综述：肌腱与韧带脉管系统在衰老及损伤中的作用

《Biogerontology》：The role of tendon and ligament vasculature in ageing and injury

　　

衰老是一种基本的生物学过程，以生理功能下降和应激诱导损伤的累积为标志。它促进慢性疾病的发生，并驱动包括脉管系统在内的器官系统的广泛改变。大脉管系统和微脉管系统的衰老会损害包括肌肉骨骼系统组织在内的许多组织的营养输送，促进组织退化并降低修复能力。肌腱和韧带随着年龄增长越来越容易受伤，然而血管衰老与肌腱和韧带在健康和疾病中的关系仍未被充分理解。本综述批判性审视了血管衰老对肌腱和韧带（包括其与肌肉和骨骼的界面）的影响。新出现的证据表明，年龄相关的血管功能下降会导致这些组织的结构和功能损伤，加速肌肉骨骼系统的退化。研究人员还讨论了靶向血管功能障碍的治疗方法，包括通过富血小板血浆（platelet-rich plasma, PRP）进行生长因子调节、基于基因的策略以及干细胞疗法，这些方法显示出减轻年龄相关缺陷的潜力。通过综合现有知识，本综述强调需要进一步研究血管衰老及其对肌腱和韧带健康的影响。更深入理解这些过程可为开发旨在保护血管功能和改善老年人群生活质量的创新疗法提供依据。

引言

衰老是一个普遍的生物学过程，导致生物体物理功能逐渐且不可逆地下降，由对各种应激源的损伤累积所驱动。它被广泛认为是许多慢性疾病的主要原因，如阿尔茨海默病、心血管疾病、骨质疏松症和骨关节炎。理解衰老机制对于确定改善年龄相关疾病的药物靶点和开发新疗法至关重要。衰老诱导所有器官系统发生许多变化，脉管系统出现显著改变。血管衰老的特征包括动脉僵硬和钙化等高度普遍的变化，导致老年人功能能力下降。这些年龄相关的改变同时影响大脉管系统和微脉管系统，并发生在肌肉骨骼系统及其他组织中，导致老年人生活质量下降。受衰老影响的肌肉骨骼组织包括肌腱和韧带，随着年龄增长，其损伤风险增加，修复能力受损。然而，血管衰老对肌腱和韧带年龄相关功能障碍的具体贡献仍不明确。本综述讨论了肌腱和韧带脉管系统随衰老发生的改变，包括其与肌肉和骨骼的界面，这些改变的影响以及减轻这些改变的治疗方法。更好地理解这些过程对于制定减轻年龄相关功能下降和改善组织功能的治疗策略至关重要。

肌腱血管衰老

肌腱结构及其脉管系统

肌腱是一种高度有序的致密结缔组织，将肌肉连接到骨骼，并将肌肉产生的力传递到骨骼。肌腱在关节运动和维持身体姿势中起重要作用。其分层结构由胶原分子、原纤维、纤维和 fascicle 组成，由 fascicle 间基质（interfascicular matrix, IFM，也称为腱内膜）结合在一起。每个肌腱周围有一层称为腱旁组织的结缔组织，携带血管、淋巴管和神经。与肌肉和骨骼相比，肌腱血管化程度较低，血液来自三个来源：肌腱-肌肉连接（muscle–tendon junction, MTJ）、骨-肌腱连接（enthesis）和腱旁组织。多年来，肌腱被认为相对无血管。然而，最近的研究表明 IFM 富含血管，IFM 定位的血管可能为周围 fascicle 内的细胞提供营养。

