-6抑制PCNA基因表达有关。Foskett等[13]在博莱霉素所致肺损伤小鼠模型中，我们发现抑制炎症早期可明显降低肺纤维化程度，改善动脉血氧饱和度和存活率。 　　2.2 TSG-6对腱骨愈合的促進作用
　　运动系统损害后关节内外出血、肿胀、炎性反应、瘢痕愈合增加腱骨愈合难度，若能抑制炎性反应及瘢痕组织形成，创造物瘢痕愈合环境有利于创伤后腱骨愈合。Cheng等[14]对45只大鼠行单侧断端离断及冈上肌腱修复术。结果显示实验组的极限应力明显高于对照组。从中发现TSG-6介导TDSCs的功能，改善肌腱-骨界面的结构和附着强度。Inoue等[15]发现早幼粒白血病锌指（PLZF）是上调基因之一，TSG-6基因是成骨细胞分化过程中下调的基因之一。实验中腺病毒载体介导TSG-6在hMSCs中的过表达，阻断BMP诱导的成骨细胞分化，抑制成骨细胞特异性基因COL1A1和ALP的表达。TSG-6的这些作用有望使骨骼中的形成/吸收平衡向吸收方向转变，这可能至少部分地解释了炎症性关节炎的骨丢失。TSG-6的过度表达为平滑肌及内皮细胞提供了生长优势，有助于运动系统损伤后局部血供的重建，对腱骨愈合有促进作用。
　　2.3 TSG-6保护软骨作用
　　TSG-6是根据一系列炎症介质而表达的，并且已经在OA患者的滑液中高水平检测到。TSG-6已被证明可以保护关节免受炎性关节炎的损伤，其含量减少可加剧导致炎性关节炎的严重程度。Lympany等[16]构建软骨降解的小鼠OA模型，以10～12周龄雄性TSG-6/、TSG-6+/+和TSG-TG（过表达）小鼠为实验对象，切断半月板-胫骨内侧韧带（DMM）诱导OA。假手术组仅行囊切开术。对侧膝关节行DMM术小鼠和假手术小鼠均作为对照组。术后8～12周，根据OARSI指南进行关节切片，评估软骨退化的严重程度。与对照组相比，TSG-6在WT小鼠的DMM手术后6 h受到高度调节。15个炎症相关基因如IL-1α和Adamts 5在TSG-6中显著高于DMM对照组小鼠。TSG-6转基因小鼠在术后12周表现出与WT组相比软骨降解减少。实验结果表明TSG-6对小鼠OA具有抗炎和软骨保护作用。
　　3 TSG-6在关节炎进程中发挥的作用
　　3.1 TSG-6控制关节炎症的作用
　　TSG-6含有透明质酸结合的连接结构域，并且可以与在与炎症相关的蛋白酶网络中重要的α-抑制剂（I/I）形成稳定的共价复合物。许多研究证实了TSG-6的抗炎作用[17-18]。既往研究证明关节疾病（包括OA和RA）患者的滑膜液和软骨中存在TSG-6[19]，然而同期血清TSG-6水平升高不明显。IL-1、TNF等炎症因子和PDGF、TGF-β等转化因子均可诱导滑膜细胞以及软骨细胞TSG-6表达，有研究[20]表明将TSG-6基因从BALB/c小鼠中去除后，蛋白多糖诱导的关节炎的进展和严重程度明显高于正常小鼠。炎症早期关节滑膜有大量白细胞浸润。血清IL-6、IL-1等炎性细胞因子水平升高，损伤关节内炎症介质增多，导致软骨退化、骨侵蚀、强直和畸形。Liu等[21]发现MSCs和TSG-6对活化的小胶质细胞的促炎症介质的表达有明显的抑制作用。TSG-6沉默后，MSCs对小胶质细胞的影响减弱。TSG-6对LPS刺激的BV2小胶质细胞核因子（NF）-κB和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的激活有明显的抑制作用。Watt等[22]在牛津大学的一份研究中表明自身免疫性关节炎的小鼠模型也与TSG-6的抗炎和软骨保护作用有关。
　　3.2 TSG-6加重关节炎症的作用
　　TSG-6活性也是膝关节炎症的特异性标志，炎症与膝OA的发生和进展有关[23-24]，TSG-6在慢性OA中的主要作用似乎不同于急性关节损伤或自身免疫性关节炎中表现出抗炎、软骨保护的作用。Broeren等[25]将重组TSG-6或慢病毒TSG-6载体注入C57BL/6J小鼠与荧光素酶对照组相比TSG-6表达的基因治疗不能在实验性骨关节炎中起到软骨保护作用，反而导致异位骨形成增加。Chou等[26]对25例膝骨关节炎滑膜液（SFS）中TSG-6介导的重链转移（TSG-6）活性及其与炎症介质的关系进行定量分析。结果表明虽然TSG-6在损伤关节软骨和半月板软骨及细胞因子处理的软骨细胞中高表达，但IαⅠ复合物（含HC1）的软骨表达很少或不表达。TSG-6破坏了HA-aggrecan的组装。IαI由软骨外供应，仅穿透软骨表面，限制TSG-6活性（HC向该区域的转移）。OA软骨中深区的TSG-6可能会阻断基质的组装，导致骨关节炎的合成徒劳无功，增加OA进展的风险。
　　4 小结
