KGN修復軟骨、促進腱-骨愈合作用的研究進展

丁偉，譚洪波

(解放軍昆明總醫院，昆明650032)

KGN修復軟骨、促進腱-骨愈合作用的研究進展

丁偉，譚洪波

(解放軍昆明總醫院，昆明650032)

交叉韌帶斷裂、肩袖損傷等肌腱損傷是常見的運動損傷，腱-骨連接結構愈合是其治療關鍵,但其愈合困難是目前臨床一大難題。促進腱-骨愈合是修復肌腱損傷、防止再撕裂的關鍵，但是目前還沒有能有效、持續促進肌腱損傷修復術后腱-骨連接結構恢復的方法。應用各種來源的干細胞及細胞因子等生物治療方法在促進腱-骨愈合方面受到了廣泛關注，其中骨髓間充質干細胞(BMSCs)是研究的熱點。小分子化合物Kartogenin(KGN)被發現能夠顯著誘導BMSCs向軟骨分化，具有極強的促進軟骨形成和腱-骨愈合作用，且與藥物釋放系統整合后能更好的發揮效能。本文就KGN修復軟骨、促進腱-骨愈合方面的研究作一綜述，為臨床上促進軟骨修復、提高腱-骨損傷的治療效果提供新思路。

Kartogenin；腱-骨愈合；骨髓間充質干細胞；軟骨修復；肌腱損傷

肌腱損傷是常見的運動系統損傷，腱-骨損傷后自身修復愈合困難。隨著損傷時間的延長會導致關節不穩、關節退變等嚴重并發癥，通常需要交叉韌帶重建及肩袖修復等手術治療，但術后失敗率和再撕裂率為76%～94%[1,2]。腱-骨連接點損傷使機體自身難以在肌腱與骨的連接部位形成纖維軟骨，只能形成瘢痕愈合，且手術治療后損傷的肌腱殘端與其骨插入點的重新愈合能力受到很大限制，容易再次損傷[3]。腱-骨連接界面修復重建的最核心問題是恢復腱-骨連接界面肌腱與骨之間的纖維軟

骨層，最終形成正常的腱-骨連接結構(TBJs)[4,5]。近年來多種生物學方法被用于腱-骨損傷的治療[6～16]，成體干細胞移植為常用方法。骨髓間充質干細胞(BMSCs)是目前研究最多的一類成體干細胞，其能分化為骨、肌腱、軟骨、韌帶，具有提高肌腱損傷修復術后腱-骨界面最大失效負荷、促進肩袖膠原蛋白合成、促進界面纖維軟骨形成、降低再撕裂率的作用[17]。促進BMSCs增殖并增強其成軟骨分化能力，對于促進腱-骨愈合、修復肌腱具有重要意義。研究發現，小分子化合物Kartogenin(KGN)能促進BMSCs向軟骨分化，具有極強的促軟骨形成作用。本研究就KGN修復軟骨、促進腱-骨愈合的作用作一綜述。

1 KGN的結構及作用機制

2012年， Johnson等[18]從22 000多種結構不同的雜環類藥性分子中篩選出一種新的小分子化合物KGN，并發現KGN通過與其配體細絲蛋白A(FLNA)結合，能促進BMSCs向軟骨細胞分化。KGN除了作為FLNA的配體與FLNA結合外，還可與核結合因子β(CBF-β)結合。通常，FLNA與CBF-β 結合形成復合體，并保存在細胞質中，當CBF-β 激活后，其與FLNA分離并進入細胞核。KGN可以與CBF-β 在細胞質中競爭性結合FLNA，從而促進CBF-β 進入細胞核，使其與DNA 轉錄因子RUNX1結合形成二聚體，而CBF-β-RUNX1二聚體可以激活一些促進BMSCs向軟骨分化的基因。Marini等[19]制作了切斷膝關節內3條重要韌帶的急性關節損傷大鼠骨關節炎(OA)模型，實驗組注射KGN，對照組不予特殊處理；結果顯示，實驗組脛骨外側平臺關節評分較對照組降低了50%，而Ⅱ型膠原碎片較對照組顯著減少，疼痛明顯減輕，且未觀察到明顯毒性反應。

