《Journal of Biomechanics》：Aged tendons have impaired mechanosensitivity and lower thresholds for injury under dynamic compression
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摘要肩袖肌腱病在衰老人群中发病率很高，然而导致年龄依赖性肌腱退变的机制尚不清楚。除了张力载荷外，肌腱在某些解剖部位（如跟腱、肩袖）还会受到压缩力的作用，在这些部位，改变后的适应性反应可能导致退行性重塑。本研究的目的是利用离体模型调查肌腱对动态压缩载荷反应的年龄相关差异。将年轻
摘要
肩袖肌腱病在衰老人群中发病率很高，然而导致年龄依赖性肌腱退变的机制尚不清楚。除了张力载荷外，肌腱在某些解剖部位（如跟腱、肩袖）还会受到压缩力的作用，在这些部位，改变后的适应性反应可能导致退行性重塑。本研究的目的是利用离体模型调查肌腱对动态压缩载荷反应的年龄相关差异。将年轻和衰老动物的小鼠屈肌腱外植体培养在双轴生物反应器中，并施加不同水平的动态压缩载荷。随后我们观察了代谢活性、基质组成、基质生物合成、基质结构和基因表达的变化。暴露于中等水平压缩的年轻肌腱维持了稳态，而高压缩诱导了强大的适应性反应，其特征是糖胺聚糖积累增加、胶原含量升高，以及重塑相关基因（包括 I 型胶原、装饰蛋白和 MMP-9）的上调，同时伴有炎症和凋亡标志物的增加。相比之下，衰老肌腱表现出性质不同的反应，关键重塑标志物的转录下调，同时基质降解酶和促炎细胞因子的分泌增加，表明即使在低压缩水平下也存在不良适应的机械生物学反应。这些发现表明，机械敏感性受损和更低的损伤阈值可能使慢性载荷组织易受与过度压缩载荷相关的退行性病理影响。
引言
肩袖病变在衰老人群中日益普遍，80 岁以上个体的发生率高达 80%（Milgrom 等，1995）。尽管负担沉重，但驱动肌腱退变的机制以及这些过程如何随年龄改变，尚未完全阐明。机械载荷是肌腱稳态的关键调节因子，虽然肌腱主要适应于抵抗张力，但几个解剖部位也受到相邻骨性结构的压缩载荷。冈上肌腱穿过肩锁弓下方，是暴露于反复压缩的肌腱的一个常见例子（Seitz 等，2011）。在定期受压的区域，肌腱发育出纤维软骨表型，其特征是细胞呈圆形且软骨相关细胞外基质（ECM）分子的表达增加。这种表型通过增加蛋白聚糖介导的水合作用来帮助缓冲压缩应力。然而，当主要设计用于张力载荷的区域，或纤维软骨区域与中质区域之间的过渡区，反复暴露于异常或过度的压缩时，它们无法容纳这些力的能力可能引发退行性改变并加速病变（Benjamin & Ralphs, 1998）。与年龄相关的基质组成、细胞性和机械敏感性的改变可能进一步损害肌腱适应压缩载荷的能力，潜在地在慢性机械应力下加速退行性重塑（Cuomo 等，1998，Kwan 等，2023）。
因此，外部压缩已被认定为肌腱病的一个重要促成因素，但相对较少的研究考察了肌腱对受控压缩载荷的直接生物学反应，或者这些反应如何随年龄差异变化（Carpenter 等，1998，Seitz 等，2011）。为填补这一空白，我们利用我们的肌腱外植体模型，该模型保留了天然 ECM 结构和驻留细胞，并设计了一种新型多轴向加载生物反应器，以便在完整组织上同时精确施加张力和压缩载荷（Aggouras 等，2024）。利用这一平台，我们之前的研究表明，单次急性压缩过载在年轻肌腱中诱导了蛋白聚糖周转和炎症信号，而衰老肌腱表现出极少的转录或基质反应，表明机械敏感性受损（Mlawer 等，2023）。由于急性载荷不足以刺激衰老组织产生强大的反应，我们接下来试图确定连续动态压缩是否能驱动年龄依赖性适应或退变反应。
因此，本研究的目的是表征连续动态压缩载荷如何塑造肌腱重塑，并检查这种反应是否随年龄改变。我们假设年轻肌腱将表现出强大的重塑反应，其特征是 ECM 合成增加，而衰老肌腱将表现出减弱或失调的反应，这与机械敏感性受损一致。我们进一步假设，更高的压缩载荷将促进向与损伤相关的纤维软骨表型转变，并伴随胶原纤维排列减少、炎症和退变。
章节摘要
外植体收获与培养
处死后立即，按照已批准的动物使用方案（BU IACUC PROTO202000046）使用先前描述的方法，从年轻（4 个月；n = 32 只动物）和衰老（22–24 个月；n = 36 只动物）C57BL/6J 雄性小鼠的后肢收获趾长屈肌腱（FDL）外植体。收获后，外植体被装入夹持器，标距为 10 毫米，并放置在定制构建的多轴向加载生物反应器中（图 1A-B）。在整个培养过程中，外植体保持在培养液中
结果
我们首先评估了动态压缩如何影响最常见 ECM 成分胶原的标志物。胶原含量仅在受到 50% 动态压缩的年轻肌腱中增加（图 2A）。这种增加发生在没有相应的胶原合成变化的情况下。暴露于 15% 动态压缩的衰老肌腱，其胶原合成较无压缩和 50% 动态压缩组均减少（图 2B）。在年轻肌腱中，I 型胶原表达在 50% 动态压缩下上调（图 2C）。在压缩方面没有差异
讨论
在本研究中，我们发现肌腱对动态压缩的反应既依赖于年龄也依赖于幅度。与我们实验室之前的研究类似，我们的结果表明，年轻肌腱对压缩载荷表现出强大的反应，而在衰老肌腱中未观察到这种反应，衰老肌腱难以适应其环境（Aggouras 等，2024，Mlawer 等，2023，Mlawer 等，2025）。当年轻肌腱经历 50% 动态压缩的超生理负荷时，它们诱导
CRediT 作者贡献声明
Samuel J. Mlawer：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，软件，方法学，调查，形式分析，数据管理，概念化。Brianne K. Connizzo：写作 – 审查与编辑，指导，资源，方法学，经费获取，概念化。
未引用参考文献
本纳格等，2022，西瓦古鲁等，2010。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，这些关系可被视为潜在利益冲突：Brianne K. Connizzo 报告获得了国立卫生研究院的财务支持。如果有其他作者，他们声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能影响本论文中报告的工作。
致谢
本研究得到了 波士顿大学和国立卫生研究院（R00‐AG063896， R35-GM151127）的支持。 本出版物中报告的研究得到了波士顿大学微纳米成像设施（NIH/NIA S10-OD024993）的支持，以及波士顿大学的神经光子学中心。
萨缪尔·J·姆劳尔 | 布莱恩·K·科尼佐
