运动对肌腱以及止点部位ECM的影响及相关指标的变化综述

肌腱作為连接骨骼肌和骨的重要元件，可储存和释放能量，并在力量传递和促进运动方面具有非常关键的作用。但在20世纪60年代以前，肌腱一直被认为是不活跃的组织结构。最近十来年里，ECM备受人们关注，肌腱和骨骼肌中ECM的活跃性质也开始被认识。此外，运动员和锻炼者的一些肌腱劳损的发生，如跟腱和髌韧带，大都认为是负载导致ECM的病理变化，而不仅仅是简单的机械破裂。肌腱劳损这一现象提示，肌腱的代谢过程控制其对机械负荷的生理和病理适应之间的平衡。

1、细胞外基质

ECM是由细胞分泌到细胞外间质中的大分子物质所构成的复杂的网架结构，不属于任何细胞但决定结缔组织的特性。ECM不仅具有连接、支持、保水、抗压及保护等物理学作用，而且对细胞的形状、结构、功能、存活、增殖、分化、迁移等一切生命现象具有全面的影响，因而无论在胚胎发育的形态发生、器官形成过程中，或在维持成体结构与功能完善以及创伤修复等一切生理活动中均具有不可忽视的重要作用。ECM的组成可分为三大类：一是氨基聚糖及蛋白聚糖，它们能够形成水性的胶状物，其中包埋许多其他的基质成分；二是结构蛋白，如胶原和弹性蛋白，它们赋予ECM一定的强度和韧性；三是粘着蛋白，如纤粘连蛋白和层粘联蛋白，它们促使细胞同基质结合。其中，以胶原和蛋白聚糖为基本骨架在细胞表面形成纤维网状复合物，这种复合物通过纤粘连蛋白或层粘连蛋白以及其他的连接分直接与细胞表面受体连接，或附着到受体上。由于受体多数是膜整合蛋白，并与细胞内的骨架蛋白相连，所以ECM 通过膜整合蛋白将细胞外与细胞内连成一个整体。

2、肌腱胶原代谢

由于氨基酸稳定同位素的应用，人们可以对人体组织的蛋白质合成速率进行测定。肌腱的胶原合成在一轮60min 急性运动中约上升100%，而且这种增高趋势一直维持到运动后第3 天。通过对腱周间质组织的微透析分析，急性运动后基质金属蛋白酶活性立即增加。因此，肌腱的蛋白质更新模式似乎是在模仿肌原纤维蛋白，急性运动造成胶原和其他蛋白质的酶水解立即增加，而在运动后1 ～ 3天再出现胶原合成显著增加。结缔组织的细胞外基质（ECM）能够连接到其他组织，并在力量中发挥关键作用传导和组织结构维护在肌腱，韧带，骨和肌肉。 ECM周转通过物理活性受影响，胶原合成和金属蛋白酶活性随机械负荷增加。这可以通过微透析确定前肽和蛋白酶活性以及通过验证来证明在活组织检查中并入输注的稳定同位素氨基酸。局部组织表达和生长释放运动后增强了诸如IGF-1，TGF-β和IL-6的ECM的因子。对于腱，代谢活性（例如，通过正电子发射断层扫描检测），循环反应（例如通过近红外测量光谱和染料稀释）和胶原蛋白转换在运动后显着增加。肌腱血流量受环氧合酶-2（COX-2）介导的途径调节，葡萄糖摄取受特定途径调节在肌腱中与骨骼肌不同。身体训练形式的慢性负荷导致增加胶原蛋白转换以及一定程度的净胶原蛋白合成。这些变化修改机械特性和组织的粘弹性特性，降低其应力敏感性并可能使其更耐负荷。肌腱束的力学性质在给定的人肌腱内变化，甚至显示性别差异。后者得到性别相关的激活的差异的结果支持胶原合成与运动。这些发现可以为理解组织过载提供基础损伤在肌腱和骨骼肌中。有实验评估了大鼠跟骨腱经受拉伸程序的组成和结构的变化。动物将其肌肉伸展30秒，休息30秒，重复10次，每周三次和五次，持续21天。对于形态学分析，切片用苏木精 - 曙红和甲苯胺蓝染色。对于生化分析，用4M盐酸胍处理腱，并在SDS-PAGE中分析。还测量了总蛋白和糖胺聚糖的含量。在用甲苯胺蓝染色的切片中，观察到圆形细胞的增加，特别是在插入区域。在邻近该假体的区域中是异色性区域，其在拉伸的组中更强烈地染色。在张力区域，细胞看起来更对齐。两个区域的细胞增加。SDS-PAGE分析显示拉伸组中胶原含量较多。在拉伸的腱中蛋白质和糖胺聚糖的量也较大。琼脂糖凝胶电泳证实在张力和压缩区域存在硫酸皮肤素，并且在后者中仅存在硫酸软骨素。我们的研究结果表明，拉伸刺激改变细胞和细胞外基质化合物的数量，确认腱是动态结构，具有检测其负载变化的能力。

