鼠類膝骨性關節炎模型建立的研究進展*

★ 李威 楊鳳云

（江西中醫藥大學 南昌 330004）

KOA 是臨床常見退行性關節病，發病機制暫不明確，由多種不確定因素所致的關節軟骨退化損傷、關節邊緣和軟骨下骨反應性增生，臨床表現為關節疼痛、關節腫脹、活動受限和關節畸形等［1］。多發于中老年人，我國65 歲老年人KOA 患病率達8.1%，且呈上升趨勢［2-3］。為探尋其病因及發病機理，近年來大量的科研人員通過手術造模、膝關節制動造模、關節腔注射藥物造模等多種方法進行實驗，取得了不錯的成績，現對其研究現狀作如下闡述。

膝骨性關節炎模型常采用的實驗動物為鼠和兔，而鼠類關節組織結構與人類較接近， 骨性關節炎模型軟骨生化指標與人類患此病的情況相對較一致；在形態學方面，鼠類軟骨細胞凋亡方式與人類軟骨細胞凋亡方式相類似；同時鼠類具有易飼養、體積小、價廉的特點，故臨床上常用鼠類制備膝骨性關節炎模型［4］。膝骨性關節炎模型的建立大體可分為兩大類：一為自發性模型，即無人為干預、自發進行的過程，無需借助外力；另一類為干預誘發性模型：即通過人為的各種方法干預后誘導發生，需要借助外力。

1 自發性造模

與人類一樣，由于運動磨損，年老退化等原因鼠類也會罹患膝骨性關節炎；Silberberg 等［5］學者通過對黑鼠膝關節軟骨病理學研究，首次發現黑鼠關節軟骨退變與人類相似，在無人為干預的情況下，黑鼠會自發的患膝骨性關節炎。而目前最常用的自發性膝骨性關節炎模型是hartly 豚鼠的膝關節［6］，因為雄性hartly 豚鼠膝骨性關節炎病變方式與人類的相似，主要以負重區發生軟組織改變，便于實驗與研究。此方法缺點是時間長、造模慢、不好控制；優點是經濟、無需人工干預。

2 干預誘發性造模

2.1 膝關節制動造模肢體的制動在臨床上常用于軟組織或骨折等創傷的治療手段，然而肢體制動也會造成新的損傷。膝關節制動造模是指將鼠類膝關節長時間固定幾周以上或短期的反復制動，通過限制關節活動而導致關節軟骨退行性改變；多采用過曲位和過伸位固定［7］，都可以取得不錯的造模效果。錢潔等［8］用石膏繃帶將棉脂墊固定于大鼠左側踝與髖關節之間，固定于過伸位；3 周后開始出現膝骨性關節炎的表現，成功建立KOA 模型。QIN J 等［9］通過固定Wistar 大鼠雙前肢及尾部來建立膝骨性關節炎模型，控制關節的活動，6 周后由于用進廢退導致關節退行性變化明顯，關節軟骨退化變硬，關節間隙變窄、僵硬、活動受限，也是一種模型建立的方法。

但此方法操作難度大，效果難以掌控，可重復性較低，關節制動需時刻觀察以防止制動工具松動或脫落，影響造模效果。

2.2 喂養造模Silberberg 等［10］通過給C57BL 小鼠喂養含高脂肪、高動物油脂的飼料，發現會增加其膝骨性關節炎的發病率，而且患關節炎的幾率與高脂肪飼料的用量有關。何建宜等［11］通過對C57BL/6J 雄鼠進行分組喂養，空白組用普通維持飼料，對照組用高脂飼料，16 周后對其行HE 及番紅O 染色染色處理，發現高脂組軟骨關節面不完整，軟骨細胞量減少。而且用Omega-3 脂肪酸代替必需脂肪酸Omega-6 會加速關節軟骨纖維改變。

