骨关节炎动物模型研究进展
骨关节炎
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导读骨关节炎(osteoarthritis,OA)是以关节软骨下骨硬化或囊性变，关节边缘骨质增生，滑膜增生，关节间隙变窄为主要特征。其与遗传，肥胖，代谢障碍，外伤等多种因素有关，是导致中老年人活动功能障碍的主要疾病之一。建立OA动物模型是寻找有效治疗措施的重要途径。
1自发性OA动物模型
年RuthSilberberg研究发现,C57BL小鼠喂以含高脂肪的饲料,可加速其关节的退变。内田亩等以此研究STR/ort小鼠血脂异常与骨关节炎的关系。YamamotoK对C57黑鼠关节软骨组织学评估表明，其发病率和骨关节炎严重程度随年龄逐渐增加。不可逆转的变化出现在最后阶段，而退化过程十分类似人类骨关节炎。但其模型与人类OA存在一定的差别，主要表现为几乎无关节软骨的微纤维化，关节软骨剥离脱落呈腐蚀状，软骨细胞几无集簇形成，无骨棘形成，滑膜炎症不明显，OA进展过程中不伴有GAG、DNA合成增加。试验常选用与人类病理改变相似，易于饲养，观察且费用较低的Hartly豚鼠。Hartly豚鼠软骨的降解与人类OA发展相似。雄性Hartly豚鼠膝关节组织学形态变化以负重部位为主,表现为软骨表层不平整,表层软骨细胞丢失,胶原不同程度的溶解，断裂和排列紊乱,软骨细胞集簇,潮线异常,糖胺聚糖分布异常,与人类OA具有类似的病理改变。deBri等报道了不同年龄的雄性Hartly豚鼠原发性OA模型的结果,其关节软骨重度降解是在12及18个月年龄组。Ross等取正常狗胫骨平台软骨进行体外培养4周，研究结果提示培养过程中软骨改变与骨关节炎病程相似，因此可作为研究骨关节炎起病及进展的体外模型。
2诱发性OA动物模型
2.1药物注入关节腔
2.1.1尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)石辉等利用关节腔注射尿激酶的方法制作兔骨关节炎模型,实验12周即可完成,其方法为:实验组在右膝关节内注射uPA,对照组注射等容量的生理盐水,注射完成后在4、8、12周分批取兔滑膜进行软骨组织学观察，及电镜检查。12周形成的关节炎模型符合OA的组织病理特征。
2.1.2胶原蛋白酶Kikuchi等将不同剂量的胶原酶(0.5、10，2.0mg)注入成年兔膝关节腔内，组织炎性反应于注射后1周最重，其后逐渐减轻;注射后2周关节软骨表层缺失、移行层软骨细胞消失并出现裂口;4周时移行区及放射区细胞克隆中度增殖;6周后组织学观察发现关节软骨和滑膜均有变性，移行区及放射区细胞增殖更明显。其关节软骨骨关节炎样改变与人的骨关节炎相似，该方法在研究骨关节炎病理及抗骨关节炎药物作用时适用。
2.2关节外手术
2.2.1增加应力陈宏贤等人采用将出生后一周的Wistar大鼠结扎双前肢及尾部，常规饲养，12周后与对照组比较两组软骨及滑膜细胞凋亡情况。观察见早期关节软骨失去光泽，变软呈灰黄色，在关节承重部位出现不规则压迹，可见麻点样小窝或线形裂隙;后出现糜烂与溃疡;后期软骨变薄、碎裂，暴露出软骨下骨质。滑膜充血水肿。6周后即有软骨细胞凋亡的发生，出现大量中层和表层软骨细胞凋亡，12周软骨细胞凋亡进一步增多。两组凋亡指数的差异具有显著性。此操作不带来手术误差，适合研究OA的病理机制研究，软骨生化代谢和各种方法防治效果的比较研究。
2.2.2卵巢切除Pernille等将Sprague2Dawley鼠卵巢切除制作绝经后骨关节炎模型,结果表明代表软骨变化的CTX2Ⅱ(collagentypeⅡdegradationproducts)及代表骨吸收的CTX2Ⅰ较对照组明显升高,第4周时两者的水平及此时关节变化与关节最终的变化呈明显相关性。该模型为研究雌激素及其类似物质对关节软骨保护作用的有用模型。
2.3关节内手术
2.3.1前交叉韧带横断模型(ALCT模型)Stoop等切断Wistar大鼠的膝关节前交叉韧带,于第2、3、14、28、70天处死动物,取膝关节软骨检测变性的Ⅱ型胶原,在前交叉韧带切断后软骨损害最早改变发生于表层带的软骨细胞和软骨基质。术后14天出现表层带软骨细胞数量减少,剩余的软骨细胞肿胀,表层带纤维化。术后4周、10周,上述改变更明显。在纤维化的区域,变性的Ⅱ型胶原降解产物染色明显增加,胶原酶分裂位点染色与变性胶原分布相同,但染色明显较淡;在胶原发生纤维化前及没有出现纤维化的部位不能检测到胶原的损害。此法是近年采用较多的方法，ACLT模型能全面反映OA软骨退行性变化的病理过程。
