以體外模型探討高糖環境下力學刺激對肌腱細胞轉分化之影響

The Effect of Mechanical Loading on Tenocyte Trans-differentiation under High Glucose Condition

黃郁庭(Yu-Ting Huang) ； 吳聿富(Yu-Fu Wu) ； 趙遠宏(Yuan-Hung Chao) ； 孫瑞昇(Jui-Sheng Sun)

《物理治療》 42卷4期 (2017/12) Pp. 326-327

https://doi.org/10.6215/FJPT.2017.74.O05

摘要

背景與目的：糖尿病為全球高度盛行的慢性疾病，糖尿病患者肌腱病變的盛行率較健康人高。先前研究指出高糖環境會導致肌腱細胞AMPK(AMP-activated protein kinase)訊息路徑被抑制，使得肌腱相關轉錄因子Egr1 (early growth response protein 1)表現降低，影響基質分子與生長因子的基因表現，暗示高糖環境下肌腱細胞可能產生轉分化的行為。規律的運動型態是目前糖尿病治療的重點之一，根據美國運動醫學會與美國糖尿病學會建議，有氧運動與肌力訓練皆能達到控制糖尿病的效果，然而運動對於糖尿病環境下肌腱細胞恆定的維持，仍有待進一步探討。本研究以體外模型探討高糖環境下肌腱細胞是否發生轉分化行為，並藉由力學刺激模擬體外運動的情形，探討力學刺激對糖尿病肌腱病變可能的保護性分子機轉。方法：利用不同葡萄糖濃度培養大鼠肌腱細胞（正常濃度組：5.5 mM [100 mg/dL]、高糖組：25 mM [450 mg/dL]）。力學刺激以細胞拉伸儀器 (Flexcell FX-5000 Tension System) 對肌腱細胞施予2小時、頻率1 Hz，形變8% 之週期性雙軸拉伸。以聚合酶連鎖反應分析非肌腱標記基因，包含肌纖維母細胞標記SMA (alpha smooth muscle actin)、Fn1-EIIIA (Fibronectin 1 EIIIA)、OB-Cdh (OB-cadherin)；脂肪標記PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptor-gamma)、C/EBP-α (CCAAT/enhancerbinding protein, alpha)、C/EBP-β 之表現情形。利用西方墨點法分析AMPK、Akt (protein kinase B)、ERK (extracellular-signal-regulated kinase) 訊息傳遞路徑的活化情形。統計方法以Independent t-test 檢定組間差異。結果：經過1週培養後的高糖組肌腱細胞，脂肪標記PPARγ、C/EBP-α、C/EBP-β 表現較正常組高 (p ＜ 0.05)，肌纖維母細胞標記 SMA基因表現亦較高(p ＜0.05)，Fn1-EIIIA與OB-Cdh則不受影響。施予週期性雙軸拉伸可明顯降低脂肪標記PPARγ、C/EBP-α、C/EBP-β之基因表現(p ＜ 0.05)。以西方墨點法分析訊息路徑，高糖會促進ERK與Akt路徑活化(p ＜ 0.05)，透過Akt調控脂肪標記基因表現； 週期性雙軸拉伸後6小時，ERK路徑會被促進，Akt路徑則明顯抑制(p ＜ 0.05)。結論：肌腱細胞長時間處在高糖環境中，會透過Akt路徑活化，導致脂肪標記上升，力學刺激可有效抑制肌腱細胞的轉分化行為，有助於維持肌腱恆定。臨床意義：本研究結果有助於了解力學刺激對高糖環境下肌腱的保護機制，提供運動有助於維持肌腱恆定的理論證據。