糖尿病患者肌腱病变研究现状

石柳 王宸 芮云峰

东南大学医学院附属中大医院骨科（江苏 南京 210009）

很多疾病已被证明与糖尿病有关，糖尿病并发症也涉及骨骼肌肉系统疾病，但其对肌腱的影响尚未被深入研究。有研究显示，在小于44岁的男性患者中，肌腱病的发生与糖尿病在统计学上存在相关性[1]。近年来，对于糖尿病肌腱的相关病理生理改变已有较深认识，研究证实体内持续的高血糖状态与肌腱损伤相关，糖尿病是造成肌腱病变发生发展的一个重要因素，同时也放大了其它引起肌腱损伤的因素[2]。本文就糖尿病相关肌腱疾病的研究现状做一综述。

1 糖尿病肌腱的大体形态变化

正常肌腱组织呈白色、有光泽，坚实而有弹性；而糖尿病肌腱标本肉眼观查呈灰暗、微棕、黄色样变，肌腱实质变软。相对于对照组白色、健壮的正常髌腱组织而言，糖尿病模型大鼠髌腱颜色变黄且更加脆弱[3]。除颜色及性状改变外，在大鼠的冈上肌腱损伤修复模型中还发现糖尿病大鼠肌腱出现萎缩和发黄，肌腱损伤部位的愈合面积变小[4]。一些研究显示，糖尿病可改变肌腱的厚度和体积[5，6]。Batista等[6]通过超声检查发现正常成人跟腱长约15 cm，前后直径为（4.8～10）mm；而糖尿病患者跟腱的前后直径平均为（5.0±0.8）mm[（3.8～7.6）mm]。 Giacomozzi等[7]通过超声检查发现，糖尿病患者跟腱相比健康对照组，其厚度有增加的趋势，但两者在统计学上无显著性差异。Papanas等[8]通过MRI评估2型糖尿病患者跟腱，结果发现与对照组相比，糖尿病组跟腱体积增加。

2 糖尿病肌腱的生物力学变化

由于医学伦理学的限制，目前研究糖尿病肌腱生物力学变化的主要方式是通过建造糖尿病动物模型而不是研究完整的人类肌腱标本。很多学者通过对糖尿病动物模型的研究发现，糖尿病肌腱的生物力学特性和正常肌腱相比呈现下降趋势。Fox等[3]通过对糖尿病大鼠髌腱的拉伸试验发现，糖尿病组16只大鼠中的15只表现出肌腱本身的撕裂，而对照组14只中有7只表现出肌腱本身的撕裂，其余则是胫骨结节止点的撕脱；同时他们还发现，在建模19天时，糖尿病大鼠髌腱的杨氏模量明显低于对照组，这表明糖尿病组大鼠肌腱的生物力学特性下降。de Oliveira等[9]发现与对照组相比，糖尿病组大鼠跟腱弹性模量显著降低，跟腱的特定应变、最大拉伸应变和抗拉强度相对于对照组显著升高，而对照组跟腱的横截面积显著大于糖尿病组。

3 糖尿病肌腱的组织病理学改变

Fox等[3]采用胶原蛋白双折射方法发现，与对照组相比，糖尿病组肌腱胶原蛋白在腱骨连接处分布不规则。光学显微镜观察发现，与对照组正常绷紧的、平行的和致密相连的外观相比，糖尿病组胶原纤维呈现不平、不规则的卷曲和松弛，且波纹形状有所增加。同时他们还发现，糖尿病大鼠髌腱胫骨结节止点上纤维软骨变少、肌腱纤维紊乱、肌腱愈合处纤维软骨减少[4，10]。组织形态学定量测定结果显示，在建模后第1周和第2周，糖尿病组在腱骨愈合止点处纤维软骨数量与对照组相比显著降低。有学者从糖尿病患者足底溃疡的纤维母细胞培养中发现其增殖能力降低，并有异常的形态学特征，如多层状、没有微管结构的水泡状[11]。Abate等[12]通过超声检查发现，2型糖尿病患者退行性肌腱内新生血管减少；同时也有学者在糖尿病动物模型中发现肌腱内血管生成减少[13]。另有研究发现糖尿病肌腱组织中有钙盐沉积，尤其是在跟腱的止点部位。目前关于钙盐沉积的机制尚存在争议，有学者发现肌腱组织局部缺血后继发坏死，胶原纤维断裂，认为胶原纤维的透明变性是肌腱内钙盐沉积的第一步[14]。还有研究表明，钙化的形成可能是由于肌腱干/祖细胞向成骨及成软骨分化，而不是向肌腱终末细胞分化所导致的[15，16]。由于这些构成肌腱组织的胶原纤维数量减少，胶原束出现磨损和解体，胶原纤维断裂，肌腱细胞形态改变，钙盐沉积等，可能进一步导致糖尿病肌腱组织萎缩和脆弱，生物力学特性降低[17]。

4 糖尿病肌腱的生化与细胞外基质改变

通常认为糖尿病肌腱的损伤机制与机体内持续的高血糖状态有关。目前很多糖尿病动物模型及临床研究发现，在糖尿病肌腱细胞外基质中有晚期糖基化终末产物 （advanced glycation endproducts，AGEs）的沉积[4，18]。目前公认的假说为：糖尿病患者关节组织损伤是由于体内多余的晚期糖基化产物在体内缓慢、持续聚集而引起的。AGEs的一个特征性反应是在胶原纤维之间形成一个共价交叉连接，从而改变胶原纤维的结构和功能[18]。因此，AGEs的交叉连接被认为是引起肌腱及韧带生物及机械功能恶化的主要原因[19]。此外，AGEs对肌腱的负面影响还包括对生长因子的影响，如影响碱性成纤维细胞生长因子的形成，从而显著降低有丝分裂活动；细胞内AGEs的形成导致一氧化氮和受损的生长因子信号表达的破坏；通过氧化应激，提高半胱天冬酶活性等外在信号表达，从而增强细胞凋亡[20]。