2.3.2半月板切除李忠等经关节镜建立猪双膝骨关节炎动物模型及用磁共振成像监测骨关节炎骨软骨损害。实验将4只小型猪经关节镜切除双膝外侧部分半月板,术后12周,行大体、组织学和MRI观察与切除半月板相对股骨髁的骨软骨变化。步态分析显示双膝骨关节炎模型双侧肢体负荷均衡,可排除单肢骨关节炎模型负荷不均衡对实验结果的影响。
2.3.3Hulth骨关节炎模型杨瑞甫等以新西兰大白兔分别制作Hulth模型、韧带切除模型及空白对照组，对比两种关节炎模型的效果及适用条件。在手术建模后第1，3，6周取双侧股骨髁部,比较各组骨关节大体形态及病理变化。发现两模型组Mankin’s评分显著高于对照组(P0.05),关节软骨退变进行性加重。Hulth模型组关节炎程度较严重,类似骨关节炎中晚期,韧带切除模型组类似骨关节炎早期或中期。Hulth模型组和韧带切除模型组均能建立标准的骨关节炎动物模型。Hulth模型组适用于外科手术治疗方面研究,韧带切除模型适合发病机理、药物治疗方面研究。
2.3.4联合关节内手术王贤波以SD大鼠采取自身对照方式，手术切除膝关节内侧1/3半月板，并剪断前交叉韧带制作模型。本实验将前交叉韧带与部分半月板切除结合在一起，进行OA模型的研究，但本研究所建立的动物模型在切断前交叉韧带和部分切除半月板时容易误伤关节软骨。
2.4关节负重模型
2.4.1单纯石膏固定模型张洪等用成年新西兰大白兔左后肢膝关节伸直位石膏管型固定,分别于制动后1、2、4和6周随机处死一只,观察其左后肢膝关节软骨病理改变,了解制动效果,其余动物6周后取左侧膝关节软骨及滑膜标本为实验组,对侧肢体膝关节软骨及滑膜标本为对照组,比较两组软骨及滑膜细胞凋亡情况。通过对兔膝关节制动时间的动态观察发现,制动后1周即有软骨细胞凋亡的发生，6周后,无论从大体还是镜下以及细胞凋亡情况,兔左后肢膝关节均呈典型的OA特征。其认为膝关节伸直位制动5-6周是制作OA动物模型的较为理想的方法。
2.4.2联合手术负重模型王君等右侧膝关节前交叉韧带切断建成ALCT模型后,以石膏将左腿固定于腹部,右腿负重锻炼建成重模型。于4周，8周处死动物,观察新鲜股骨髁关节面病理改变。负重模型组较同期ALCT模型组关节退变更为明显;与ALCT模型组相比,负重模型能显著增加OA关节液IL-21、NO的产生和软骨MMP-21的表达(P0.05;P0.01),在造模4w升高6.5%、22.8%和26.2%,在8w升高3.0%、5.0%和3.6%。此模型可加快关节退行性变,缩短造模时间。
尚平等选新西兰大耳兔分为2组，分别将左后肢膝关节过伸位和过屈位固定。于第7周，13周对两组动物大体解剖学观察，软骨细胞调亡指数，软骨组织病理学评分进行评价。得出两组模型软骨退变符合OA病理特征，过屈位在大体解剖学观察，软骨细胞调亡指数，软骨组织病理学评分等指标上略轻于过伸位组，但两组比较无显著性差异(P0.05)，相较而言过屈位法具有简便，固定牢靠，耗材少，家兔适用性好，成功率高等优点。
其它
刘安军等将昆明小鼠随机分为两组:即正常组和模型组。模型组采取4℃冷水冷冻刺激小鼠膝关节制作骨性关节炎模型。在造模15d和30d时分别对小鼠膝关节肿胀度进行关节炎指数(AI)评定;并取小鼠膝关节软骨作HE染色;用双抗体夹心-ELISA法检测大鼠血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、透明质酸(HA)水平。结果与正常组小鼠相比,30d时模型组小鼠AI值高达3.8;HE染色显示模型组小鼠出现典型的骨性关节炎病变症状;模型组血清中TNF-α，透明质酸含量有显著升高。结论认为小鼠冷冻造模简单，时间短,能为研究骨性关节炎的发病机制提供理想的实验动物模型。
小结
骨关节炎的发生机制复杂,一般认为是多因素联合所致。关节应力改变是其重要原因。在诱发模型中,造成膝关节应力改变及关节不稳,所诱发的OA模型是目前常用的。关节内干预模型,手术操作较复杂,创伤大，出血及创伤性滑膜炎易影响OA早期软骨、滑膜的生化代谢,不宜用于探讨药物对早期OA的生化影响及观察OA早期病变。关节外诱发的OA,其优点在于无关节损伤，不存在创伤性滑膜炎干扰,方法简单,创伤小,成功率高,更接近人类OA的病理过程,可用于观察OA早期病理改变及研究药物对骨关节病变的影响。目前研究主要集中于软骨细胞超微结构,其软骨细胞凋亡、软骨基质生化代谢、细胞凋亡与基质降解的关系等方面。在选择动物模型时,应考虑到动物的种属、不同方法的造模机制和OA模型的特点及研究目的等方面因素。
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