2 KGN修復軟骨及促進腱-骨愈合的作用

2.1 KGN對軟骨的修復作用 Ono等[20]采用睪丸透明質酸酶預處理破壞軟骨細胞的細胞外基質，并共培養KGN與白介素1β(IL-1β )，發現KGN可顯著抑制IL-1β合成，減少蛋白聚糖釋放和CD44裂解，從而發揮保護軟骨細胞、抑制其降解退變的作用。Lubricin是一種具有軟骨保護作用的黏液糖蛋白，是關節軟骨表層的特異性標志。Liu等[21]體外實驗發現，KGN與轉化生長因子β1(TGF-β1)、BMP-7具有協同作用，三者聯用可促進Lubricin合成。Decker等[22]研究發現，KGN能促進軟骨小結和骨膜關節的形成，以及肢體骨骼的生長；基因表達分析結果顯示，在KGN的作用下，編碼hedgehog和TGF-β超家族的基因表達上調，特別是TGF-β1；且KGN可顯著促進磷酸化的Smads合成，而后者參與了經典的TGF-β和BMP信號通路。因此，KGN不僅可以治療OA，且可促進肢體再生和組織修復。Xu等[23]對24只成年雌性大白兔進行膝關節微骨折術(通過鉆孔使BMSCs達到缺損部位從而進行修復)，實驗組每周關節內注射KGN，對照組注射等量二甲基亞砜；結果顯示，治療4周時實驗組軟骨缺損處修復覆蓋率超過50%，形成了更多的透明軟骨樣組織，而對照組只觀察到少量纖維組織形成。Mohan等[24]制作了前交叉韌帶斷裂術誘導的創傷性OA大鼠模型，實驗組每周關節內注射KGN，連續注射12周，對照組不予特殊處理；結果顯示，實驗組膝關節軟骨退變程度降低，與軟骨降解呈正相關的生物學標記物軟骨寡聚基質蛋白和Ⅰ型膠原C-端肽表達顯著降低；說明KGN可保護軟骨組織，是一種可以預防關節退變的潛在藥物。

2.2 KGN對腱-骨愈合的促進作用 Zhang等[25]研究發現，不同濃度的KGN(1～5 μmol/L)均可促進兔BMSCs和髕骨干細胞(PTSCs )增殖，并增強成軟骨分化能力，且呈劑量依賴性。該研究同時在小鼠跟腱的腱-骨接點處造成直徑1 mm損傷，實驗組分別于造模當天及術后第2、4、7、12天注射KGN 10 μL(100 μmol/L)，對照組注射等量生理鹽水；結果顯示，實驗組腱-骨損傷處形成了更加完整和成熟的軟骨樣組織，并且90%的組織中番紅O染色呈陽性，而對照組則幾乎無陽性染色。證實KGN可促進腱-骨愈合。

3 藥物釋放系統對KGN作用的影響

研究證實，藥物釋放系統可幫助藥物在關節腔內維持更長時間的逐步釋放，且可維持局部高作用濃度。Kang等[26]將KGN與殼聚糖(CHI)結合，在體外誘導BMSCs成軟骨分化實驗中，CHI-KGN納米粒子(NPs)組和CHI-KGN微粒(MPs)組均較單獨加入KGN組和對照組表達更高的軟骨標志物，且加入KGN后能顯著促進BMSCs向軟骨分化；在外傷誘導的OA大鼠模型中，CHI-KGN NPs組和CHI-KGN MPs組均較單獨加入KGN組和對照組軟骨退化程度顯著降低，熒光成像顯示CHI-KGN在大鼠體內存在時間可達3周以上。KGN、雙氯芬酸(DCF)與溫敏納米粒子(CHI-F127 NPs)結合后形成一個雙效藥物治療系統，可同時發揮軟骨保護和抗炎的雙重效果，且低溫治療時效果更加顯著[27]。Shi等[28]采用一種創新的一步技術快速將KGN-NPs和交聯支架整合，并證明其在細胞歸巢方面具有重要作用，特別是對宿主的內源性細胞，包括BMSCs和SMSCs。PLGA-PEG-PLGA熱凝膠為KGN的載體，可為BMSCs向軟骨細胞分化提供適當的微環境。一項以新西蘭白兔軟骨缺陷模型為研究對象的實驗中，以PLGA-PEG-PLGA為載體的KGN-BMSCs組關節表面更加光滑和完整，正常軟骨損壞明顯減少，且產生了更豐富的葡萄糖胺聚糖(GAGs)和Ⅱ型膠原[29]。

因此，促進腱-骨愈合是修復肌腱損傷、防止再撕裂的關鍵，但是目前還沒有能有效、持續促進肌腱損傷修復術后腱-骨直接止點恢復的方法。應用各種來源的干細胞及細胞因子等生物治療方法在促進腱-骨愈合方面受到了廣泛關注，其中BMSCs是研究的熱點。小分子化合物KGN能夠誘導BMSCs向軟骨分化，具有極強的促進軟骨形成和腱-骨愈合作用，與藥物釋放系統整合后能更好地發揮效能。KGN的應用可為臨床促進軟骨修復及提高腱-骨損傷的治療效果提供新的思路。

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國家自然科學基金資助項目(81360274)；云南省應用基礎研究項目(2014FZ106)。

譚洪波(E-mail： tantoo@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.16.035

R684

A

1002-266X(2017)16-0102-03

2016-12-12)