3、基质金属蛋白酶

微透析研究表明，在运动或训练期间人类腱组织的机械负载可以影响I型胶原的局部合成和降解。胶原和其他细胞外基质蛋白的降解由基质金属蛋白酶（MMP）和它们的组织抑制剂（TIMP）之间的相互作用控制。Pro-MMP-9在运动后显着增加，并在运动后保持3天。 Pro-MMP-2在运动后立即从基础水平下降并且在运动后1天保持低，但在运动后3天略微升高。运动后1天和3天，TIMP-1的MMP-2抑制活性明显升高，并且TIMP-2的MMP-2抑制活性在加载后1天升高。本发现证明在体内人类周围组织中运动后MMP和TIMP的间质量增加，并且这些变化的大小和时间模式可以很好地表明MMP和TIMP在细胞外基质适应中在肌腱组织中运动起作用。MMP-2水平在男性和女性中增加至相似程度（?2-3倍）（p <0.05）。相反，MMP-9随运动而增加，但仅在男性中增加（p <0.05）。最后，TIMP-1水平也随着男性和女性的运动而增加（p <0.05），但是女性的增加更长。[5]为了更好地了解大鼠腱的合成代谢雄激素类固醇（AAS）效应，在机械性的腓骨肌腱（CT）和近端，中间和远端区域（SFT）和深屈肌腱（DFT）的近端和远端区域中的MMP-2活性研究了与AAS相关的负荷运动。将动物分成四组：久坐动物（S）；具有ASS补充的久坐动物（S + A）；训练的动物（T）和训练的动物用AAS补充（T + A）。通过明胶酶谱分析肌腱提取物中的MMP活性。 肌腱的近端和远端区域显示最低的MMP-2浓度和最高比例的MMP-2活性形式。 SFT的中间区域与近端和远端区域不同（P <0.01），在久坐组中具有更高%的活性MMP-2。活动性MMP-2的比例在CT的近端区域降低。 AAS治疗在SFT的三个区域和CT的近端区域强烈降低MMP-2浓度和活性形式，但不强烈降低DFT。对运动和AAS治疗的反应的差异是在本研究中使用的运动程序中不同的代谢和招募这些肌腱区域的结果。

4、相關因子变化

生长因子和激素参与了ECM的合成调节，但很少知道它们在运动负载下如何调节胶原合成的作用。胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、转化生长因子-β（TGF-β）和白介素-6存在于人类肌腱组织，并且在腱周组织间质中的浓度随运动而提高。此外，动物实验中对跟腱施以负载，

随着负载增大IGF-1和TGF-β的表达也随之增加。由此表明，这些激素和生长因子在运动过程中促使肌腱胶原的合成是十分重要的。体外试验显示，雌激素抑制胶原合成。运动实践中，一些结缔组织受伤如前交叉韧带断裂在女性发生更为频繁。有趣的是，肌腱胶原的合成女性也比男性低，而且它随着运动上升的幅度也较小，这正好与髌腱束力学特征的研究资料相吻合，女性的失效应力小于男性。

有目的为评估TGF-β1在急性运动后调节腱细胞外基质（ECM）中的作用的实验， Wistar大鼠在跑步机上连续四天（60分钟/天）运动（n = 15）或维持正常的笼活动。每次运动后，每个跟腱的周围空间注射TGF-β1受体抑制剂或假手术。独立于组，与假手术相比（p <0.05），注射抑制剂的肌腱显示?50%的Smad 3（Ser423 / 425）（p <0.05）和2.5倍的更大的ERK1 / 2磷酸化（p <0.05）抑制剂的注射没有改变任一组中的胶原含量（p> 0.05）。在锻炼的大鼠中，当与假手术相比时，用抑制剂注射的腱中羟基吡啶啉（HP）含量和胶原III表达较低（p <0.05）。在非运动大鼠中，当与假手术相比时，用抑制剂注射的腱中的胶原I和赖氨酰氧化酶（LOX）表达较低（p <0.05）。装饰蛋白表达没有被任一组中的抑制剂改变（p> 0.05）。基于对苏木精和曙红（H&E）染色的横截面的评估，在任一组中通过抑制剂处理细胞数目没有改变（p> 0.05）。 H&E染色切片的评价显示抑制剂对胶原原纤维形态没有影响。相比之下，运动大鼠细胞的区域变化的分数下降（p <0.05）。在任一组中没有观察到纤维排列，结构和核形式的差异（p> 0.05）。研究结果表明TGF-1信号是调节肌腱交联形成以及胶原和LOX基因转录以运动依赖的方式所必需的。在运动3小时后，IGF-1水平在男性和女性中升高（p <0.05）至相似程度，但在仅有妇女中保持在4小时时升高。在男性和女性中，运动后IL-6水平是?4倍（p <0.05）。

参考文献：

[1]王鸿翔. 运动对肌腱及骨骼肌细胞外基质的影响研究[J]. 运动， 2011， （09）： 66-67.

[2]Kjaer M， Magnusson P， Krogsgaard M， et al. Extracellular matrix adaptation of tendon and skeletal muscle to exercise[J]. J Anat， 2006， 208（4）： 445-50.

[3]De Almeida F M， Tomiosso T C， Biancalana A， et al. Effects of stretching on morphological and biochemical aspects of the extracellular matrix of the rat calcaneal tendon[J]. Cell Tissue Res， 2010， 342（1）： 97-105.

[4]Koskinen S O， Heinemeier K M， Olesen J L， et al. Physical exercise can influence local levels of matrix metalloproteinases and their inhibitors in tendon-related connective tissue[J]. J Appl Physiol （1985）， 2004， 96（3）： 861-4.

[5]Astill B D， Katsma M S， Cauthon D J， et al. Sex-based difference in Achilles peritendinous levels of matrix metalloproteinases and growth factors after acute resistance exercise[J]. J Appl Physiol （1985）， 2016： jap.00878.2016.

[6]Marqueti R C， Prestes J， Paschoal M， et al. Matrix metallopeptidase 2 activity in tendon regions： effects of mechanical loading exercise associated to anabolic-androgenic steroids[J]. Eur J Appl Physiol， 2008， 104（6）： 1087-93.

[7]Potter R M， Huynh R T， Volper B D， et al. The impact of TGF-beta inhibition during acute exercise on Achilles tendon extracellular matrix[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol， 2016： ajpregu 00439 2016.

作者简介：陈一言（1994），女，汉族，江苏连云港人，北京体育大学运动医学与康复学院硕士研究生，研究方向：运动医学。