健康肌腱的血管衰老

衰老是肌腱损伤的常见危险因素。年龄相关的肌腱结构和功能改变已明确，表现为肌腱力学特性改变、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）紊乱和胶原交联增加。然而，肌腱脉管系统主要在病理背景下被研究，很少有研究调查健康肌腱中血管衰老的影响。大多数研究报告衰老对肌腱脉管系统有有害影响，人类冈上肌和臀中肌肌腱随年龄增长血流量和微血管密度显著降低。运动诱导的跟腱区域血管周围血流量在老年个体静息时减少，但运动时并未随年龄改变。大鼠跟腱 ECM 重塑减少和血管密度随衰老降低也有报道。弹性蛋白（elastin）在 IFM 中定位，对维持动脉壁适当血流和血压至关重要，在老年马浅表屈肌腱（superficial digital flexor tendon, SDFT）中减少。对比增强微计算机断层扫描（micro-computed tomography）测量显示老年马 SDFT 中较大血管的体积、直径和密度显著降低，但毛细血管密度增加，这表明老年肌腱血管总体减少的同时伴随新生血管形成。单细胞 RNA 测序显示年轻和老年马 SDFT 的 IFM 定位的微血管细胞受衰老影响，衰老和炎症相关基因失调。关于衰老对肌腱微脉管系统影响的证据存在一些不一致，但大多数研究提供证据表明衰老对肌腱脉管系统有有害影响。需要进一步研究以了解肌腱脉管系统的年龄相关改变如何导致功能丧失和损伤风险增加。先进的高分辨率 3D 成像模式（如微计算机断层扫描）是表征与衰老相关的肌腱脉管系统结构变化的宝贵工具。体外血管化肌腱模型对于阐明年龄相关变化的细胞和分子机制很重要，但此类模型尚未完全开发和验证。

损伤/退变肌腱的血管衰老

肌腱退变或肌腱病（tendinopathy）是一种常见的疾病，尤其在老年人群中。这会导致肌腱增厚、力学特性丧失和疼痛，并可能导致断裂。肌腱再生相对较差，损伤和退变风险随年龄增长而增加，部分原因是其血管化程度低于肌肉和骨骼。在肌腱病中常观察到血管过度形成，人类跟腱肌腱病活检中新生血管形成显著增加。异常人类髌腱中存在无序的小血管长入和血管内皮细胞增生，病理状态下人类跟腱腱旁组织中存在大血管，可能损害腱旁组织的滑动功能。几乎所有肌腱病患者都表现出新生血管形成增加和肌腱血流量增加，促血管生成生长因子血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）在断裂的跟腱中表达显著增加。然而，VEGF 在大鼠髌腱损伤模型中被报道与肌腱力学特性呈负相关，表明过度的 VEGF 驱动的新生血管形成可能对愈合中的肌腱健康和力学特性产生负面影响。传统上，新生血管形成被认为是肌腱病的典型病理特征，由神经源性炎症诱导以促进微断裂愈合。然而，其他研究显示新生血管形成与肌腱病疼痛或症状无相关性。尽管存在这些关联，目前仍不清楚肌腱脉管系统的改变是促进其退变和断裂，还是退变导致脉管系统破坏。虽然新生血管形成是损伤和愈合肌腱的关键特征，但很少有研究直接调查血管衰老对肌腱损伤和愈合的影响。损伤后的血管生成在老年大鼠肌腱中减少，血流量和血管密度低于年轻动物，这可能促成衰老后肌腱愈合潜力差。血管减少和血流量降低并非与愈合受损相关的唯一因素，其他影响愈合的因素包括无序胶原沉积、瘢痕组织形成、康复不足或固定、过载以及手术干预。总之，肌腱病始终与病理性血管过度形成相关，但有证据表明老年肌腱在损伤后表现出减弱的血管生成反应。这些明显不同的发现突显了肌腱血管生物学的复杂性。肌腱再生和血管化是复杂的过程，确定老年肌腱中血管生成反应的确切改变是未来研究的关键领域。

