临床研究 | MicroRNAs在肌腱损伤、修复和相关组织工程中的作用

近日，中南大学湘雅二医院骨科-运动医学团队联合美国梅奥诊所骨科在国际顶级期刊《Biomaterials》(IF=12.479,中科院1区)发表了题为“The Role of MicroRNAs in Tendon Injury, Repair, and Related Tissue Engineering”的综述文章,本文涵盖了microRNAs (miRNAs) 的生物合成，其在肌腱损伤、修复和组织工程中的作用，以及未来miRNAs治疗的临床应用前景和挑战。我院骨科刘骞副研究员为本文第一作者,中南大学湘雅二医院为第一作者单位。

肌腱损伤是骨骼肌肉系统最常见的疾病之一，其发病原因包括创伤、慢性劳损、衰老、炎症和遗传因素等。与骨骼及肌肉组织不同的是，肌腱组织“天生”细胞含量少，并且血运不丰富，一旦损伤后缺乏较好的自我修复能力。

目前，临床上肌腱损伤常用的治疗方法如运动康复、激素注射和手术干预等均伴随较高的失败率，特别是瘢痕组织的形成，会严重损害肌腱组织的强度和功能。据统计，近1/3的手指屈肌腱损伤后会产生瘢痕黏连 (Dy et al, 2012)。

此外，慢性肌腱病是髌腱、跟腱和肩袖肌腱损伤的最常见原因，其特征性病理改变包括胶原纤维排列紊乱、细胞外基质合成失调和微血管增生。正常肌腱主要由I型胶原蛋白和少量III型胶原蛋白构成。然而在慢性肌腱病的肌腱中，III型胶原蛋白合成增加且不会随时间被I型胶原蛋白替代。由于III型胶原蛋白往往形成较细且随机排列的纤维，导致肌腱力学强度不足，最终发生肌腱断裂 (Maffulli et al, 2000) 。

为了促进肌腱愈合和功能恢复，以miRNAs为代表的“cell-free”治疗成为近年来学界关注的焦点。

迄今为止，已鉴定出约 2,600 个miRNAs参与人体60% 以上的编码基因调控。miRNAs 的独有特征是通常以部分配对的方式与靶 mRNA 结合，这意味着单个miRNA 能够调节数百个靶基因，对涉及细胞增殖、迁移、分化或凋亡的众多生物学过程产生巨大影响。虽然有时作为增强剂，但miRNAs主要介导基因沉默，其表达水平被认为与损伤组织的再生潜能成反比。

近来，大量证据表明miRNAs在维持正常组织稳态中发挥关键作用，并且与慢性肌腱病的发生息息相关(Moro et al, 2019; Plachel et al, 2020)。如果损伤组织中某些特定miRNAs的功能得以选择性地调控，参与组织修复相关靶基因将有望被激活，从而实现组织再生。

在参与肌腱愈合的各种生长因子中，TGF-β1 是介导瘢痕形成的主要因子。以纳米颗粒或腺病毒为载体引入miRNA沉默TGF-β1基因后，肌腱细胞内的TGF-β1蛋白合成被显著抑制，同时肌腱损伤处的瘢痕黏连减少，肌腱的滑动性能明显提高。

另一个主要的瘢痕化调节因子是 miR-29。既往研究显示miR-29b 通过抑制成纤维细胞增殖和 TGF-β1/Smad3 通路促进肌腱愈合（Chen et al, 2014）。对于伴有冻结肩的肩袖损伤患者，全身(血清)及局部（滑囊组织和细胞） 的miR-29a表达下降与肩峰下滑囊纤维化密切相关。当在 miR-29a 过表达小鼠模型中诱导肩袖损伤时，与野生型小鼠相比，伤侧肢体的组织纤维化、炎症反应和步态均显着改善，这源于miR-29a对III型胶原基因的靶向沉默。

miRNA治疗一般分为miRNA抑制治疗和 miRNA 替代治疗。前者通过使用抗 miRs 或 miRNA 抑制剂，后者则是通过引入外源性miRNA模拟物增加细胞内的总 miRNA。鉴于miRNA 全身给药后会被机体快速清除，其治疗成功的关键在于靶组织或器官的局部持续给药。miRNA功能化支架即具备上述特点，从而可以最大程度发挥 miRNA 的功能。

值得注意的是，虽然近年来已有多种生物材料用于miRNA给药，如水凝胶、胶原-纳米羟基磷灰石支架、电纺支架和微球等，但在肌腱再生领域仍是空白。基于相似的设计理念和成熟的miRNA装载技术，并借鉴已有的miRNA 给药系统，我们不难构建专门针对肌腱组织工程的给药平台。更为重要的是，一系列具备多相结构的生物仿生支架相继被开发并展现出较好的应用效果。 

因此，通过联合仿生支架及miRNA 给药系统有望对肌腱损伤后的修复和再生产生产生积极的协同作用。

刘骞

 

编辑：范憬怡 沙丽娜

审核：赵晓华

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