　　强大的炎症和免疫反应系统保护我们免受各种微生物的侵害。然而，过度的炎症和免疫反应可能会威胁到各种疾病促进。腱-骨愈合是修复肌腱损伤、防止再撕裂的关键，应用各种来源的干细胞及细胞因子等生物治疗方法在促进腱-骨愈合方面受到了广泛关注。TSG-6可降低巨噬细胞内核因子-κB（NF-κB）信号，从而调节促炎细胞因子的级联减少关节炎性反应[27]。TSG-6抑制关节内瘢痕组织形成，降低炎症瀑布期炎性因子高峰及对腱-骨愈合不利影响，同时具有保护软骨，创造无瘢痕愈合条件，与药物释放系统整合后能更好地发挥效能。TSG-6的应用可为临床治疗多类因素导致的关节损伤及提高腱骨愈合的疗效提供新的解决办法。
　　[参考文献]
　　[1] Hospodar SJ，Miller MD. Controversies in ACL reconstruction：bone-patellar tendon-bone anterior cruciate ligament reconstruction remains the gold standard [J]. Sports Med Arthrosc Rev，2009，17（4）：242-246.
　　[2] Rothrauff BB，Tuan RS. Cellular therapy in bone-tendon interface regeneration [J]. Organogenesis，2014，10（1）：13-28. 　　[3] Hernigou P，Merouse G，Duffiet P，et al. Reduced levels of mesenchymal stem cells at the tendon-bone interface tuberosity in patients with symptomatic rotator cuff tear [J]. Int Orthop，2015，39（6）：1219-1225.
　　[4] Huegel J，Williams AA，Soslowsky LJ. Rotator cuff biology and biomechanics：a review of normal and pathological conditions [J]. Curr Rheumatol Rep，2015，17（1）：476.
　　[5] Ferretti C，Mattioli-Belmonte M. Periosteum derived stem cells for regenerative medicine proposals：boosting current knowledge [J]. World J Stem Cells，2014，6（2）：266-277.
　　[6] Takayama K，Kawakami Y，Mifune Y，et al. The effect of blocking angiogenesis on anterior cruciate ligament healing following stem cell transplantation [J]. Biomaterials，2015，60（8）：9-19.
　　[7] Kim JG，Kim HJ，Kim SE. Enhancement of tendon-bone healing with the use of bone morphogenetic protein-2 inserted into the suture anchor hole in a rabbit patellar tendon model [J]. Cytotherapy，2014，16（6）：857-867.
　　[8] Han F，Zhang P，Sun Y，et al. Hydroxyapatite-doped polycaprolactone nanofiber membrane improves tendon-bone interface healing for anterior cruciate ligament reconstruction [J]. Int J Nanomedicine，2015，10：7333-7343.
　　[9] Hu J，Yao B，Yang X，et al. The immunosuppressive effect of Siglecs on tendon-bone healing after ACL reconstruction [J]. Med Hypotheses，2015，84（1）：38-39.
　　[10] Prockop DJ. Inflammation，fibrosis，and modulation of the process by mesenchymal stem/stromal cells [J]. Matrix Biol，2016，51：7-13.
