运用DIA蛋白组技术探究机械刺激介导肌腱发育机

作者：杨超月

　　肌腱是一种基于胶原蛋白的结缔组织，它连接骨骼和肌肉，将肌肉收缩力传递给骨骼组织，以施加受控的肢体运动。对于这种功能，肌腱胶原纤维以波浪形和平行模式排列，具有独特的双极型胶原原纤维上层结构，其中包含细纤维和粗纤维。这种特殊的组织结构有助于肌腱的高机械强度，使它们能够承受力并进行肢体运动。先前的研究表明，肌腱细胞对体外的机械应变敏感，并因此能够上调基质产生和基质重塑分子的表达，从而表明机械刺激可能是肌腱发育和再生的重要生态环境。

　　2022年6月，上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科刘伟课题组在Acta Biomaterialia期刊发表了题为的研究成果，通过DIA定量蛋白质组学研究方法，发现了切断的肌腱中呈现出与胶原蛋白组装过程相关的差异表达的关键调节分子。此外，使用生物信息学分析还揭示了机械刺激介导的时空胶原组装的复杂调控网络，揭示了机械负荷干预下的大鼠跟腱的发育，以确定机械刺激介导的肌腱发育的机制，奠定了未来应用于功能性肌腱工程的理论基础。文中特别致谢欧易生物总监祖启东，为该项目提供数据分析服务。

　　中文标题：机械刺激和波浪形结构的协同效应刺激肌腱工程的天然胶原蛋白发育

　　研究对象：大鼠

　　发表期刊：Acta Biomaterialia

　　影响因子：10.633

　　发表时间：2022 年6月

　　合作单位 :上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科

　　运用生物技术：DIA定量蛋白质组学（由欧易/鹿明生物提供技术支持）

　　研究背景

　　尽管机械刺激在肌腱工程中的重要性已在细胞功能和支架降解方面得到充分报道，关于其在形成特定肌腱基质结构中的意义的基础研究仍然大大不足。波浪形结构也是一个重要的生态环境，可能对机械刺激产生协同效应。

　　因此，我们假设单侧机械刺激在肌腱生态环境中的适当肌腱发育中起重要作用。这很可能通过使用机械信号来专门修改有助于胶原蛋白组装、成熟和双极原纤维上层结构形成的关键调节分子的表达来实现。本研究旨在通过测试机械负荷和拟腱支架对胶原蛋白产生和组装的协同作用来证明这一假设，从而为功能性肌腱工程提供有价值的见解。

　　研究思路

　　实验设计

　　研究结果

　　1.剥夺机械刺激导致病理性肌腱发育

　　SD大鼠肌腱通过手术切片去除机械刺激，术后80天观察肌腱发育情况。在 80 天的发育期间，在没有机械刺激的情况下，在肌腱组织中观察到杂乱无章和不成熟的胶原结构。如图 2A 所示的大体视图所示，这些发现表明，剥夺机械刺激会阻碍肌腱发育。

　　图1 |剥夺机械刺激会干扰体内正常的肌腱发育

　　a)切断肌腱和自然肌腱的大体视图、组织学和组织化学比较（仅夹伤对照肌腱）。在大体上，左侧（红色箭头）代表切断的肌腱，右侧（黑色箭头）代表正常发育的肌腱（或控制肌腱）。在组织学中，所有图像代表纵向组织切片，显示天狼星红染色的图像是偏光显微镜下确定胶原类型的实际图像（黄色代表 I 型，绿色代表 III 型）。放大倍数，100 倍，Bar = 200 μm；

　　b)对切断和自然肌腱的组织学评分，以及纤维结构 (FS)、纤维排列 (FA)、细胞核 (RN)、血管分布 (VC) 和细胞密度 (DC) 的参数进行半定量评估( n = 3)。*p

　　2.机械刺激对于原纤维双极结构的形成至关重要

　　天然肌腱中的胶原原纤维结构具有双极结构的特征，其中大小尺寸的胶原原纤维以有组织的方式整合和分布。如图3A所示，在 D 10 时，两组均观察到大小均匀的胶原原纤维，尽管在剥夺机械刺激后原纤维厚度降低。然而，在 D 20 时，双极结构仅出现在自然肌腱中，并在之后的发育过程中变得显著。相比之下，在整个过程中，均一大小的胶原原纤维图案仍保留在切断的肌腱中。