丁伟，谭洪波

(解放军昆明总医院，昆明650032)

KGN修复软骨、促进腱-骨愈合作用的研究进展

丁伟，谭洪波

(解放军昆明总医院，昆明650032)

交叉韧带断裂、肩袖损伤等肌腱损伤是常见的运动损伤，腱-骨连接结构愈合是其治疗关键,但其愈合困难是目前临床一大难题。促进腱-骨愈合是修复肌腱损伤、防止再撕裂的关键，但是目前还没有能有效、持续促进肌腱损伤修复术后腱-骨连接结构恢复的方法。应用各种来源的干细胞及细胞因子等生物治疗方法在促进腱-骨愈合方面受到了广泛关注，其中骨髓间充质干细胞(BMSCs)是研究的热点。小分子化合物Kartogenin(KGN)被发现能够显著诱导BMSCs向软骨分化，具有极强的促进软骨形成和腱-骨愈合作用，且与药物释放系统整合后能更好的发挥效能。本文就KGN修复软骨、促进腱-骨愈合方面的研究作一综述，为临床上促进软骨修复、提高腱-骨损伤的治疗效果提供新思路。

Kartogenin；腱-骨愈合；骨髓间充质干细胞；软骨修复；肌腱损伤

肌腱损伤是常见的运动系统损伤，腱-骨损伤后自身修复愈合困难。随着损伤时间的延长会导致关节不稳、关节退变等严重并发症，通常需要交叉韧带重建及肩袖修复等手术治疗，但术后失败率和再撕裂率为76%～94%[1,2]。腱-骨连接点损伤使机体自身难以在肌腱与骨的连接部位形成纤维软骨，只能形成瘢痕愈合，且手术治疗后损伤的肌腱残端与其骨插入点的重新愈合能力受到很大限制，容易再次损伤[3]。腱-骨连接界面修复重建的最核心问题是恢复腱-骨连接界面肌腱与骨之间的纤维软

骨层，最终形成正常的腱-骨连接结构(TBJs)[4,5]。近年来多种生物学方法被用于腱-骨损伤的治疗[6～16]，成体干细胞移植为常用方法。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是目前研究最多的一类成体干细胞，其能分化为骨、肌腱、软骨、韧带，具有提高肌腱损伤修复术后腱-骨界面最大失效负荷、促进肩袖胶原蛋白合成、促进界面纤维软骨形成、降低再撕裂率的作用[17]。促进BMSCs增殖并增强其成软骨分化能力，对于促进腱-骨愈合、修复肌腱具有重要意义。研究发现，小分子化合物Kartogenin(KGN)能促进BMSCs向软骨分化，具有极强的促软骨形成作用。本研究就KGN修复软骨、促进腱-骨愈合的作用作一综述。

1 KGN的结构及作用机制

2012年， Johnson等[18]从22 000多种结构不同的杂环类药性分子中筛选出一种新的小分子化合物KGN，并发现KGN通过与其配体细丝蛋白A(FLNA)结合，能促进BMSCs向软骨细胞分化。KGN除了作为FLNA的配体与FLNA结合外，还可与核结合因子β(CBF-β)结合。通常，FLNA与CBF-β 结合形成复合体，并保存在细胞质中，当CBF-β 激活后，其与FLNA分离并进入细胞核。KGN可以与CBF-β 在细胞质中竞争性结合FLNA，从而促进CBF-β 进入细胞核，使其与DNA 转录因子RUNX1结合形成二聚体，而CBF-β-RUNX1二聚体可以激活一些促进BMSCs向软骨分化的基因。Marini等[19]制作了切断膝关节内3条重要韧带的急性关节损伤大鼠骨关节炎(OA)模型，实验组注射KGN，对照组不予特殊处理；结果显示，实验组胫骨外侧平台关节评分较对照组降低了50%，而Ⅱ型胶原碎片较对照组显著减少，疼痛明显减轻，且未观察到明显毒性反应。