　　[11] Wang H，Chen Z，Li XJ，et al. Anti-inflammatory cytokine TSG-6 inhibits hypertrophic scar formation in a rabbit ear model [J]. Eur J Pharmacol，2015，751：42-49.
　　[12] 張苏文，李小静，陈钊.TSG-6对人病理性瘢痕成纤维细胞增殖与凋亡的影响[J].安徽医科大学学报，2016， 51（1）：102-105.
　　[13] Foskett AM，Bazhanov N，Ti X，et al. Phase-directed therapy：TSG-6 targeted to early inflammation improves ble-omycin-injured lungs [J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2014，306：L120-L131.
　　[14] Cheng B，Ge H，Zhou J，et al. TSG-6 mediates the effect of tendon derived stem cells for rotator cuff healing[J]. EurRev Med Pharmacol Sci，2014，18：247-251.
　　[15] Inoue I，Ikeda R，Tsukahara S. Current topics in pharmacological research on bone metabolism：promyelotic leu-kemia zinc finger（PLZF）and tumor necrosis factor-alpha-stimulated gene 6（TSG-6） identified by gene expression analysis play roles in the pathogenesis of ossification of the posterior longitudinal ligament [J]. Pharmacol Sci，2006，100（3）：205-210.
　　[16] Lympany S，Zarebska J，Chanalaris A，et al. TSG-6 is in part responsible for fgf2-dependent chondroprotection in murine osteoarthritis [J]. Osteoarthritis and Cartilage，2017（25）：S298. 　　[17] Lin QM，Zhao S，Zhou LL，et al. Mesenchymal stem cells transplantation suppresses inflammatory responses in global cerebral ischemia：contribution of TNF-alpha-induced protein 6 [J]. Acta Pharmacol，2013，34（6）：784-792.
　　[18] Nagyeri G，Radacs M，Ghassemi-Nejad S，et al. TSG-6 protein，a negative regulator of inflammatory arthritis，forms a ternary complex with murine mast cell tryptases and heparin [J]. J Biol Chem，2011，286（26）：23559-23569.
　　[19] Bayliss MT，Howat SL，Dudhia J，et al. Up-regulation and differential expression of the hyaluronan-binding protein TSG-6 in cartilage and synovium in rheumatoid arthritis and osteoarthritis [J]. Osteoarthritis Cartilage，2001，9（1）：42-48.
　　[20] Szanto S，Bardos T，Gal I，et al. Enhanced neutrophil extravasation and rapid progression of proteoglycan-induced arthritis in TSG-6-knockout mice [J]. Arthritis Rheum，2004，50（9）：3012-3022.
　　[21] Liu Y，Zhang R，Yan K. Mesenchymal stem cells inhibit lipopolysaccharide-induced inflammatory responses of BV2 microglial cells through TSG-6 [J]. Neuroinflammation，2014，11：135.
　　[22] Watt FE，Paterson E，Freidin A，et al. Acute Molecular changes in synovial fluid following human knee injury：association with early clinical outcomes [J]. Arthritis Rheumatol，2016，68（9）：2129-2140.
　　[23] Atukorala I，Kwoh CK，Guermazi A，et al. Synovitis in knee osteoarthritis：a precursor of disease？[J]. Ann Rheum Dis，2016，75：390-395.
　　[24] Daghestani HN，Kraus VB. Inflammatory biomarkers in osteoarthritis [J]. Osteoarthritis Cartilage，2015，23（11）：1890-1896.
　　[25] Broeren MGA，Di Ceglie I，Bennink MB，et al. Treatment of collagenase-induced osteoarthritis with a viral vector encoding TSG-6 results in ectopic bone formation [J]. Peer，2018，6：e4771.
　　[26] Chou CH，Attarian DE，Wisniewski HG. TSG-6-a double-edged sword for osteoarthritis （OA）[J]. Osteoarthritis and Cartilage，2018，26（2）：245-254.
　　[27] Yang H，Tian W，Wang S，et al. TSG-6 secreted by bone marrow mesenchymal stem cells attenuates intervertebral disc degeneration by inhibiting the TLR2/NF-κB signaling pathway [J]. Lab Invest，2018，98（6）：755-772.
　　（收稿日期：2018-10-19 本文編辑：苏 畅）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-14704060.htm