喂養造模較少見，造模效果不明顯，不可控因素太多，難以達到較好的效果。

2.3 關節腔注射藥物造模

2.3.1 碘乙酸鈉關節腔內注射碘乙酸鈉造模是一種較常用的造模方法。其作用機理是：碘乙酸鈉是甘油醛-3-磷酸脫氫酶的抑制劑，注射后會使軟骨基質發生改變、軟骨發生降解和丟失，出現滑膜炎等癥狀，與人類產生的病變較為相似［12］。Hagmann 和Noriko 等［13-15］對雄性Wistar 大鼠的膝關節注射碘乙酸鈉，4 周后病理學觀察發現關節軟骨破壞嚴重、變性，有局部炎癥灶點，關節腔內有游離體形成，骨礦物質密度測量提示礦物質含量低于正常水平，以此建立膝骨性關節炎模型。張文強等［16］通過將0.1mL 4%碘乙酸鈉溶液50μL 注射到鼠膝關節腔內，觀察大鼠關節液內miR-34a 的量的表達情況（miR-34a 有抑制軟骨細胞生長的作用），8 周后分離軟骨細胞進行培養，用細胞流式儀檢測發現miR-34a 在軟骨細胞中的含量明顯增高。

此造模方法優點在于模型建立時間短，操作簡便，易于控制，關節穩定，模型較為典型，實用性強。

2.3.2 膠原酶關節腔內注射膠原酶也是經典的造模方法。其機理是：膠原酶能分解細胞間基質的膠原蛋白，從而分解關節軟骨、半月板及其他關節組織的膠原蛋白，從而破壞關節而達到膝關節炎的病理變化。梁霄等［17］通過分別在第1、3d 將10μL 含量1 或2 U 的膠原酶注射在遠交系雄性小鼠膝關節腔內，4 周后病理觀察后發現膝關節有明顯退變的痕跡，滑膜和關節軟骨發生不同程度的硬化和破壞，并且軟骨的退變逐漸加重，可以形成不錯的膝骨性關節炎模型；并且發現膠原酶的濃度差異也可以建立不同程度的模型，模型都會形成，只是效果會有所差異，可根據需要選擇濃度。

膠原酶造模可以很好的觀察關節炎發病過程，特異性強，對關節軟骨識別靈敏，有其特殊的優越性，是一個不錯的選擇。

2.3.3 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶注射也是科研實驗中模型建立主要的方法之一。其原理是：木瓜蛋白酶能降解軟骨內的蛋白多糖，降低了對軟骨的保護作用。同時分解的多糖殘留進入關節內，會刺激關節而引發炎癥。段文秀等［18］學者通過用4%木瓜蛋白酶和L-半胱氨酸混合液對大鼠右膝關節腔內進行注射，造模后分別用透射電鏡觀察第1，2，4，6 周股骨內側髁關節軟骨超細微結構的變化。觀察到股骨內側髁關節軟骨隨著時間的推移而變化明顯，軟骨破壞不斷加重，其中造模后4 周左右改變最為明顯，滑膜明顯增生變性，關節間隙變窄，軟骨下骨硬化。

該造模方案會出現關節軟骨破壞、滑膜增生等典型的膝骨關節炎表現，而且此造模方法簡單，周期較短，重復性高，關節穩定性好。

2.3.4 其他造模方法關節腔內注射造模方法還有很多，越來越多的方法出現，來源于科研學者們對實驗的執著與熱愛，使得造模方法不斷地在發展與更新。其他主要方法還有聚乙烯亞胺（polyethyleneimine）、雌二醇（estradiol）、菲律賓菌素（filipin）尿激酶型纖溶酶原激活物（urinary plasminogen activator，uPA）、軟骨碎片或微粒、透明質酸酶、單體碘乙酸腎上腺皮質激素、乙烯亞胺多聚物、異物等關節腔內注射都可以建立KOA 模型［19-21］。

