OA動(dòng)物模型的相關(guān)促進(jìn)因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

蘇川濤 鐘志安 京芳華 黃 璐 易 凡

(宜春市中醫(yī)院骨傷二科，宜春 336000)

骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種常見(jiàn)的骨骼肌肉系統(tǒng)疾病[1]，以關(guān)節(jié)軟骨退行性病變和關(guān)節(jié)周?chē)琴|(zhì)增生為病理性特征的慢性進(jìn)行性骨關(guān)節(jié)病。OA發(fā)生過(guò)程中關(guān)節(jié)軟骨、骨和滑膜組織結(jié)構(gòu)均遭受破壞，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨的丟失、關(guān)節(jié)滑液的炎癥、軟骨下骨硬化和囊腫形成、骨贅形成等一系列退行性病變，最終引起慢性關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)僵硬、關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙甚至關(guān)節(jié)畸形[2-6]。 OA致殘率高，是成年人殘疾的重要原因[7]，是現(xiàn)代社會(huì)最主要的公共健康問(wèn)題之一[8]。在我國(guó)50歲以上的人口中，其發(fā)病率為5%，膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)病率為9.5%；60歲以上的人口中，其發(fā)病率為20%，膝關(guān)節(jié)0A的發(fā)病率高達(dá)78.5%[9]。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，骨性關(guān)節(jié)炎在女性患病率中占第四位，在男性患病率中占第八位，到2020年，OA可能成為人類第四大致殘疾病[10]，所以對(duì)于骨性關(guān)節(jié)炎的研究，特別是動(dòng)物研究顯得尤為重要。

2010年11月，OSTEOARTHR CARTILAGE雜志刊登骨關(guān)節(jié)炎與軟骨組織病理學(xué)增刊[11]，里面提供了關(guān)于小鼠，大鼠，豚鼠，兔子等動(dòng)物模型OA進(jìn)程的組織病理學(xué)評(píng)估的指南。動(dòng)物學(xué)研究中常見(jiàn)的動(dòng)物模型有：自發(fā)OA動(dòng)物模型;手術(shù)誘發(fā)或加速關(guān)節(jié)退變引起的OA;關(guān)節(jié)腔注射OA模型;轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型，但是每個(gè)模型也具有其局限性，所以在行動(dòng)物學(xué)研究時(shí)，應(yīng)考慮其作用機(jī)制，選擇合適的動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并且了解相關(guān)動(dòng)物模型的促進(jìn)因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的研究制定與發(fā)布實(shí)施是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)措施，是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化管理的重要依據(jù)[12]。本綜述主要對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的相關(guān)促進(jìn)因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

1 OA促進(jìn)因素

強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)是加速關(guān)節(jié)的OA進(jìn)展的重要原因。在OA動(dòng)物模型中高強(qiáng)度的鍛煉是和OA進(jìn)展有關(guān)系的[13-15]。但在前交叉韌帶(Anterior Cruciate Ligaments, ACL)斷裂模型中溫和的功能鍛煉對(duì)于大鼠關(guān)節(jié)軟骨具有保護(hù)作用。這些和臨床上所見(jiàn)適當(dāng)功能鍛煉對(duì)于OA疼痛和功能的益處是相符的[16]。肥胖也是另外一個(gè)加速OA的因素。在人體中，肥胖被認(rèn)為是一個(gè)對(duì)于負(fù)重或非負(fù)重關(guān)節(jié)OA的危險(xiǎn)因素。肥胖對(duì)于OA的影響主要是通過(guò)生物力學(xué)，炎癥介質(zhì)，行為機(jī)制介導(dǎo)的[17-21]。在動(dòng)物模型中，肥胖對(duì)于OA的影響主要是在大鼠身上研究的[21]。Dunkin-Hartley豚鼠,是一種自發(fā)OA的模型，它比其他的豚鼠品系更重，因而被推薦為肥胖誘發(fā)OA的合適的模型。上述因素說(shuō)明個(gè)體因素在促進(jìn)OA的發(fā)展和進(jìn)展有著復(fù)雜影響。

