腱骨结合界面作为软硬组织界面的一个经典示例普遍存在于人体之中，并与人们日常的劳作运动息息相关。然而，创伤、疲劳都会导致该界面的破坏，同时界面区手术治疗困难，二次损伤发生率较高。腱骨结合界面最常见的损伤部位是肩部的肩袖肌腱和膝盖的前交叉韧带。上述部位的损伤会严重影响患者的生理活动及其生活质量。为了解决上述临床问题，近年来国内外学者设计开发出多种界面组织工程仿生修复策略。

图 1 人体内软硬组织界面的示例，包括肩袖、前交叉韧带、跟腱、睫状体和牙周膜

近日，空军军医大学口腔医院修复科牛丽娜教授团队于Advanced Functional Materials (2022, IF: 19.924) 发表综述文章“Regulation and Reconstruction of Cell Phenotype Gradients Along the Tendon-Bone Interface”，文章系统分析了腱骨结合界面细胞表型梯度的调控机制，并介绍了近年来国内外学者针对腱骨结合界面的各种仿生修复策略。

图 2 腱骨结合界面的组成结构和细胞表型梯度。图2A：腱骨结合界面示意图和每个区域的主要组成，以跟腱为例。图2B：以跟腱为例的腱骨结合界面的细胞表型梯度。图2C：腱骨结合界面各成分的分布梯度特点。图2D：半月板软硬组织界面的解剖和结构。（i）新生牛的半月板。比例尺：1cm。（ii）半月板软硬组织界面。骨骼在样本的左侧，软组织在右侧。比例尺：1cm。（iii）白光下软化纤维软骨连接的胶原的Picrosirius红染色。样本显示左侧的小梁结构通过中间纤维软骨区域过渡到较密集的胶原区域，再到最右侧的较为粗大的胶原纤维区域。星号表示纤维软骨组织，箭头表示胶原纤维。比例尺：200μm。

为了设计针对腱骨结合界面精准有效的仿生修复策略，首先需要了解该界面的组成结构。腱骨结合界面常被分为四个区域：肌腱（软组织）、未矿化纤维软骨、矿化纤维软骨和骨（硬组织）。腱骨结合界面的特征是出现在不同区域的细胞表型梯度。沿着界面的细胞表型梯度是渐进和连续的，不同区域之间没有明确的边界。细胞表型从未矿化区的肌腱细胞转变为矿化区的纤维软骨细胞。同样，细胞表型从未矿化纤维软骨中的纤维软骨细胞转变为矿化纤维软骨的肥大软骨细胞；细胞外基质的矿物质也随之逐渐增加。在硬组织中，细胞表型主要是骨细胞、成骨细胞和破骨细胞，细胞外基质伴有相对紊乱的胶原纤维和高矿物质水平。这种过渡结构被认为有助于在相对柔软、可拉伸的肌腱和坚硬、不可拉伸的骨骼之间传递载荷。此外，上述矿物质含量梯度也为成熟纤维软骨界面的应力消散提供了重要机制。

图 3 腱骨结合界面中有助于形成细胞表型梯度的代表性信号通路。图3A：Scx/Sox9通路与TGF-β，BMP-4共同调节腱骨结合界面中细胞表型梯度形成的示意图。图3B：TGF-β诱导软组织至硬组织界面细胞分化的示意图。图3C：腱骨结合界面发育过程的示意图。Col1：I型胶原；Col2：II型胶原；UFCh：未矿化的纤维软骨细胞；MFCh：矿化纤维软骨细胞；PC：初级软骨。

腱骨结合界面的细胞表型梯度由特定的细胞内分子机制、细胞外因子、免疫信号和神经血管因子协调。在细胞内分子机制方面，文章介绍了Scleraxis转录因子(Scx)、性别决定区Y-box转录因子-9 (Sox-9)、骨形态发生蛋白(BMP)、刺猬蛋白(Hh)以及印度刺猬(Ihh)/甲状旁腺激素环路在界面发育过程中调节祖细胞分化的协同作用。在细胞外因子方面，文章整理了以Ⅱ型胶原、双链蛋白聚糖、聚集蛋白聚糖、骨桥蛋白为代表的多种胶原蛋白、蛋白聚糖以及其他功能性蛋白质的特点与作用。此外，文章提示机械应力因素、缺氧因素、免疫信号和神经血管因子协调因素在腱骨结合界面中同样不可忽视。

图 4 一些具有矿物分布梯度的水凝胶实例。图4A：使用模板和含有模型蛋白的水凝胶来创建逆梯度矩阵。图4B：一种具有连续梯度结构的PEG水凝胶三相支架的制造。图4C：一种新型梯度双金属水凝胶的原理、制备、梯度结构，以及原位植入图示。

上述细胞表型梯度特征激发了科学家设计模仿自然细胞表型梯度的系统。这些仿生系统包括梯度功能支架的设计和细胞膜片的构建。生物工程支架最关键的问题之一是如何将梯度特性转移到缺陷部位并补偿缺陷部位的机械应力。水凝胶和纳米纤维梯度支架由于其功能性质和与天然细胞外基质的相似性，并具有复杂的梯度特性，可以模拟细胞微环境的梯度信号，被认为是有前途的界面修复支架系统。此外，近年来新兴的细胞膜片技术在腱骨结合界面修复中提供了理想的多层结构，该技术克服了传统组织工程支架中种子细胞的选择和排列存在诸多限制等弊端，可以更好地仿生出腱骨结合界面中的细胞表型梯度，有望应用于临床治疗。

这篇综述文章阐明了腱骨结合界面的梯度组成，讨论了相关的影响因素和调控机制，介绍了多种腱骨结合界面的梯度组织工程修复策略，以期为界面组织工程的研究提供启示。同时，探索模拟细胞表型梯度的方法对于重建腱骨结合界面的未来临床应用具有不可忽视的指导意义。文章同时提到，近年来天然植物衍生化合物在调节软硬组织界面的发育方面取得了一些成功，这有望为界面组织工程的未来研究提供一个新的思路。

全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210275
来源：高分子科学前沿

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