關節腔注射造模方法匯總如表1。

表1 關節腔內注射造模表

2.4 手術造模目前科學實驗中采用手術方法建立模型發展迅速，應用廣泛，其機理主要是破壞關節的動態穩定，使關節受力不均，失去原有的平衡，導致關節內的磨損從而誘發關節軟骨的改變，形成關節炎。

如：Hulth 手術造模［22］，Hulth 法是較早出現的手術造模方法，而且也是手術建立模型較常用的方法。Stoop R等［23］通過打開關節腔，離斷內側副韌帶，內側半月板并切斷前交叉韌帶的手術方法，觀察5 周后關節變化，得到KOA 模型。改良Hulth 法：李文雄等［24］選擇從大鼠右膝關節內側切開并打開關節腔，離斷內側副韌帶，再離斷前后交叉韌帶，最后把內側半月板全部摘除，造模1 周后，每日驅趕大鼠活動30min 以上，并持續8 周，得到KOA 模型。孫先潤等［25］通過切斷大鼠前交叉韌帶建立KOA 模型，并于術后觀察其病理變化及特征，成功觀察到關節炎的病理變化。陳蔚東等［26］通過在SD 大鼠膝髕旁內側切開，直到關節腔，并把髕骨向外側推使之脫位，使膝關節處于最大屈曲位置，暴露關節腔，并剪掉內側半月板的1/3和前交叉韌帶，成功建立KOA 模型。張榮凱等和Hayami T 等［27-29］通過“內側副韌帶切斷+內側半月板切除”的方法，術后4 周觀察其病理、形態學等方面發現內側股骨髁均見明顯的軟骨面輕度糜爛，少部分關節潰瘍磨損，外側股骨髁軟骨面稍粗糙，外側脛骨平臺光滑如常，發生的變化與人類早期關節炎較為相似，而且干預時間較短，成功的幾率高。Ochiai 等［30］通過將雄性SD 大鼠的前交叉韌帶和內側副韌帶離斷的方法，4 周后打開關節腔觀察發現，膝關節退化嚴重，韌帶明顯縮短，炎癥明顯且修復較快，纖維組織增生明顯變硬，此實驗方法也可得到KOA 模型。

手術方法建立模型時間短，效果好，經濟且能較好模擬出關節炎的病理變化過程。但操作復雜，不好控制，且造模后關節不穩定影響關節基本活動，有一定前期實驗基礎的可以優先選擇此方法。

3 討論

目前科研實驗中對于使用鼠類建立KOA 模型的方法及技術相對成熟。但現階段科研與臨床的結合度還不是特別高，臨床上對于關節炎的了解還不夠深入，膝骨性關節炎的病因和發病機制還不明確，需要人們不斷地挖掘與創新。同時，大量實驗的探究使得這項技術不斷發展與完善，越來越多模型建立方法出現，卻出現一個新的問題，在各式各樣的方案面前，難以選擇合適的方案。模型建立是否成功或者成功需達到的水平都沒有一個評定的標準，建立一個合理的標準非常有必要；其次，把科研與臨床相結合迫在眉睫，目前現狀是臨床大多數醫生沒有接觸過科研，而科研人員又常常與臨床脫節，很難實現臨床與科研步調統一，導致科研結果不能在短時間內使臨床病人受益。

總之，各種造模方法大致的原理是類似的：都是模擬人類KOA 的發病機理、力學的改變、局部病理變化、關節軟骨的病變過程等［31］。同時，不同的模型建立方法均有其獨特之處，均有其不同的優缺點及適用條件。所以，在實驗中需依照實際情況（如實驗條件，經費等）來選擇自己適用的建立方法，需盡量選擇一些與人類KOA 發病機理相似的建立方法，得到的模型更加符合疾病的病變過程，更加接近人體內部動態變化，從而更好的了解疾病，理解其病因和發病機制，完善臨床上的防治方法，達到實驗輔助臨床的目的［32］。