骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型研究進(jìn)展

1、<p>　　骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型研究進(jìn)展</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 骨性關(guān)節(jié)炎;動(dòng)物模型</p><p>　　骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是以關(guān)節(jié)軟骨下骨硬化或囊性變，關(guān)節(jié)邊緣骨質(zhì)增生，滑膜增生，關(guān)節(jié)間隙變窄為主要特征。其與遺傳，肥胖，代謝障礙，外傷等多種因素有關(guān)，是導(dǎo)致中老年人活動(dòng)功能障礙的主要疾病之一。建立OA動(dòng)物模型是尋找有效治療措施的重要途徑。<

2、;/p><p>　　1 自發(fā)性O(shè)A動(dòng)物模型</p><p>　　1941年Ruth Silberberg研究發(fā)現(xiàn),C57BL小鼠喂以含高脂肪的飼料,可加速其關(guān)節(jié)的退變。內(nèi)田畝等人[1]以此研究STR/ort小鼠血脂異常與骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)系。Yamamoto K[2]對(duì)C57黑鼠關(guān)節(jié)軟骨組織學(xué)評(píng)估表明，其發(fā)病率和骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度隨年齡逐漸增加。不可逆轉(zhuǎn)的變化出現(xiàn)在最后階段，而退化過程十分類似人類骨關(guān)

3、節(jié)炎。但其模型與人類OA存在一定的差別，主要表現(xiàn)為幾乎無關(guān)節(jié)軟骨的微纖維化，關(guān)節(jié)軟骨剝離脫落呈腐蝕狀，軟骨細(xì)胞幾無集簇形成，無骨棘形成，滑膜炎癥不明顯，OA進(jìn)展過程中不伴有GAG、DNA合成增加。試驗(yàn)常選用與人類病理改變相似，易于飼養(yǎng)，觀察且費(fèi)用較低的Hartly豚鼠。Hartly豚鼠軟骨的降解與人類OA 發(fā)展相似。雄性Hartly豚鼠膝關(guān)節(jié)組織學(xué)形態(tài)變化以負(fù)重部位為主,表現(xiàn)為軟骨表層不平整,表層軟骨細(xì)胞丟失,膠原不同程度的溶解，斷裂和

4、排列紊亂,軟骨細(xì)胞集簇,潮線異常,糖胺聚糖分布異常,與人類OA具有類似的病理改變。de Bri等[3]報(bào)道了不同年齡的雄性Hartly豚鼠原發(fā)性O(shè)A 模型的結(jié)果,其關(guān)節(jié)軟骨重度降解是在12及18個(gè)月年齡組。Ross等[4]取正常</p><p>　　2 誘發(fā)性O(shè)A動(dòng)物模型</p><p>　　2.1 藥物注入關(guān)節(jié)腔</p><p>　　2.1.1 尿激酶型纖溶酶原激

5、活物( uPA) 石輝[5]等利用關(guān)節(jié)腔注射尿激酶的方法制作兔骨關(guān)節(jié)炎模型,實(shí)驗(yàn)12周即可完成,其方法為: 實(shí)驗(yàn)組在右膝關(guān)節(jié)內(nèi)注射uPA,對(duì)照組注射等容量的生理鹽水,注射完成后在4、8、12周分批取兔滑膜進(jìn)行軟骨組織學(xué)觀察，及電鏡檢查。12周形成的關(guān)節(jié)炎模型符合OA的組織病理特征。</p><p>　　2.1.2 膠原蛋白酶 Kikuchi等[6]將不同劑量的膠原酶(0.5、10，2.0 mg)注入成年兔膝關(guān)節(jié)腔

