产后盆底肌损伤修复新进展！ECM水凝胶注射有效减轻产后损伤！
在阴道分娩过程中，盆底肌肉（PFM）会受到超过生理限度（约60％）的机械应变，超过此限度会导致附肢骨骼肌肉损伤。根据对人类胎儿分娩的计算模型，盆底肌复合体的耻骨内脏部位（levator ani）的韧带区域所承受的应变最大，高达300％。此前，研究人员已经验证了在大鼠PFM中，这种应变导致肌肉纤维超伸和肌原纤维的破坏，这是导致机械性骨骼肌损伤的主要原因。然而，除了缺乏关于导致PFM功能障碍的组织和细胞变化的基础知识外，目前对于防止产后PFM恶化恢复的策略还很有限。
2023年8月2日，加州大学圣地亚哥分校桑福德再生医学联盟通讯作者Marianna Alperin博士和加州大学圣地亚哥分校生物工程学系通讯作者Karen L. Christman博士合作，通过临床前大鼠模型成功建立了模拟产后PFM病理改变的实验平台，并通过无细胞注射骨骼肌ECM水凝胶，在产后损伤时或损伤后4周内有效减轻PFM的萎缩和纤维化。相关论文以Proregenerative extracellular matrix hydrogel mitigates pathological alterations of pelvic skeletal muscles after birth injury为题，发表在Science Translational Medicine期刊上。第一作者是加州大学圣地亚哥分校生物工程学系的Pamela Duran博士。
【盆底肌肉病理改变】
首先，研究人员从没有盆底疾病病史的阴道未分娩（VN）和已分娩（VP）的尸体捐赠者以及接受有症状POP手术的产后女性中采集了耻骨内脏部分的肌肉样本。研究结果表明有症状POP的产后女性的PFM出现明显的萎缩和纤维化。随后，研究人员探究了在有症状POP组中是否有任何检查的人口学因素与萎缩和纤维化程度之间的相关性，结果显示在样本中没有观察到产次数、年龄或体重指数与病理改变程度之间的相关性。
图1. 有症状盆底疾病的女性PFM呈现出萎缩和纤维化的表型。
【模拟分娩损伤模型的建立】
接着，在临床前大鼠模型中模拟产后PFM损伤。研究中使用了一种改进的带负重的经尿道导管来复制产程中所伴随的环周和向下的应变。在产后损伤后的4周和8周时间点，对PFM的纤维大小、胶原含量和小动脉密度进行了评估，考察其对肌肉再生的影响。产后PFM在临床前大鼠模型中呈现出明显的萎缩和纤维化，且血管化程度也受到影响。这些结果与产后损伤引起的附肢肌肉纤维化观察相一致。
图2. 模拟产后PFM病理表型的临床前大鼠模型（SBI）。
研究人员还调查了在大鼠SBI后出现的肌肉再生过程。在产后损伤后的第一天，观察到广泛的肌纤维死亡，随后在损伤后3天观察到细胞浸润（单核巨噬细胞和中性粒细胞）。在损伤后7天，观察到再生的肌纤维，其特征为中心化的细胞核。在损伤后10天，观察到内肌间隔增厚和持续的细胞浸润。数据表明，在产后损伤后，PFM的肌肉再生过程与受损附肢骨骼肌肉的再生过程相同。因此，早期再生过程的紊乱不太可能是导致产后PFM长期萎缩和纤维化表型的机制。
图3. 盆底肌肉的肌肉再生在产后SBI后的1周内进行。
为了进一步解析观察到的肌肉表型背后的机制，研究了与PFM损伤相关的基因表达变化。研究人员使用一个包含150个基因的自定义Nanostring面板，其中包括已知调控附肢肌肉对损伤反应的通路：免疫反应、肌肉生成、肌肉合成和降解、细胞外基质重塑、新生血管生成以及神经肌肉连接的发育和成熟，在SBI后的1、3、7、10、31和35天评估了骶尾部的转录特征。为了确定在后损伤阶段的模式，我们对所有测定的转录物进行了主成分分析，并分别对每个单独通路进行了分析。然后，他们评估了每个通路中的差异表达基因，以确定与未受损状态相比的纵向变化。根据这些基因表达分析，产后损伤导致PFM合成能力下降，促进细胞外基质沉积的基因持续上调，并出现持续性炎症反应。
图4. SBI导致持续的炎症反应，促细胞外基质重塑基因上调，以及与肌肉合成有关基因的下调。
【ECM水凝胶在治疗PFM损伤中的潜力】
接着，研究评估了无细胞注射骨骼肌ECM水凝胶在预防这些病理改变中的应用，结果显示在产后损伤时或损伤后4周内施用ECM水凝胶可以减轻PFM的萎缩和纤维化。在大鼠模型中，当在SBI（模拟分娩损伤）的同时注射SKM（从去细胞化的猪骨骼肌中提取的ECM水凝胶），可以预防PFM（盆底肌肉）的萎缩并减轻纤维化。研究发现，SKM具有免疫调节的特性，可以抑制PFM的持续炎症反应，并在早期诱导肌肉的再生过程。此外，SKM还可以减少PFM血管密度的改变，对PFM产生的异常血管反应进行缓解。基因表达分析显示，在SBI时注射SKM能够促进肌肉再生的相关基因表达上调，并减少与炎症和ECM重塑相关的基因表达。
图5. 在SBI时注射SKM可预防PFM萎缩并减轻纤维化。研究时间线：对照组未受损的pubocaudalis肌肉与接受SBI，SBI + 生理盐水注射，或SBI + SKM注射的动物的肌肉进行比较，以了解纤维横截面积的差异。
延迟注射SKM能够防止大鼠盆底肌肉(PFM)的萎缩和纤维化。研究结果表明，生产后4周延迟注射SKM增加了与免疫应答、肌肉生成和ECM重塑相关的基因表达，并对观察到的表型产生长期影响。生物材料降解后，有限的基因继续在PFM中表达差异，对分析的组织学参数产生持续影响。
图6. 延迟注射SKM预防PFM萎缩和减轻纤维化。研究时间线：将未受损对照组和经历SBI、SBI + 生理盐水注射或SBI + SKM注射的动物的pubocaudalis肌肉在生产后4周的纤维横截面积进行比较。
【小结展望】
这些研究结果对于理解产伤导致的PFM损伤和盆底疾病的发病机制具有重要意义。同时，提供了一种潜在的治疗策略，即通过注射SKM来促进盆底肌群的修复和再生。这种治疗方法可以在产后高危产妇中作为预防措施，也可以在临床检测到PFM功能减弱的产后访视时作为治疗干预手段。此外，研究还为将细胞外基质材料引入产后临床实践提供了有力的支持。未来，还需要进一步研究PFMs的力学性能，并优化SKM注射的时机和剂量，以实现更好的治疗效果。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abj3138
来源：BioMed科技
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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