关节囊保护动物模型

作者：靳培浩 北京积水潭医院

各种动物模型被用于评估OA的病理生理学和治疗结果，包括手术和注射OA诱导方法。手术诱导的OA模型更能代表创伤后的变化。不同的动物被用于诱导OA模型，例如小鼠、大鼠、豚鼠、兔、狗、绵羊、马和迷你猪。手术方法包括前交叉韧带横断术（ACLT）、中半月板撕裂术（MMT）、半月板部分切除术、内侧半月板切除术、外侧半月板手术、ACLT/MCLT联合MMT、ACLT/MMT和MCLT/MMT。任何外科手术，即使是假性手术，如包膜切开，都会引起炎症、疼痛，并可能改变步态。这些手术诱导的动物模型的一个共同缺点是，它们可能会影响关节中滑膜液的初始结构和含量，并且进展过快，导致终末期退变。为了详细研究OA的早期变化，特别是滑液和软骨的变化，我们需要建立早期OA的动物模型，在诱导时不中断关节滑液的初始结构和含量。
尽管许多研究已经讨论了MCL的损伤和愈合，但没有文章讨论保护关节囊的重要性，也没有文章详细比较与此技术相关的软骨变化。Roberts等人和Bove等人结合半月板横断进行了MCLT，并观察了OA诱导。但他们在单独进行MCL横断时没有报告软骨情况。做半月板横断可以打开关节囊。Allen等人报道了雄性Lewis大鼠内侧副韧带和内侧半月板的横断导致后爪负重的变化和触觉超敏（继发性痛觉过敏）的发展。在他们的研究中，他们横断内侧副韧带，将关节间隙视为MCL假对照组。他们报告术后3周软骨没有变化。但他们在进行MCLT时打开胶囊，导致软骨降解酶（如MMP-1、MMP-13等）的损失。在他们的研究中，完整的软骨可能是由降解酶的损失造成的。兔和大鼠之间的物种差异可能导致软骨的不同变化。在本研究中，我们通过在不损伤关节囊的情况下切除MCL，建立了早期软骨变性的动物模型，并将其特征与常用的ACLT模型进行了比较。内侧关节间隙距离结果表明，关节囊外MCL横断导致关节不稳定。这种不稳定性在MCLT后6周部分持续。大体观察、组织学、SEM和MRI图像的结果均表明，关节软骨损伤在原始手术后3周出现，并且随着时间的推移，ACLT组和MCLT组的损伤逐渐增加。MCLT组的软骨退变较ACLT组轻，且慢得多。纳米压痕的结果表明，MCLT组的生物力学变化慢于ACLT组。Pritzker评分证实MCLT组的软骨损伤为早期OA16。与假手术组相比，ACLT组和MCLT组从术后3周起，样本的甲苯胺蓝染色均变浅。4～6周，MCLT组的染色较ACLT组深，支持MCLT组软骨退变的进展比ACLT组慢得多。显微ct测量结果表明，囊外MCL横断后软骨下小梁骨的变化慢于ACL横断。
该模型的主要优点是在关节囊外横切MCL不会中断关节内滑液的初始结构和含量，这表明它更适合检测早期OA软骨退变的滑液信息。需要关节切除术的外科手术可能导致滑液的原发性损失，并可能影响软骨的新陈代谢。在我们的实验中，术后1周和2周，MCLT组的IL-6、MMP-1和MMP-13 ELISA结果高于ACLT组。这些测量结果表明，囊外MCL横断比ACL横断提供更多的滑液信息，尤其是术后1周和2周。这些信息可能与早期软骨变性有关。C、 O.Tibesku还报告说，关节损伤的愈合增加了假ACLT组中VEGF的表达。当囊被切开时，软骨暴露在空气中，这可能会影响软骨细胞，其作用机制未知。据报道，低氧张力（5%）可促进软骨细胞表型，这对于其他类型的细胞来说可能是缺氧的，但对于关节软骨来说是正常的。正常的空气环境可能对软骨细胞没有好处。此外，原发性滑液丢失可能会损伤软骨，离子（Na+/K+泵活性，Na+/Ca2+）稳态可能会受到干扰。虽然术后2至3周滑液可能恢复正常，但术后2或3周前获得的信息可能会改变。此外，手术后立即开始滑膜炎症。刺激关节内炎症、软骨细胞毒性和基质损伤的注射诱导OA模型也可能改变关节内滑液的初始含量。无论注入接头的是什么，部件都会发生变化。毫无疑问，这将影响早期OA滑液的测量。van Vulpen最近报道，IL-1β与TNFα相比，在血液诱导的软骨损伤中起关键作用。我们的动物模型可以成功避免打开胶囊的缺点。
我们模型的另一个优点是OA的进展速度比传统ACLT模型慢。根据病理学结果和软骨的SEM图像，手术后第三周开始出现早期退变，软骨表面变得略微粗糙。从手术后第三周开始，可以发现表面擦伤。在ACLT模型和其他一些手术诱导的OA模型中，可以检测到更严重的损伤，这可能会使得很难获取有关早期OA的更详细信息。例如，具有凝血酶反应蛋白基序-4（ADAMTS-4）的去整合素和金属蛋白酶水平在早期OA期间迅速升高，然后在中期和晚期可能降低。