6、內(nèi)，組織炎性反應(yīng)于注射后1周最重，其后逐漸減輕;注射后2周關(guān)節(jié)軟骨表層缺失、移行層軟骨細(xì)胞消失并出現(xiàn)裂口;4周時(shí)移行區(qū)及放射區(qū)細(xì)胞克隆中度增殖;6周后組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨和滑膜均有變性，移行區(qū)及放射區(qū)細(xì)胞增殖更明顯。其關(guān)節(jié)軟骨骨關(guān)節(jié)炎樣改變與人的骨關(guān)節(jié)炎相似，該方法在研究骨關(guān)節(jié)炎病理及抗骨關(guān)節(jié)炎藥物作用時(shí)適用。</p><p><b>　　2.2 關(guān)節(jié)外手術(shù)</b></p>

7、<p>　　2.2.1 增加應(yīng)力 陳宏賢[7]等人采用將出生后一周的Wistar大鼠結(jié)扎雙前肢及尾部，常規(guī)飼養(yǎng)，12周后與對(duì)照組比較兩組軟骨及滑膜細(xì)胞凋亡情況。觀察見早期關(guān)節(jié)軟骨失去光澤，變軟呈灰黃色，在關(guān)節(jié)承重部位出現(xiàn)不規(guī)則壓跡，可見麻點(diǎn)樣小窩或線形裂隙;后出現(xiàn)糜爛與潰瘍;后期軟骨變薄、碎裂，暴露出軟骨下骨質(zhì)。滑膜充血水腫。6周后即有軟骨細(xì)胞凋亡的發(fā)生，出現(xiàn)大量中層和表層軟骨細(xì)胞凋亡，12周軟骨細(xì)胞凋亡進(jìn)一步增多。兩組凋亡指

8、數(shù)的差異具有顯著性。此操作不帶來手術(shù)誤差，適合研究OA的病理機(jī)制研究，軟骨生化代謝和各種方法防治效果的比較研究。</p><p>　　2.2.2 卵巢切除 Pernille等[8]將Sprague2Dawley鼠卵巢切除制作絕經(jīng)后骨關(guān)節(jié)炎模型,結(jié)果表明代表軟骨變化的CTX2Ⅱ( collagen typeⅡdegradation p roducts) 及代表骨吸收的CTX2Ⅰ較對(duì)照組明顯升高,第4周時(shí)兩者的水平及

9、此時(shí)關(guān)節(jié)變化與關(guān)節(jié)最終的變化呈明顯相關(guān)性。該模型為研究雌激素及其類似物質(zhì)對(duì)關(guān)節(jié)軟骨保護(hù)作用的有用模型。</p><p><b>　　2.3 關(guān)節(jié)內(nèi)手術(shù)</b></p><p>　　2.3.1 前交叉韌帶橫斷模型(ALCT模型) Stoop等[9]切斷Wistar大鼠的膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶,于第2、3、14、28、70 天處死動(dòng)物,取膝關(guān)節(jié)軟骨檢測(cè)變性的Ⅱ型膠原,在前交叉韌

10、帶切斷后軟骨損害最早改變發(fā)生于表層帶的軟骨細(xì)胞和軟骨基質(zhì)。術(shù)后14天出現(xiàn)表層帶軟骨細(xì)胞數(shù)量減少,剩余的軟骨細(xì)胞腫脹,表層帶纖維化。術(shù)后4周、10周,上述改變更明顯。在纖維化的區(qū)域,變性的Ⅱ型膠原降解產(chǎn)物染色明顯增加,膠原酶分裂位點(diǎn)染色與變性膠原分布相同,但染色明顯較淡; 在膠原發(fā)生纖維化前及沒有出現(xiàn)纖維化的部位不能檢測(cè)到膠原的損害。此法是近年采用較多的方法，ACLT模型能全面反映OA軟骨退行性變化的病理過程。</p>&l

11、t;p>　　2.3.2 半月板切除 李忠[12]等經(jīng)關(guān)節(jié)鏡建立豬雙膝骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型及用磁共振成像監(jiān)測(cè)骨關(guān)節(jié)炎骨軟骨損害。實(shí)驗(yàn)將4只小型豬經(jīng)關(guān)節(jié)鏡切除雙膝外側(cè)部分半月板,術(shù)后12周,行大體、組織學(xué)和MR I觀察與切除半月板相對(duì)股骨髁的骨軟骨變化。步態(tài)分析顯示雙膝骨關(guān)節(jié)炎模型雙側(cè)肢體負(fù)荷均衡,可排除單肢骨關(guān)節(jié)炎模型負(fù)荷不均衡對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。</p><p>　　2.3.3 Hulth骨關(guān)節(jié)炎模型 楊瑞甫等[

