eLife︱吕红斌团队揭示力学刺激促进骨腱界面损伤修复新机制

撰文︱肖汉，陈灿，吕红斌

责编︱王思珍

编辑︱查佳雪，杨甜甜

肩袖损伤是运动系统常见的骨腱界面创伤性疾病，可导致持续性的肩关节疼痛、功能障碍[1, 2]。大部分肩袖损伤患者最终需要肩袖撕裂缝合手术治疗[3, 4]。研究显示，适宜力学刺激可促进肩袖撕裂修复术后骨腱界面再生，进而促进肩关节功能恢复[5, 6]。然而适宜力学刺激的作用机制至今仍不十分清楚。

近日，中南大学湘雅医院吕红斌教授团队在《eLife》上发表了题为“Mechanical stimulation promotes enthesis injury repair by mobilizing Prrx1+ cells via ciliary TGF-β signaling”的研究。该研究揭示了力学刺激可调节肩袖撕裂缝合术后局部微环境中活化型TGF-β1浓度，损伤周围Prrx1+细胞借助表面初级纤毛感知活化型TGF-β1，迁移至损伤处参与骨腱界面再生。该研究深入揭示了力学刺激促进骨腱界面损伤愈合的作用机制，为临床促进骨腱界面损伤愈合提供了新思路和新靶点。

干细胞是组织损伤修复的主要参与者之一，处于静止或休眠状态下的干细胞可在外界的刺激因素作用下激活，分化为各种组织或分泌生物因子调控局部微环境而参与损伤组织的修复。Prrx1作为间充质干细胞的标志物，已经广泛地应用于间充质干细胞特异性敲除或过表达相关基因的基础实验中。为寻找参与骨腱界面损伤修复的潜在干祖细胞，课题组从发育的角度出发，解析小鼠肩袖骨腱界面发育过程中（E15.5、P7、P28）的细胞图谱，发现Prrx1+细胞通过成骨、成软骨、成肌腱分化，高度参与小鼠肩袖骨腱界面的发育过程（图1）。

图1 单细胞测序分析Prrx1+细胞在骨腱界面发育过程中的作用。

（图源：Xiao H et al., eLife, 2022）

进一步采用Prrx1CreER-EGFP小鼠免疫荧光染色显示，Prrx1+细胞大量存在于年轻小鼠肱骨头及骨腱界面处，随着年龄增长，数量减少，至12W左右局限于肱骨头软骨膜内，骨腱界面Prrx1+细胞消失。为了探究Prrx1+细胞在肩袖损伤修复中的作用，采用Prrx1CreER;Rosa26tdTomato示踪小鼠发现，Prrx1+细胞可迁移至肩袖损伤处，参与肩袖止点骨腱界面损伤修复过程（图2）。

图2 Prrx1+细胞参与骨腱界面发育和损伤修复。

（图源：Xiao H et al., eLife, 2022）

为探究Prrx1+细胞迁移至肩袖损伤骨腱界面参与修复的机制。课题组发现，小鼠肩袖撕裂缝合术后，局部活化型TGF-β1浓度增高，力学刺激可进一步促进损伤处活化型TGF-β1浓度升高。阻断TGF-β1后，力学刺激促进肩袖止点骨腱界面愈合作用消失。通过构建Prrx1CreER;IFT88fl/fl;Rosa26tdTomato转基因鼠，获取Prrx1+细胞初级纤毛敲除小鼠，发现敲除初级纤毛后，力学刺激促进骨腱界面损伤修复作用消失。体外实验发现，在力学刺激作用下，活化型TGF-β1通过初级纤毛TGF-βR2调节Prrx1+细胞迁移能力。下调PLDN蛋白，阻断TGF-βR2向初级纤毛浓聚，可抑制力学刺激提升TGF-β1对Prrx1+细胞迁移能力的作用（图3）。