2 OA影像學(xué)指標(biāo)

OA影像學(xué)評(píng)估常用Kellgren-Lawrence分級(jí)系統(tǒng)，其原來(lái)主要是用來(lái)定義和隨訪人類OA進(jìn)展20]。這種分級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用，在動(dòng)物模型中尚未標(biāo)準(zhǔn)化和得到驗(yàn)證。新的影像學(xué)技術(shù)特別是磁共振(Magnetic Resonance Imaging，MRI)和microCT給我們帶來(lái)了研究早期OA軟骨厚度，基質(zhì)改變，滑膜炎，滲出，骨和關(guān)節(jié)軟組織結(jié)構(gòu)變化的條件，先進(jìn)的影像學(xué)技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物研究可以提高對(duì)OA早期結(jié)構(gòu)變化的認(rèn)識(shí)。MRI已經(jīng)用于動(dòng)物模型研究，如小型動(dòng)物有小鼠[21]，豚鼠[22]，用以評(píng)估OA進(jìn)程中軟骨及關(guān)節(jié)周?chē)M織的變化情況。MRI是一項(xiàng)軟骨特異性敏感的影像學(xué)技術(shù)，其能夠準(zhǔn)確地識(shí)別OA疾病的影像學(xué)信號(hào)。MR定量檢測(cè)技術(shù)，正運(yùn)用于評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)改變，可做關(guān)節(jié)的T2圖成像，延遲增強(qiáng)關(guān)節(jié)軟骨成像；T1圖成像，磁共振鉀成像[23]。MRI標(biāo)志物的研究目的是發(fā)現(xiàn)疾病早期診斷影像學(xué)表現(xiàn)的特異性方法和早期干預(yù)OA的無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)。關(guān)節(jié)損傷的MRI監(jiān)測(cè)提供了無(wú)創(chuàng)的軟骨組織的位置和程度的變化信息,以及其他包括滑膜炎、積液,半月板損傷,軟骨下水腫,韌帶的完整性的OA特性。至今，對(duì)于人類或是動(dòng)物的OA的研究，沒(méi)有影像學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合先進(jìn)的成像技術(shù)運(yùn)用到動(dòng)物OA研究，提供了更多的機(jī)會(huì)來(lái)改進(jìn)這些技術(shù)和將影像學(xué)研究的結(jié)果與其他措施包括組織學(xué)、軟骨力學(xué)和步態(tài)功能相結(jié)合運(yùn)用于研究OA進(jìn)展。

3 OA分子生物學(xué)標(biāo)志物

OA疾病過(guò)程中生物標(biāo)志物的識(shí)別，有助于評(píng)估OA風(fēng)險(xiǎn)的病人和研究治療方法，并阻止和減緩疾病的發(fā)展。在滑膜液，血清和尿液中的生物標(biāo)志物，為臨床提供了無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)的檢查措施。由于OA是一個(gè)基質(zhì)損壞，同時(shí)嘗試修復(fù)的過(guò)程，運(yùn)用多個(gè)合成代謝和分解代謝的生物標(biāo)志物,可能最能準(zhǔn)確描述OA疾病[24]。分子生物標(biāo)志物分析可提高對(duì)OA疾病的危險(xiǎn)因素，發(fā)病率，疾病進(jìn)程，治療反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。從動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)的生物標(biāo)志物同樣能夠與人類生物標(biāo)志物和癥狀相比對(duì)來(lái)確定模型表現(xiàn)疾病的準(zhǔn)確性。在選擇生物標(biāo)記物進(jìn)行分析時(shí)，重要的是要注意尿液和血清測(cè)量，其代表全身水平的情況，可能受到關(guān)節(jié)其他因素的影響。在不成熟的動(dòng)物中這是存在的，因?yàn)樵谀切﹦?dòng)物中基質(zhì)轉(zhuǎn)換和組織重建的發(fā)生是其正常生長(zhǎng)的一部分[25]。滑液分析的優(yōu)點(diǎn)是，能很好地表現(xiàn)關(guān)節(jié)的局部環(huán)境。滑液分析的不足之處在于重復(fù)的關(guān)節(jié)液抽取術(shù)，關(guān)節(jié)予灌洗或未灌洗，可能會(huì)影響關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥的進(jìn)程，并且小型動(dòng)物模型關(guān)節(jié)內(nèi)滑液量是非常有限的。當(dāng)行關(guān)節(jié)腔灌洗時(shí),應(yīng)糾正生物標(biāo)志物水平，因?yàn)橄♂屛飼?huì)使血清和灌洗液尿素水平發(fā)生變化[26]。

4 疼痛，功能和步態(tài)