12、10]以新西蘭大白兔分別制作Hulth模型、韌帶切除模型及空白對(duì)照組，對(duì)比兩種關(guān)節(jié)炎模型的效果及適用條件。在手術(shù)建模后第1，3，6周取雙側(cè)股骨髁部,比較各組骨關(guān)節(jié)大體形態(tài)及病理變化。發(fā)現(xiàn)兩模型組Mankin’s評(píng)分顯著高于對(duì)照組( P&lt;0.05),關(guān)節(jié)軟骨退變進(jìn)行性加重。Hulth模型組關(guān)節(jié)炎程度較嚴(yán)重,類似骨關(guān)節(jié)炎中晚期,韌帶切除模型組類似骨關(guān)節(jié)炎早期或中期。Hulth模型組和韌帶切除模型組均能建立標(biāo)準(zhǔn)的骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型

13、。Hulth模型組適用于外科手術(shù)治療方面研究,韌帶切除模型適合發(fā)病機(jī)理、藥物治療方面研究。</p><p>　　2.3.4 聯(lián)合關(guān)節(jié)內(nèi)手術(shù) 王賢波[13]以SD大鼠采取自身對(duì)照方式，手術(shù)切除膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)1/3半月板，并剪斷前交叉韌帶制作模型。本實(shí)驗(yàn)將前交叉韌帶與部分半月板切除結(jié)合在一起，進(jìn)行OA模型的研究，但本研究所建立的動(dòng)物模型在切斷前交叉韌帶和部分切除半月板時(shí)容易誤傷關(guān)節(jié)軟骨。</p><p

14、>　　2.4 關(guān)節(jié)負(fù)重模型</p><p>　　2.4.1 單純石膏固定模型 張洪等[18]用成年新西蘭大白兔左后肢膝關(guān)節(jié)伸直位石膏管型固定,分別于制動(dòng)后1、2、4 和6周隨機(jī)處死一只,觀察其左后肢膝關(guān)節(jié)軟骨病理改變,了解制動(dòng)效果,其余動(dòng)物6周后取左側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨及滑膜標(biāo)本為實(shí)驗(yàn)組,對(duì)側(cè)肢體膝關(guān)節(jié)軟骨及滑膜標(biāo)本為對(duì)照組,比較兩組軟骨及滑膜細(xì)胞凋亡情況。通過對(duì)兔膝關(guān)節(jié)制動(dòng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),制動(dòng)后1周即有軟骨細(xì)

15、胞凋亡的發(fā)生，6周后,無論從大體還是鏡下以及細(xì)胞凋亡情況,兔左后肢膝關(guān)節(jié)均呈典型的OA特征。其認(rèn)為膝關(guān)節(jié)伸直位制動(dòng)5-6周是制作OA動(dòng)物模型的較為理想的方法。</p><p>　　2.4.2 聯(lián)合手術(shù)負(fù)重模型 王君等[19]右側(cè)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶切斷建成ALCT模型后,以石膏將左腿固定于腹部,右腿負(fù)重鍛煉建成重模型。于4周，8周處死動(dòng)物,觀察新鮮股骨髁關(guān)節(jié)面病理改變。負(fù)重模型組較同期ALCT模型組關(guān)節(jié)退變更為明顯;

16、與ALCT模型組相比,負(fù)重模型能顯著增加OA關(guān)節(jié)液IL-21、NO的產(chǎn)生和軟骨MMP-21的表達(dá)( P&lt; 0.05; P&lt;0.01),在造模4 w升高6.5%、22.8%和26.2%,在8 w升高3.0%、5.0%和3.6%。此模型可加快關(guān)節(jié)退行性變,縮短造模時(shí)間。</p><p>　　尚平等[11]選新西蘭大耳兔分為2組，分別將左后肢膝關(guān)節(jié)過伸位和過屈位固定。于第7周，13周對(duì)兩組動(dòng)

