Science Advances：探究跑步后跟腱膠原蛋白變性與跟腱病的關(guān)系

研究背景：
跟腱病在人群中日益常見，其發(fā)病機制尚不明晰，現(xiàn)有研究多為體外實驗，體內(nèi)研究有限，且缺乏有效診斷方法。本研究旨在探究跑步后跟腱膠原蛋白的體內(nèi)變化，明確跟腱病的發(fā)病機制，并開發(fā)新的成像診斷方法。

中山大學(xué)附屬第五醫(yī)院李旸研究員、李紹林教授、李曼研究員團隊合作在《Science Advances》發(fā)表文章“Collagen denaturation in post-run Achilles tendons and Achilles tendinopathy: In vivo mechanophysiology and magnetic resonance imaging”，為我們理解和檢測運動對跟腱膠原纖維和分子結(jié)構(gòu)的影響提供了新的視角和關(guān)鍵證據(jù)。 論文探究了跑步后跟腱膠原蛋白變性與跟腱病的關(guān)系，為跟腱病的診療提供了新方向。

實驗設(shè)計：
用不同跑步方案處理大鼠，檢測跟腱變化；構(gòu)建小鼠跟腱損傷模型，用探針檢測體內(nèi)膠原蛋白變性，開發(fā)對比劑進(jìn)行MRI成像。

實驗結(jié)果:
1,  體內(nèi)膠原蛋白變性：體外實驗顯示機械加載可使膠原蛋白變性；體內(nèi)實驗表明，運動時跟腱膠原蛋白分子未展開，運動后12小時變性增加，7天恢復(fù)，與MMPs濃度相關(guān)。

 
2,  膠原纖維組織恢復(fù)：運動后膠原纖維紊亂，2 - 7天逐漸恢復(fù)正常排列。


 3,   細(xì)胞形態(tài)和基因表達(dá)改變：跟腱細(xì)胞形態(tài)在運動后改變，MMPs和α - SMA表達(dá)上調(diào)，基因表達(dá)變化涉及多種生物過程。


 4,  長期跑步的影響：長期跑步使大鼠跟腱變性膠原蛋白積累，出現(xiàn)跟腱病特征。 


 5,  體內(nèi)檢測和MRI成像：CHP能在體內(nèi)靶向變性膠原蛋白，Gd - Cy5 - CHP對比劑可實現(xiàn)跟腱損傷的MRI成像。

 
實驗中使用跑步訓(xùn)練設(shè)備：
一次性跑步機跑步實驗：
30只SD大鼠隨機分為五組（每組n = 6）：運動后0小時組、運動后0小時（3小時跑步）組、運動后12小時組、運動后7天組和籠養(yǎng)對照組。除運動后0小時（3小時跑步）組的大鼠在跑步機上以相同速度跑3小時外，其他跑步組的大鼠均在跑步機（KW-PT，南京卡爾文生物科技有限公司）上以10°坡度、20m/min的速度跑1小時。跑步前，大鼠先以12 - 20m/min的速度逐漸增加進(jìn)行10分鐘的適應(yīng)性訓(xùn)練。跑步過程中，通過氣流和跑步機后部的輕微電刺激促使大鼠持續(xù)運動，實驗全程使用氣流催促所有大鼠跑步。對于跑離皮帶的大鼠，在跑步機后端施加輕微電刺激使其返回跑步。在運動后0小時（立即）、12小時或7天，對大鼠實施安樂死并采集跟腱（圖1D以及表S1和S2）。籠養(yǎng)對照組的大鼠在整個研究期間保持正�；顒樱�不進(jìn)行跑步，與運動后12小時組的大鼠同時安樂死。為更好地觀察跑步后休息階段跟腱的變化，將16只SD大鼠分為四組（每組n = 4）：運動后12小時組、運動后2天組、運動后4天組和運動后7天組。

長期跑步機跑步實驗：
20只動物隨機分為四組（每組n = 5）：4周跑步組、12周跑步組、4周對照組和12周對照組。跑步組的大鼠每周5天、每天在10°坡度的跑步機上跑1小時，持續(xù)4周或12周。在第1周，跑步的時長和速度逐漸增加，直至大鼠能夠以17m/min的速度跑1小時（表S5）。從第2周起，速度設(shè)定為20m/min�；\養(yǎng)對照組的大鼠在整個研究期間保持正常的籠內(nèi)活動。在第4周或12周結(jié)束后，對跑步組和對照組的大鼠實施安樂死并采集跟腱（圖5A）。為盡量減少跑步的即時影響，所有大鼠在跑步組完成最后1小時跑步訓(xùn)練的24小時后同時安樂死。

研究結(jié)論：
運動后膠原蛋白變性可能是組織修復(fù)的一種機制，而非機械損傷的直接結(jié)果；長期疲勞加載會導(dǎo)致跟腱病，跟腱病可能并非由機械誘導(dǎo)的膠原蛋白變性引發(fā)，運動后膠原蛋白變性與蛋白酶介導(dǎo)的降解和重塑有關(guān)；開發(fā)的對比劑為跟腱病診斷帶來新方法。

論文信息：
Collagen denaturation in post-run Achilles tendons and Achilles tendinopathy: In vivo mechanophysiology and magnetic resonance imaging
Yijie Fang*†, Dantian Zhu†, Jingyue Wei†, Lei Qian†, Rongmao Qiu , Taoyu Jia , Kui Huang, Suwen Zhao, Jun Ouyang, Man Li*, Shaolin Li*, Yang Li*
Sci. Adv. 10, eado2015 (2024).
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado2015