臨床上骨關(guān)節(jié)炎的治療方法較多，但是在臨床療效的評(píng)價(jià)方面，未有準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，只有少數(shù)學(xué)者對(duì)患者臨床癥狀、體征、日常生活能力進(jìn)行分值上的評(píng)估，或采用疼痛評(píng)分量表、骨關(guān)節(jié)炎調(diào)查量表等[27-28]，為了更好地研究臨床療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)欠佳，這一問(wèn)題越來(lái)越得到重視[29]。疼痛測(cè)量包括:初級(jí)痛覺(jué)過(guò)敏(組織損傷或炎癥引起的疼痛),二級(jí)痛覺(jué)過(guò)敏(肢體末梢疼痛,肢體對(duì)側(cè)或是肢體其他部位的疼痛),和觸摸痛(輕觸引起的疼痛,壓力引起疼痛)。現(xiàn)在亟需一個(gè)能夠在OA模型中用來(lái)測(cè)量疼痛，分析步態(tài)和評(píng)價(jià)功能的標(biāo)準(zhǔn)方法。在臨床OA，大體和組織學(xué)改變OA嚴(yán)重程度和臨床癥狀之間的關(guān)系是不明確的。受試動(dòng)物的疼痛和功能障礙的描述是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。OA動(dòng)物模型步態(tài)變化已用來(lái)評(píng)估疼痛和功能障礙，但步態(tài)的改變可能是疼痛刺激或是關(guān)節(jié)生物力學(xué)失調(diào)引起的。疼痛測(cè)量主要依賴識(shí)別動(dòng)物行為的改變，這些行為的改變準(zhǔn)確表達(dá)疼痛的感覺(jué)。馮弗雷長(zhǎng)絲測(cè)試是一個(gè)用來(lái)評(píng)估大鼠模型機(jī)械性痛覺(jué)超敏常用的方法。動(dòng)物受到刺激后縮足的量，就是報(bào)道所說(shuō)的縮足閾值。一個(gè)低的縮足閾值說(shuō)明肢體末梢的敏感性和神經(jīng)性疼痛增加。在OA的肌力試驗(yàn)(Manual Muscle Test, MMT)[30-31]部分內(nèi)側(cè)半月板切除術(shù)和谷氨酸鈉碘乙酸注射的模型中可見(jiàn)縮足閾降低。纖維絲的應(yīng)用，有報(bào)道稱當(dāng)纖維絲硬度超過(guò)16 g的時(shí)候可能將大鼠足部舉起[32]。在這些情況下，大鼠下肢和膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)成為了一個(gè)潛在的疼痛來(lái)源，這可能更好地反應(yīng)痛覺(jué)敏感而非觸刺激誘發(fā)痛。步態(tài)分析為我們提供了進(jìn)一步對(duì)骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程功能改變的重要的測(cè)量方法。在大鼠OA中已經(jīng)有靜態(tài)后肢重量分布的報(bào)道，研究中在大鼠后肢后方安置一個(gè)電容計(jì)測(cè)量大鼠相對(duì)重量分布[33]。動(dòng)態(tài)步態(tài)分析觀察步態(tài)的改變，對(duì)稱的負(fù)重步行[34]和運(yùn)動(dòng)的變化范圍[35]。目前為止尚沒(méi)有OA動(dòng)物模型步態(tài)分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。目前主要方法為跛行的評(píng)分、步長(zhǎng)的測(cè)量、足印法[36]、動(dòng)態(tài)壓敏的測(cè)量、熒光鏡的后肢運(yùn)動(dòng)的測(cè)量等。在更大的動(dòng)物上,步態(tài)和功能的測(cè)量方法如運(yùn)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)分析、地面反作用力值、步態(tài)觀察評(píng)估、已經(jīng)應(yīng)用于OA相關(guān)變化的研究。顯然，常用的OA動(dòng)物模型常為四足動(dòng)物，有和兩足人類不一樣的附加步態(tài)，因而受累的關(guān)節(jié)其步態(tài)影響是可變的。步態(tài)分析技術(shù)需要更詳細(xì)、客觀、功能評(píng)估。

5 結(jié)論

OA是多種病因引起的一種慢性退行性關(guān)節(jié)疾病,以關(guān)節(jié)軟骨變性、 破壞及骨質(zhì)增生為主要表現(xiàn)是常見(jiàn)的中老年健康問(wèn)題，影響中老年人生活質(zhì)量。人類骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制是一個(gè)及其復(fù)雜進(jìn)程, 是諸多因素相互作用的結(jié)果。因此探索OA復(fù)雜的病因及病理機(jī)制，尋求治療OA的有效方法和藥物，是需要進(jìn)行大量研究，其中OA的動(dòng)物模型制作成為了一項(xiàng)最重要的實(shí)驗(yàn)室研究?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型的相關(guān)促進(jìn)因素，分子生物標(biāo)志物，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等的研究，可能為我們更加深刻認(rèn)識(shí)骨性關(guān)節(jié)的疾病的病因病理，從而尋求更好的更加接近人類的研究方案，最終獲取治療骨性關(guān)節(jié)炎良好的治療方案，造福廣大骨性關(guān)節(jié)炎患者。