17、物大體解剖學(xué)觀察，軟骨細(xì)胞調(diào)亡指數(shù)，軟骨組織病理學(xué)評(píng)分進(jìn)行評(píng)價(jià)。得出兩組模型軟骨退變符合OA病理特征，過屈位在大體解剖學(xué)觀察，軟骨細(xì)胞調(diào)亡指數(shù)，軟骨組織病理學(xué)評(píng)分等指標(biāo)上略輕于過伸位組，但兩組比較無顯著性差異(P&lt;0.05)，相較而言過屈位法具有簡(jiǎn)便，固定牢靠，耗材少，家兔適用性好，成功率高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　3 其 他</b></p><

18、p>　　劉安軍等[20]將昆明小鼠隨機(jī)分為兩組: 即正常組和模型組。模型組采取4℃冷水冷凍刺激小鼠膝關(guān)節(jié)制作骨性關(guān)節(jié)炎模型。在造模15d和30d時(shí)分別對(duì)小鼠膝關(guān)節(jié)腫脹度進(jìn)行關(guān)節(jié)炎指數(shù)(AI)評(píng)定; 并取小鼠膝關(guān)節(jié)軟骨作HE染色;用雙抗體夾心- ELISA法檢測(cè)大鼠血清中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、透明質(zhì)酸(HA)水平。結(jié)果與正常組小鼠相比,30d時(shí)模型組小鼠AI值高達(dá)3.8; HE染色顯示模型組小鼠出現(xiàn)典型的骨性關(guān)節(jié)炎病變癥狀

19、; 模型組血清中TNF-α，透明質(zhì)酸含量有顯著升高。結(jié)論認(rèn)為小鼠冷凍造模簡(jiǎn)單，時(shí)間短,能為研究骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制提供理想的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。</p><p><b>　　4 小 結(jié)</b></p><p>　　骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜,一般認(rèn)為是多因素聯(lián)合所致。關(guān)節(jié)應(yīng)力改變是其重要原因。在誘發(fā)模型中,造成膝關(guān)節(jié)應(yīng)力改變及關(guān)節(jié)不穩(wěn),所誘發(fā)的OA模型是目前常用的。關(guān)節(jié)內(nèi)干預(yù)模

20、型,手術(shù)操作較復(fù)雜,創(chuàng)傷大，出血及創(chuàng)傷性滑膜炎易影響OA早期軟骨、滑膜的生化代謝,不宜用于探討藥物對(duì)早期OA的生化影響及觀察OA早期病變。關(guān)節(jié)外誘發(fā)的OA,其優(yōu)點(diǎn)在于無關(guān)節(jié)損傷，不存在創(chuàng)傷性滑膜炎干擾,方法簡(jiǎn)單,創(chuàng)傷小,成功率高,更接近人類OA的病理過程,可用于觀察OA 早期病理改變及研究藥物對(duì)骨關(guān)節(jié)病變的影響。目前研究主要集中于軟骨細(xì)胞超微結(jié)構(gòu),其軟骨細(xì)胞凋亡、軟骨基質(zhì)生化代謝、細(xì)胞凋亡與基質(zhì)降解的關(guān)系等方面。在選擇動(dòng)物模型時(shí),應(yīng)考慮

21、到動(dòng)物的種屬、不同方法的造模機(jī)制和OA 模型的特點(diǎn)及研究目的等方面因素。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] Uchida K,Urabe K,Naruse K,Ogawa Z,Mabuchi K,Itoman M，Hyperlipidemia and hyperinsulinemia in the spontaneous o