图3 TGF-β1通过初级纤毛TGF-βR2调节Prrx1+细胞迁移能力。

（图源：Xiao H et al., eLife, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，Prrx1+细胞通过成骨、成软骨、成肌腱分化深度参与骨腱界面发育；力学刺激通过增强活化型TGF-β1浓度来调节骨腱界面损伤修复局部微环境，Prrx1+细胞借助初级纤毛感知TGF-β1浓度变化，活化TGF-β信号通路促进其迁移至骨腱界面损伤修复处，促进骨腱界面损伤修复。这对于临床医生寻找骨腱界面损伤后合适的干预靶点及制定合理的康复方案具有积极的意义。但初级纤毛是多种信号的转导中心，受限于无法定向敲除初级纤毛上的TGF-βR2，初级纤毛TGF-β信号通路在力学信号转导过程中的比重仍需进一步阐释。

原文链接：https://elifesciences.org/articles/73614

中南大学湘雅医院运动医学科肖汉博士为本论文第一作者，吕红斌教授、陈灿副研究员为本文共同通讯作者。中南大学湘雅医院为该论文的第一作者兼通讯作者单位。中国科学院深圳先进技术研究院陈棣教授和中南大学湘雅医院内分泌科李长俊教授为本文重要作者。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目支持（NO.81730068）。

通讯作者：吕红斌教授（左），陈灿副研究员（右）

（照片提供自：吕红斌团队）

作者简介（上下滑动阅读）  

吕红斌，教授，主任医师，博士研究生导师。带领团队致力于“腱骨止点损伤修复机制与再生策略”的基础和临床研究十余年。先后主持国家自然科学基金重点项目、面上项目等多项关于骨腱界面损伤与再生的科研项目，以第一作者或通讯作者在《Bioactive Materials》、《Biomaterials》、《eLife》、《American Journal of Sports Medicine》等国际权威杂志发表SCI论文80余篇。先后荣获美国第56届骨科研究年会（ORS）“New Investigator Recognition Award”、美国骨研学会会刊（骨科研究领域最权威期刊之一）Journal of Orthopaedic Research的“Excellence in Basic Science Award”、“湖南省自然科学奖二等奖”、“华夏医学科技进步奖”等科技奖项，入选湖南省高层次卫生人才“225”领军人才。如有兴趣申请吕红斌教授实验室博士后，请发Email至：[e-mail]。

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参考文献（上下滑动阅读）

[1] Chang KV, Hung CY, Han DS, Chen WS, Wang TG, Chien KL. Early Versus Delayed Passive Range of Motion Exercise for Arthroscopic Rotator Cuff Repair: A Meta-analysis of Randomized Controlled Trials. Am J Sports Med. 2015. 43(5): 1265-73.

[2] Keener JD, Galatz LM, Stobbs-Cucchi G, Patton R, Yamaguchi K. Rehabilitation following arthroscopic rotator cuff repair: a prospective randomized trial of immobilization compared with early motion. J Bone Joint Surg Am. 2014. 96(1): 11-9.

[3] Chung SW, Kim JY, Kim MH, Kim SH, Oh JH. Arthroscopic repair of massive rotator cuff tears: outcome and analysis of factors associated with healing failure or poor postoperative function. Am J Sports Med. 2013. 41(7): 1674-83.

[4] Lee S, Park I, Lee HA, Shin SJ. Factors Related to Symptomatic Failed Rotator Cuff Repair Leading to Revision Surgeries After Primary Arthroscopic Surgery. Arthroscopy. 2020. 36(8): 2080-2088.

[5] Chen H, Li S, Xiao H, et al. Effect of Exercise Intensity on the Healing of the Bone-Tendon Interface: A Mouse Rotator Cuff Injury Model Study. Am J Sports Med. 2021. 49(8): 2064-2073.

[6] Lu H, Li S, Zhang T, et al. Treadmill running initiation times and bone-tendon interface repair in a murine rotator cuff repair model. J Orthop Res. 2020 .、

本文完