淺談玻尿酸於骨科應用

       玻尿酸於骨科的使用，在世界各國，都已有相當的時日。想利用這篇文章，簡單的說明並分享現今國際上較新研究對於玻尿酸和骨科的退化性關節炎，及常見的關節鏡手術後的效能，及肌腱病變上的應用。
　　退化性關節炎一直都是影響手部和負重關節(如髖、膝、踝)的重要疾病。據統計，在2010到2012年，美國有5250萬的人在深受退化性關節炎之苦。另外，退化性關節炎亦是造成美國成年人功能上障礙(functional disability)的一大主因，影響人數粗估達2270萬。因為退化性關節炎而造成的生產力下降，粗估影響0.25到0.5% GDP。
　　退化性關節的治療很多，包括最一開始的生活方式調整及肌力訓練，保養品的補充，復健治療，到使用Acentaminophen或NSAIDs止痛，玻尿酸亦扮演一定的角色。
　　玻尿酸是一自然存在軟骨及關節液(Synovial f luid)的高分子量分子，由alternating N-acetyl- d-glucosamine and d-glucuronic acid residues attached by β(1–4)and β(1–3) bonds組成一650萬到1090萬道耳吞分子量的產物，在流變學(rheological)的特徵和作用具有潤滑、關節內自由基的清道夫、調控細胞活動(如和蛋白結合)的功效。
　　當關節炎惡化時，內生源的玻尿酸從高分子量(650萬到1090萬道耳吞)解聚成一較低分子量(270到450萬道耳吞)，也造成機械性和黏彈性的改變。因此，外源性的玻尿酸注射就是想補足這些特性的改變所帶來的症狀。雖然外源性玻尿
酸並不能回復或完全取代內生性玻尿酸，但卻能藉由以下幾個機制來達到疼痛的緩解。如合成Proteoglycan或Glycosaminoglycan、抗發炎作用、黏滯彈性的維持、軟骨保護等。但各篇研究效果不一，有些效果顯著，有些則僅有些許改善。部分研究指向這樣的差別，來自於病人本身關節液內Hyaluronidases的等級不同。Hyaluronidases為一酵素家族，會先破壞β(1–4)鏈結，使大分子先變眾多小分子，再分解它。
　　玻尿酸亦是形成水膠(hydrogels)的一項來源。它具有非免疫特性，可控性生物降解等特性。目前Cross-linked HA hydrogels有幾項生物工程領堿的應用，如細胞傳遞、分子傳遞、軟骨組織工程和micro-device systems的發展。舉例，水膠支架(hydrogel scaffolds)可以用來間葉幹細胞作搭配，當兩者搭配時，間葉幹細胞可以作軟骨生成的分化，促進新生軟骨和退化性關節炎軟骨缺損的恢復；然而，這些搭配的廣泛性鈣化。故特定的玻尿酸水膠正是現在研究的一大課題，讓間葉幹細胞-水膠支架這個組合，能夠更趨近軟骨新生(chondrogenesis)，而盡量減少不必要的鈣化。
　　另外究竟骨科常見的關節鏡手術後，施打玻尿酸的臨床效用和安全性如何呢？2022年一篇systemic review 和meta-analysis指出，這些收納進來的Study，說明了關節鏡術後施打玻尿酸的安全性是高的，但臨床效用並不彰顯，且施打高分子量(6000-7000kDa)和低分子量(500-1200kDa)並無明顯差距，故並不建議例行性的於關節鏡術後施打玻尿酸。
　　肌腱病變亦是骨科門診常見的一個疾病，一般民眾都有可能，尤其是一些運動員長期的過度使用更是容易。據統計，骨骼肌肉裡面的疾病中，肌腱病變約占30%，全世界每年大約有三千萬人深受此困擾。最常見受影響的部位有肩部的二頭肌腱的長頭、手腕的屈、伸肌、旋轉肌袖、髕骨肌腱、脛後肌、大腿內收肌群和阿基里斯腱等。

       經受重複機械負荷的肌腱被發現表現出發炎細胞因子的產生加劇，包括前列腺素E2(PGE2)。一項動物研究表明，在兔子肌腱本身注射PGE2會導致退化性改變，另一項動物研究則指出在鼠科動物肌腱周圍注射 PGE1 會導致肌腱病變。肌腱發炎反應的顯著特徵是促發炎生物接受器，包括但不限於IL-18、IL-15、IL-6、IL-1β 和 TNF-α，它們與活化促發炎訊號通路的原型(prototypical proinflammatory signaling pathway)- NF-κB有關。此外，在肌腱病變模型中，觀察肉芽變化也很常見毛細血管以及巨噬細胞等發炎細胞的浸潤，包括肥大細胞、B淋巴球和T淋巴球，說明先天性細胞的調節作用在肌腱病變此疾病早期發展的相關性。值得注意的是，巨噬細胞在發炎和組織修復過程中至關重要。

       訊號通路可以誘導巨噬細胞極化為 M1亞型（促發炎）或 M2 亞型（抗發炎）。單核細胞的分化與巨噬細胞的極化受到多種發炎介質的調節，包括干擾素、NF-κB和糖皮質激素受體活化途徑。 因此，發炎反應在肌腱疾病中控制巨噬細胞極化，導致失敗、最終纖維化肌腱癒合反應。重複的機械應力會導致肌腱細胞和纖維母細胞結合轉化生長因子β (TGF-β) 和促發炎細胞因子，導致它們分化並轉化為肌成纖維細胞(Myofibroblasts)。一旦癒合過程完成，肌成纖維細胞上的機械應力被去除，這些細胞自然會凋亡；相反的，當這種機制失敗時，問題就開始了，肌纖維母細胞就會引發過度增殖過程最終導致纖維化，這也是肌腱病變的一個主要組織學特徵。血管新生是癒合過程中的關鍵事件，主要受到血管內皮生長因子（VEGF），透過刺激內皮細胞遷移趨化性和血管舒張作用。然而，在肌腱病變中，新生血管形成可導致機械性能惡化，甚至斷裂。此外，發芽和新生血管生成過程後感覺神經纖維向肌腱內生長，引發肌腱病變患者的傷害感受和疼痛。不受控制和失控的在肌腱病期間，感覺神經纖維大量發芽到肌腱中，這表明癒合反應失敗，可能導致疼痛訊號增加。

       玻尿酸(HA)的保護作用歸因於HA和CD44受體結合的能力，這會抑制IL-1β的表現，進而抑制IL-1β產生MMP1、2、3、9 和13，阻礙肌肉骨骼內的分解代謝酶活性組織。 玻尿酸與表面受體相互作用後，活化細胞內訊號傳導，促進增殖、分化、遷移和自身HA降解的作用。CD44是研究最廣泛的HA 受體，因為它幾乎在所有人類細胞類型中表達。CD44對HA的親和力決定了HA作為訊號分子的潛力。 然而，這取決於雙方透過胞外結構域的糖基化來確定HA的中心和分子量絲胺酸的磷酸化。CD44由HMW HA聚合物聚集並可相互作用與其他配體結合，包括生長因子、ECM蛋白、MMP和細胞激素。另一個重要的HA表面受體是RHAMM，通常稱為CD168。這是在許多不同的組織中表達並透過與骨骼相互作用來調節細胞遷移蛋白質，特別是在癒合連鎖反應中(healing cascade)。HA和CD168之間的相互作用在涉及Src和其他激酶的信號通路活化中發揮重要作用。