5 细胞与分子生物学调控机制研究——潜在机制

Lehner等[21]发现一类来源于人类和大鼠肌腱的尚未被识别的细胞，这类细胞表达胰腺β细胞相关的细胞标记物——胰岛素、胰高血糖素、胰岛素促进因子-1（PDX-1）及葡萄糖转运蛋-2（GLUT2）。 他们对这类产生胰岛素的细胞来源进行了描述：血管周围细胞和在致密胶原组织中的纺锤状肌腱细胞，两者中至少有一种能根据葡萄糖的水平刺激胰岛素释放，他们认为这类到目前为止尚未被认识的、在胰腺外能产生胰岛素的细胞，可能是引起糖尿病肌腱病理生理改变的主要因素。Bi等[22]和Rui等[23]分别从小鼠、大鼠和人肌腱组织中成功分离出具有克隆形成能力﹑自我更新以及多向分化潜能的间充质干细胞群，并称之为肌腱干细胞（tendon derived stem cells，TDSCs）。研究表明[23]，大鼠髌腱和跟腱来源的TDSCs在体外可以分化为成骨细胞﹑软骨细胞和脂肪细胞；在体内可形成肌腱样组织﹑软骨样组织和骨样组织。Lehner等[21]的研究也发现，在分泌胰岛素的肌腱细胞中，至少在一个亚群中干/祖细胞标记物nestin和scleraxis与胰岛素和胰高血糖素共表达，提示胰岛素有可能参与诱导这类细胞向成熟分化或参与维持这种分化状态，表明胰岛素可能能够诱导肌腱干细胞向肌腱细胞分化[24]。此外，胰岛素已被证实在生理浓度可以发挥PDX-1介导的保护效应以保护胰岛β细胞[25]。体外实验也发现，胰岛素能够避免肌腱细胞免受地塞米松诱导的损害[26]。糖尿病肌腱干细胞的相关特性及其分化是否与糖尿病肌腱病变的形成相关还有待进一步研究。

目前，糖尿病肌腱病变潜在的分子机制仍不清楚，肌腱细胞相关的特异性细胞表面标记物和特异性蛋白发现得也较少，目前已知的有碱性螺旋-环-螺旋转录因子（scleriex，Scx）、腱调蛋白（tenomodulin，TMND）、核心蛋白聚糖（decorin，DCN）等[21]。

Scx是细胞特异性碱性螺旋-环-螺旋转录因子中Twist亚家族中的成员，是肌腱和韧带的一个特异性的细胞表面标记物[27]。Brent等[28]认为，Scx是肌腱前体细胞群标志，其一直持续表达于肌腱分化的整个时期。Scx可表达于体外培养的牙周韧带细胞、牙龈成纤维细胞和骨髓基质细胞，并可能在牙周韧带细胞的分化过程中起重要作用[29]。袁亚娣等[30]研究发现，高糖可以上调转录因子Scx表达，从而抑制牙周膜细胞向成骨细胞分化，进一步影响牙周病的愈合能力。

TNMD是一种与软骨调节因子（chondromodulin-I，ChM-I）同源的Ⅱ型跨膜蛋白。Docheva等[31]通过研究TNMD基因缺陷小鼠发现，其肌腱细胞增殖能力及细胞密度明显降低。由此可见，TNMD在肌腱细胞增殖和胶原纤维的成熟中起重要调节作用[32]。

DCN作为肌腱中含量最高的蛋白多糖，是纤维性组织和胞外基质（extracellular matrix，ECM）的重要成分。熊雁等[33]发现DCN在早期能够明显减少肌腱细胞I型胶原蛋白的合成，并显著下调肌腱细胞I型胶原蛋白mRNA表达。在肌腱愈合过程中，DCN还能够调节胶原纤维的正常纤维化[34]。

Scx、TNMD、DCN在糖尿病肌腱中的表达尚未见报道，它们被认为与异位软骨形成和随后的异位骨化有关。然而，糖尿病是否能促进这种异位骨化尚不清楚[35]。

6 总结

综上所述，目前关于糖尿病肌腱病变的研究主要集中在大体形态、生物力学特性和组织形态学方面。动物实验以及临床研究均表明，糖尿病与肌腱病之间具有一定相关性，糖尿病肌腱外观发黄、萎缩，生物力学特性降低。糖尿病肌腱细胞的外基质内有AGEs沉积，在肌腱胶原纤维之间形成一个共价交叉连接，影响许多细胞因子表达，导致肌腱生物力学特性降低。肌腱干细胞的异常分化在肌腱病的发生发展中起到至关重要的作用，而糖尿病机体中肌腱干细胞是否存在异常分化，其肌腱干细胞向肌腱细胞的分化是否受胰岛素影响，以及糖尿病肌腱干细胞在肌腱损伤愈合中是否扮演重要角色，目前尚不清楚。糖尿病肌腱损伤的分子生物学水平研究相对较少，糖尿病肌腱病理生理改变的分子机制也有待进一步研究。

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