靶向和影响肌腱脉管系统的治疗方法

各种治疗方法已被研究用于改善肌腱愈合，越来越多的证据表明其中一些方法至少部分通过调节血管生成和肌腱血管化发挥作用。物理治疗是肌腱损伤和退变最常见的治疗方法之一，但关于其对肌腱脉管系统影响的现有研究很少。适度的跑台跑步在损伤前可促进老年大鼠髌腱损伤的愈合，但也减少了血管化。另一项在大鼠模型中的研究发现，衰老导致的跟腱内血管密度降低可通过抗阻训练改善，表明这种运动方式可能有助于预防肌腱血管的年龄相关退化。这些发现表明物理治疗对肌腱血管化的影响仍不明确，不同形式的运动可能以不同方式影响肌腱脉管系统。人们也有兴趣通过恢复或增强肌腱的生理血管功能来开发针对年龄相关肌腱退变的治疗方法，许多研究聚焦于 VEGF。损伤后使用 VEGF 治疗可增加血流量和氧合，并改善成年和老年大鼠跟腱愈合的机械行为。然而，一些研究显示矛盾的结果，例如使用阻止 VEGF 与其受体相互作用的抗体可增加血管化和后期修复。光生物调节疗法（photobiomodulation therapy）上调了老年诱导肌腱病大鼠的 VEGF 表达，并增加 I 型和 III 型胶原沉积。VEGF 或碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor, bFGF）基因疗法也显著改善了损伤鸡肌腱的 I 型胶原产生和肌腱强度，并在自然发生的马肌腱损伤中显示出临床改善。另一种靶向脉管系统的治疗是富血小板血浆（PRP）的病灶内给药，PRP 是含有多种生长因子的浓缩自体血浆，包括 VEGF 和 FGF。PRP 常用于治疗人类肌腱病，改善患者疼痛和功能。然而，其在促进肌腱愈合方面的疗效因解剖部位而异，髌腱比跟腱的结果更有利，一些研究显示 PRP 治疗组与对照组无差异。此外，PRP 的效果随衰老而降低，老年患者的跟腱肌腱病疗效低于年轻和中年患者。来自老年供体的较高浓度血小板裂解液才能增加肌腱细胞增殖和迁移。这可能反映了 PRP 成分随年龄的变化。骨髓浓缩物（bone marrow concentrate, BMC）含有间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）和 VEGF 等生长因子，也已用于肌腱病患者，显示出有希望的结果。脂肪来源的基质血管成分（stromal vascular fraction, SVF）含有前脂肪细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞、白细胞、红细胞和周细胞，已用于治疗人类肌腱损伤，显著减轻疼痛并增加肌腱厚度。虽然这些疗法含有血管细胞和相关因子，因此可能影响肌腱脉管系统，但在人类研究中尚未报告血管细胞功能或血管化与肌腱愈合之间的直接关联。少量动物研究显示干细胞疗法可增加肌腱血管化。细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）最近被引入以促进肌腱愈合，间充质干细胞衍生的 EVs（MSC-EVs）在肌腱再生过程中增强了血管生成。鉴于脉管系统作为组织修复调节因子的作用，越来越多的关注集中在血管周围微环境（perivascular niche）作为再生细胞的潜在来源。肌腱干细胞/祖细胞（tendon stem/progenitor cells, TSPCs）具有分化为肌腱细胞的潜力，在肌腱修复中起重要作用，证据表明 TSPCs 来源于肌腱内的血管周围微环境，这表明血管周围微环境可能代表促进肌腱修复和治疗肌腱退变的有希望的治疗靶点。

韧带血管衰老

韧带结构及其脉管系统

韧带是将骨连接到骨的结缔组织，限制关节运动，其分层结构与肌腱相似。韧带可分为关节内韧带（如前交叉韧带，anterior cruciate ligament, ACL）或关节外韧带（如内侧副韧带，medial collateral ligament, MCL）。关节内和关节外韧带均被一层称为韧带上组织（epiligament）的结缔组织覆盖，其中含有由内皮细胞和壁细胞组成的血管。膝关节的韧带（包括 ACL 和 MCL）由于损伤风险相对较高而被研究最多。ACL 由外侧和内侧膝下动脉分支血管化，其中央部分有一个无血管区域。ACL 的这些血管起源于围绕韧带的滑膜，并在其股骨和胫骨止点附近穿透 ACL 形成内在血管网络。与 ACL 不同，MCL 血管相对丰富，由膝上和膝下动脉分支供血。高倍组织学显示 MCL 内有大量毛细血管，而 ACL 内毛细血管较少。