22、steoarthritis mouse model,STR/Ort[J].ExpAnim.2009,58(2):181-187.</p><p>　　[2] Yamamoto K,Shishido T,Masaoka T,Imakiire A.Morphological studies on the ageing and osteoarthritis of the articular cartilage in C

23、57 black mice[J].J Orthop Surg(Hong Kong).2005,13(1):8-18.</p><p>　　[3] de BriE,Jonsson K,Reinholt FP,et al.Focaldestruction and remodeling in guinea pig arthrosis[J].Acta Orthop Scand,1996,6(7):498-504.<

24、/p><p>　　[4] Ross JM,Sherwin AF,Poole CA.In vitro culture of enzymatically isolated chondrons:a possible model for the initiation of osteoarthrit[J].J Anat,2006,20(9):793-806.</p><p>　　[5] 石 輝,何 斌,

25、史晨輝,等.用尿激酶型纖溶酶原激活物建立兔骨關(guān)節(jié)炎模型的研究[ J ].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,24(1):66-69.</p><p>　　[6] KikuchiT,SakutaT,YamaguchiT.Intra-articular injection of collagenase induces experimental osteoarthritis in mature rabbits[J]

26、.Osteoarthritis Cartilage,1998,6(3):177-186.</p><p>　　[7] 陳宏賢,王大平,牛 瓊,等.骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的建立與選擇[J].深圳中西醫(yī)結(jié)合雜志,2008,18(4):209-211.</p><p>　　[8] Pernille HA,Laszlo BT,Thomas LA,et al.Ovariectomized rats as

27、amodel of postmenopausal osteoarthritis: validation and application[J].Arthritis Res Ther,2004,6:169-180.</p><p>　　[9] Stoop R,Buma P,van der Kraan M,et al.Type Ⅱcollagen degradation in articular cartilage f

28、ibrillation after anterior cruciate ligament transection in rats[J].Osteoarthritis Cartilage,2001,9:308-315.</p><p>　　[10]楊瑞甫,胡蘊(yùn)玉,吳銀松,等.兔骨關(guān)節(jié)炎兩種動(dòng)物模型的比較[J].中國(guó)矯形外科雜志,2006,14(19):1497-1499.</p><p>　

29、　[11]尚 平,賀 憲,陳孝銀,等.過伸位和過屈位固定復(fù)制骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的比較[J].生物骨科材料與臨床研究,2006,3(1)：11-14.</p><p>　　[12]李 忠,楊 柳,戴 剛,等.關(guān)節(jié)鏡下半月板部分切除制備骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型[J]. 第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(10)：919-921.</p><p>　　[13]王賢波,蔣 青.大鼠骨性關(guān)節(jié)炎模型的構(gòu)建及其穩(wěn)

30、定性觀察[J].中國(guó)臨床康復(fù),2005,9(10)：72-74.</p><p>　　[14]Laurent D,O'Byrne E,Wasvary J.Pellas TC In vivo MRI of cartilage pathogenesis in surgical models of osteoarthritis[J].Skeletal Radiol.2006,35(8)：555-564.<

31、/p><p>　　[15]Luyten FP Mesenchymal stem cells in osteoarthritis[J].Curr Opin Rheumatol.2004,16(5)：599-603.</p><p>　　[16]Mapp PI,Avery PS,McWilliams DF,et al.Walsh DA Angiogenesis in two animal mode

32、ls of osteoarthritis Osteoarthritis Cartilage.2008,16(1)：61-69.</p><p>　　[17]Meyns B,Garsse LV,Boshoff D,et al.The Contegra conduit in the right ventricular outflow tract in duces supra valvular stenosis[J].

33、J Thorac Cardiovasc Surg,2004,128(6):834-840.</p><p>　　[18]張 洪,江捍平,王大平.關(guān)節(jié)制動(dòng)制作骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的探討[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志,2006,16(12)：1843-1848.</p><p>　　[19]王 君,何炳書,李笑萍.兔膝骨關(guān)節(jié)炎負(fù)重模型的建立[J].中國(guó)老年學(xué)雜志,2005,25(9)：1079-108