2 KGN修复软骨及促进腱-骨愈合的作用

2.1 KGN对软骨的修复作用 Ono等[20]采用睾丸透明质酸酶预处理破坏软骨细胞的细胞外基质，并共培养KGN与白介素1β(IL-1β )，发现KGN可显著抑制IL-1β合成，减少蛋白聚糖释放和CD44裂解，从而发挥保护软骨细胞、抑制其降解退变的作用。Lubricin是一种具有软骨保护作用的黏液糖蛋白，是关节软骨表层的特异性标志。Liu等[21]体外实验发现，KGN与转化生长因子β1(TGF-β1)、BMP-7具有协同作用，三者联用可促进Lubricin合成。Decker等[22]研究发现，KGN能促进软骨小结和骨膜关节的形成，以及肢体骨骼的生长；基因表达分析结果显示，在KGN的作用下，编码hedgehog和TGF-β超家族的基因表达上调，特别是TGF-β1；且KGN可显著促进磷酸化的Smads合成，而后者参与了经典的TGF-β和BMP信号通路。因此，KGN不仅可以治疗OA，且可促进肢体再生和组织修复。Xu等[23]对24只成年雌性大白兔进行膝关节微骨折术(通过钻孔使BMSCs达到缺损部位从而进行修复)，实验组每周关节内注射KGN，对照组注射等量二甲基亚砜；结果显示，治疗4周时实验组软骨缺损处修复覆盖率超过50%，形成了更多的透明软骨样组织，而对照组只观察到少量纤维组织形成。Mohan等[24]制作了前交叉韧带断裂术诱导的创伤性OA大鼠模型，实验组每周关节内注射KGN，连续注射12周，对照组不予特殊处理；结果显示，实验组膝关节软骨退变程度降低，与软骨降解呈正相关的生物学标记物软骨寡聚基质蛋白和Ⅰ型胶原C-端肽表达显著降低；说明KGN可保护软骨组织，是一种可以预防关节退变的潜在药物。

2.2 KGN对腱-骨愈合的促进作用 Zhang等[25]研究发现，不同浓度的KGN(1～5 μmol/L)均可促进兔BMSCs和髌骨干细胞(PTSCs )增殖，并增强成软骨分化能力，且呈剂量依赖性。该研究同时在小鼠跟腱的腱-骨接点处造成直径1 mm损伤，实验组分别于造模当天及术后第2、4、7、12天注射KGN 10 μL(100 μmol/L)，对照组注射等量生理盐水；结果显示，实验组腱-骨损伤处形成了更加完整和成熟的软骨样组织，并且90%的组织中番红O染色呈阳性，而对照组则几乎无阳性染色。证实KGN可促进腱-骨愈合。

3 药物释放系统对KGN作用的影响

研究证实，药物释放系统可帮助药物在关节腔内维持更长时间的逐步释放，且可维持局部高作用浓度。Kang等[26]将KGN与壳聚糖(CHI)结合，在体外诱导BMSCs成软骨分化实验中，CHI-KGN纳米粒子(NPs)组和CHI-KGN微粒(MPs)组均较单独加入KGN组和对照组表达更高的软骨标志物，且加入KGN后能显著促进BMSCs向软骨分化；在外伤诱导的OA大鼠模型中，CHI-KGN NPs组和CHI-KGN MPs组均较单独加入KGN组和对照组软骨退化程度显著降低，荧光成像显示CHI-KGN在大鼠体内存在时间可达3周以上。KGN、双氯芬酸(DCF)与温敏纳米粒子(CHI-F127 NPs)结合后形成一个双效药物治疗系统，可同时发挥软骨保护和抗炎的双重效果，且低温治疗时效果更加显著[27]。Shi等[28]采用一种创新的一步技术快速将KGN-NPs和交联支架整合，并证明其在细胞归巢方面具有重要作用，特别是对宿主的内源性细胞，包括BMSCs和SMSCs。PLGA-PEG-PLGA热凝胶为KGN的载体，可为BMSCs向软骨细胞分化提供适当的微环境。一项以新西兰白兔软骨缺陷模型为研究对象的实验中，以PLGA-PEG-PLGA为载体的KGN-BMSCs组关节表面更加光滑和完整，正常软骨损坏明显减少，且产生了更丰富的葡萄糖胺聚糖(GAGs)和Ⅱ型胶原[29]。

因此，促进腱-骨愈合是修复肌腱损伤、防止再撕裂的关键，但是目前还没有能有效、持续促进肌腱损伤修复术后腱-骨直接止点恢复的方法。应用各种来源的干细胞及细胞因子等生物治疗方法在促进腱-骨愈合方面受到了广泛关注，其中BMSCs是研究的热点。小分子化合物KGN能够诱导BMSCs向软骨分化，具有极强的促进软骨形成和腱-骨愈合作用，与药物释放系统整合后能更好地发挥效能。KGN的应用可为临床促进软骨修复及提高腱-骨损伤的治疗效果提供新的思路。

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国家自然科学基金资助项目(81360274)；云南省应用基础研究项目(2014FZ106)。

谭洪波(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)