分泌型白细胞蛋白酶抑制剂对大鼠腱-骨愈合的影响

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背景腱-骨愈合一直是运动医学研究领域的热点与难点,因为肌腱与骨之间组织学的差异及腱-骨愈合复杂且缓慢的过程常常导致前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)重建后较难恢复到正常腱-骨止点的生理结构,愈合的生物力学强度较低甚至发生再损伤导致重建手术失败,因此找到一个有效促进腱-骨愈合的方法至关重要。目的通过体外及体内实验共同探索分泌型白细胞蛋白酶抑制剂(secretory leukocyte protease inhibitor,SLPI)对大鼠ACL重建后腱-骨愈合的影响。方法体外实验:首先对大鼠骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)行成骨诱导分化及SLPI过表达处理,通过实时荧光定量PCR(qPCR)检测成骨分化相关基因Runx2、ALP、OCN、OPN等的表达水平,初步判断SLPI对BMSCs成骨分化能力的影响;另外用细胞划痕实验评价SLPI对大鼠BMSCs迁移活动能力的影响。体内实验:采用大鼠单侧膝关节ACL重建的模型,36只SD大鼠随机分为SLPI组及对照组(Ctrl组),SLPI组在移植肌腱周围注射混合了 SLPI重组蛋白的纤维蛋白凝胶,对照组则仅注射等量纤维蛋白凝胶,在重建术后第2周、4周及8周,将动物处死取材,并通过组织学观察、micro-CT分析及生物力学测试综合评价SLPI对大鼠ACL重建后腱-骨愈合的影响。结果qPCR结果提示SLPI上调了 BMSCs成骨分化不同阶段相关基因Runx2、ALP、OCN及OPN的表达水平,初步证明SLPI可以提高大鼠BMSCs的成骨分化能力。相对较高的划痕愈合率表明SLPI可以提高大鼠BMSCs的迁移活动能力。而对腱-骨界面的组织形态学观察及评分的结果显示,在各ACL重建术后时间点,SLPI组腱-骨界面有更厚的连续新骨生成,且相较于对照组,腱-骨界面更早地出现排列有序的胶原纤维组织及软骨样细胞,SLPI组腱-骨界面的组织形态学评分较对照组高,在4周和8周时差异具有显著性;腱-骨界面的免疫组织化学染色结果显示,SLPI组术后早期样本的腱-骨界面有更高的成骨分化相关标志物Runx2的表达水平,而OCN则在4周时及8周时开始表达上调。micro-CT扫描及分析发现,SLPI组的移植肌腱周围有更多的新骨形成,且同样时间点中SLPI组胫骨骨隧道横截面积较对照组更小。最后生物力学测试评价腱-骨愈合强度的结果表明,SLPI组移植肌腱在术后第8周时具有更高的最大失效拉力和刚度。结论综合体外及体内的研究结果说明,SLPI可以提高大鼠BMSCs的迁移活动能力及成骨分化能力,并可以在体内促进腱-骨界面成骨分化的过程,从而在移植肌腱周围形成更多新生骨质,最终提高了早期腱-骨愈合的生物力学强度。本研究为促进腱-骨愈合提供了新的观点,可为临床上韧带重建治疗中促进腱-骨早期的愈合提供新的方向。
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