鼠軟骨納米壓痕系數(shù)：創(chuàng)傷后骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病和進(jìn)展的敏感指標(biāo)

創(chuàng)傷后骨性關(guān)節(jié)炎（post-traumatic osteoarthritis，PTOA）是由損傷引起的關(guān)節(jié)軟骨及其他滑膜組織的不可逆破壞，年輕人常見(jiàn)，而軟骨表面直接損傷、關(guān)節(jié)骨折、韌帶及半月板損傷造成的負(fù)荷失穩(wěn)均可導(dǎo)致PTOA。目前，PTOA的分子病因?qū)W機(jī)制及功能性癥狀并不明確。因此，對(duì)于預(yù)測(cè)性生物標(biāo)記物的探索以及有效治療手段的發(fā)展均處于早期研究階段。本研究的目的在于展示PTOA模型鼠關(guān)節(jié)軟骨的納米機(jī)械性能，并證實(shí)其充當(dāng)OA發(fā)病、好轉(zhuǎn)及進(jìn)展的敏感標(biāo)記物的潛在可能。

對(duì)12周成年C57BL/6野生型雄鼠（Jackson實(shí)驗(yàn)室，巴哈伯，緬因州）左右膝關(guān)節(jié)分別行假手術(shù)及內(nèi)側(cè)半月板失穩(wěn)術(shù)（destabilization of the medial meniscus，DMM）。采用原子力顯微鏡（atomic force microscopy，AFM）量化DMM術(shù)后3 d～12周股骨髁軟骨納米壓痕系數(shù)（Eind），比較OA組織學(xué)改變的不同時(shí)間點(diǎn)Eind的變化和關(guān)節(jié)形態(tài)改變。同時(shí)評(píng)估術(shù)后8周半月板、滑膜及軟骨下骨的變化情況，揭示PTOA的空間進(jìn)展。為了解PTOA發(fā)病的關(guān)鍵機(jī)制并檢測(cè)Eind在評(píng)估PTOA好轉(zhuǎn)方面的靈敏度，本研究還對(duì)DMM術(shù)后大鼠立即注射GM6001（目的是抑制分解代謝的酶活性），檢測(cè)其是否能在術(shù)后1周起到緩解軟骨軟化的作用。

組織學(xué)結(jié)果顯示，傷后4周DMM膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)OA征象均不顯著；8～12周軟骨表面纖維化、蛋白多糖斑點(diǎn)染色減弱、軟骨變薄等征象明顯。而膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)有效Eind的減少明顯先于組織學(xué)征象出現(xiàn)。術(shù)后3 d，內(nèi)側(cè)髁軟骨Eind即在DMM與假手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)之間存在差異。術(shù)后1周時(shí)DMM膝關(guān)節(jié)側(cè)Eind大幅降至假手術(shù)側(cè)的49%（41%～57%），術(shù)后2、4、8周進(jìn)一步降至34%、32%和20%；然而，術(shù)后12周DMM組系數(shù)明顯升高至略低于假手術(shù)組的水平。對(duì)于外側(cè)髁軟骨，DMM處理后4周即可探測(cè)到Eind明顯降低，變化程度低于內(nèi)側(cè)髁，但其下降變化也明顯先于組織學(xué)改變。術(shù)后2周IHC染色檢測(cè)到DMM膝關(guān)節(jié)上的金屬蛋白酶新生抗原表位VDIPEN341聚集蛋白聚糖退化，假手術(shù)側(cè)未見(jiàn)其改變。DMM膝關(guān)節(jié)軟骨上的基質(zhì)金屬蛋白酶?jìng)鞲衅鳠晒鈴?qiáng)度明顯強(qiáng)于假手術(shù)側(cè)，顯示OA起病時(shí)，金屬蛋白酶等分解代謝酶活性顯著提高。術(shù)后8周DMM膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半月板Eind明顯降低，假手術(shù)側(cè)與同年齡正常鼠半月板Eind相似，未檢測(cè)出炎癥或增生（滑膜內(nèi)膜增厚、細(xì)胞數(shù)增多或炎性細(xì)胞浸潤(rùn)）等組織學(xué)征象。μCT分析也并未發(fā)現(xiàn)兩組軟骨下骨小梁結(jié)構(gòu)變化的差異。OA后期外側(cè)髁軟骨及內(nèi)側(cè)半月板也開(kāi)始退變，所有關(guān)節(jié)組織均呈現(xiàn)出PTOA的特征。

本研究證實(shí)了Eind在檢測(cè)PTOA模型鼠早期軟骨退變中的高敏感性，DMM術(shù)后1～2周Eind降低可能是手術(shù)引起的蛋白水解作用增強(qiáng)所致，抑制金屬蛋白酶及聚蛋白多糖酶活動(dòng)后早期Eind下降趨勢(shì)明顯減緩；中晚期OA進(jìn)展開(kāi)始影響外側(cè)軟骨及內(nèi)側(cè)半月板的力學(xué)性質(zhì)。就我們所知，這是首次對(duì)PTOA模型鼠關(guān)節(jié)軟骨及半月板的力學(xué)改變進(jìn)行量化研究。本研究結(jié)果為PTOA病理力學(xué)、早期檢測(cè)及制定預(yù)防策略提供了重要信息，將這一方法與轉(zhuǎn)基因模型鼠結(jié)合可進(jìn)一步闡明PTOA的分子病因?qū)W。

（摘自Doyran B,Tong W,Li Q,et al.Nanoindentation modulus of murine cartilage:a sensitive indicator of the initiation and progression of post-traumatic osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage,2017,25(1):108-117.胡瑋摘譯，夏遠(yuǎn)軍審校）