健康和损伤/退变韧带的血管衰老

与肌腱脉管系统相比，韧带脉管系统的研究关注显著较少，目前缺乏全面研究衰老对韧带血管影响的研究。随着韧带老化，它们经历组成变化，如胶原组织减少、ECM 组成和细胞活性改变以及钙化增加，这共同影响其机械传导、愈合能力和生物力学功能。然而，迄今为止很少有研究调查衰老对韧带脉管系统的影响。有报道称人类 ACL 中铁随年龄增长而流失，这归因于血液供应减少，尽管缺乏直接证据支持。还有有限证据表明血管相关基因的表达和调节随衰老而改变，例如老年小鼠前交叉韧带中血管衰老相关 microRNAs（miR-29a 和 miR-34a）表达增加。另一项研究显示猪 ACL 成纤维细胞中生长因子受体表达随年龄下降，包括 FGF 受体 2 和 VEGF 受体 2。年龄增长也是韧带损伤的危险因素，尤其是 ACL，40 岁以上的损伤正在增加。有一些证据表明损伤和愈合能力与老年韧带中血管化和血管细胞功能的改变相关。炎症是韧带退变的一个相关因素，其特征是韧带鞘内新生血管形成，在 ACL 中与供体年龄呈正相关。损伤的 ACL 不仅血管更丰富，而且含有更多血管来源的干细胞，表明血管干细胞有助于韧带愈合。然而，韧带中的干细胞随年龄增长失去扩增和分化潜能，可能限制其修复能力。在韧带类型和损伤之间也存在血流量、血管体积和炎症诱导的血管生成的差异；MCL 在损伤后增加血流量和血管生成的能力大于 ACL，这可能是 MCL 观察到的愈合能力更强的原因。

靶向和影响韧带脉管系统的治疗方法

对于 MCL 损伤，非手术治疗（如物理治疗）是最常见的治疗方法，这种策略可能得益于韧带相对较高的血管化，支持比 ACL 更强的再生能力和内在愈合。然而，没有研究调查物理治疗对韧带脉管系统的影响。由于其有限的愈合能力，ACL 损伤的手术干预在英国比非手术治疗常见 4 倍。然而，重建的韧带可能未完全恢复，影响患者生活质量。还有几种用于治疗韧带损伤的非手术技术可能影响脉管系统。生长因子和 PRP 常用于治疗韧带和肌腱损伤。在人类临床研究中，PRP 凝胶移植物被报道可缩短 ACL 愈合时间约 48%。然而，系统评价报告虽然 PRP 可能在 ACL 重建后短期至中期减轻疼痛并改善膝关节功能，但这些益处似乎在长期不能持续。同样，另一篇综述未发现一致证据表明 PRP 增强 ACL 重建后的移植物愈合。给予外源性 VEGF 诱导了损伤大鼠 MCL 的毛细血管形成，毛细血管密度较高的韧带显示出显著更好的功能性愈合。同样，bFGF 治疗增强了犬 ACL 手术缺损的血管新生并改善愈合，表明血管生成在韧带愈合中起重要作用。生长因子也被用于改善韧带修复中同种异体移植物和自体移植物的功能。PRP 含有多种生长因子，诱导犬 ACL 自体移植物再血管化，而 VEGF 促进兔 ACL 自体移植物和用于修复 ACL 的兔肌腱同种异体移植物的血管生成和再血管化。干细胞疗法也已用于治疗退变的韧带和肌腱，MSCs 经常与移植物或支架结合使用。几项研究报告 MSC 疗法诱导愈合韧带的血管化，有或没有支架。例如，MSCs 注入损伤大鼠 MCL 后与内皮细胞和周细胞共定位，MSC 治疗的韧带显示血管形成增强。研究还表明，I 型胶原支架内的 MSCs 增强损伤兔 ACL 的血管形成。