小鼠骨质疏松合并骨性关节炎模型的建立及评价

彭冰，胡正国，宋才渊，王刚（.浙江中医药大学第一临床医学院，浙江杭州30053；.浙江中医药大学第二临床医学院浙江杭州30053）

小鼠骨质疏松合并骨性关节炎模型的建立及评价

彭冰1，胡正国2，宋才渊1，王刚1
（1.浙江中医药大学第一临床医学院，浙江杭州310053；2.浙江中医药大学第二临床医学院浙江杭州310053）

摘要：［目的］探讨骨质疏松合并骨性关节炎的小鼠动物模型的制备方法。［方法］ICR雌性小鼠20只，随机分成对照组和模型组各10只。模型组采取切除双侧卵巢4周后膝关节注射碘乙酸制备模型，对照组不作任何处理。碘乙酸注射8周后对小鼠进行X-ray活体成像观察，并测定骨密度；取膝关节及腰椎做病理切片行HE染色观察。［结果］模型组小鼠骨密度明显下降，关节间隙变窄，骨赘形成，HE染色见关节面不平整，出现凹陷及软骨缺损，腰椎骨小梁变少变细，结构不完整。［结论］切除双侧卵巢及膝关节注射碘乙酸的方法能为研究骨质疏松合并骨性关节炎提供较为理想的动物模型。

关键词：骨质疏松；骨性关节炎；动物模型；实验研究

骨质疏松（osteoporosis，OP）和骨性关节炎（osteoarthritis，OA）都是发病率较高的临床常见骨科疾病。两者虽然存在各自的不同病理变化，但在骨密度、骨微结构、细胞因子以及遗传等诸多方面都存在着密切联系，常常一起发病［1］。目前越来越多的观点认为OP是导致OA的病因之一，由于骨质疏松的发生导致关节软骨力学失衡，关节磨损加重，进而发生退变增生［2］。然而，目前的实验研究中尚缺乏良好的骨质疏松合并骨性关节炎动物模型［3］。为了更好地研究OP与OA之间的关系，为临床治疗这两种疾病提供更有力的依据，本实验初步探讨通过摘除双侧卵巢、关节腔注射碘乙酸建立骨质疏松合并骨性关节炎这一动物模型的可行性，旨在为后续的实验研究及临床奠定基础。

1　材料与方法

1.1动物与分组选取ICR健康雌性小鼠20只，平均体重为35 g，由浙江中医药大学动物中心提供，动物合格证号: SCXK（沪）2008-0016。随机分为对照组、模型组2组，每组10只。每笼5只，饲养室室温20℃、相对湿度30%～40%，予标准饲料喂养，自由饮食、饮水。

1.2主要药品及仪器碘乙酸（sigma公司），10%水合氯醛（浙江省骨伤研究所配置），青霉素（华北制药生产），微量注射器（江苏凌基仪器公司），多光谱小动物成像仪（美国Kodal公司）。

1.3模型制备［4-5］小鼠适应性喂养1周后，无菌条件下，用10%水合氯醛溶液按0.3ml/100 g腹腔内注射麻醉，将小鼠仰卧固定于手术板上，剃毛消毒，从腹部正中逐层切开皮肤肌肉，摘除双侧卵巢，生理盐水冲洗后逐层缝合切口。保温灯下照射苏醒。3 d内每天每只按1万U/50 g臀肌注射青霉素预防感染。4周后无菌条件下，用10%的水合氯醛腹腔注射麻醉（0.3 ml/100 g），右膝关节区剃毛、备皮、常规消毒。微曲膝关节，以微量注射器从髌骨内侧刺入关节腔，注射碘乙酸30 μl。注射后置于饲养笼中自由活动，自由饮水饮食。对照组不做任何处理。

2　观察项目及检测方法

2.1小动物成像及骨密度测定注射碘乙酸8周后，用10%水合氯醛溶液（0.3 ml/100 g）腹腔注射麻醉，待小鼠失去知觉后将其置于拍摄仓内，摆好体位，点击拍摄按钮，用多光谱小动物成像仪摄取对照组和模型组的影像学资料（见图1），曝光时间至少1 min。再用多光谱小动物成像仪自带的骨密度测定软件划定测区域、分别测定2组小鼠的股骨远端及腰椎的骨密度。

2.2组织病理学观察注射碘乙酸8周后处死动物，取腰椎及右侧膝关节于中性甲醛中固定、经脱钙、脱水、透明等程序后，用石蜡包埋切片3 μm厚，HE染色观察。

2.3统计学方法数据资料采用SPSS17.0统计软件进行统计分析，计量资料用±s表示，两组间比较采用独立样本t检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

3　结果

3.1两组小动物成像及骨密度测定结果影像学结果显示模型组与对照组比较骨皮质变薄，骨小梁变细减少。模型组右膝关节出现明显骨赘、关节面不平整、关节间隙变窄等表现（见图1-A）。对照组关节间隙正常，无明显骨赘增生，无关节面缺损（见图1-B）。骨密度测定结果，与对照组比较，模型组股骨远端以及腰椎的骨密度明显下降，其差异有统计学意义（P＜0.05）。结果见表1。

表1　两组小鼠股骨远端及腰椎骨密度测定值比较（g/cm2±s）

表1　两组小鼠股骨远端及腰椎骨密度测定值比较（g/cm2±s）

组别　n股骨远端腰椎模型组　10　0.152±0.012　0.135±0.023对照组　10　0.343±0.034　0.337±0.015 t 16.76　23.2　7 P ＜0.05＜0.05

3.2组织病理观察模型组膝关节HE染色光镜下可见关节面凹凸不平，股骨远端及胫骨平台有明显的软骨缺损，软骨细胞排列混乱无序，并趋于肥大性末端分化（见图2-A）；对照组膝关节HE染色可见关节面光滑完整，软骨细胞排列有序，软骨下骨及骨小梁无异常，骨髓腔内骨髓细胞正常（见图2-B）。模型组腰椎HE染色可见骨小梁明显变细变薄，排列混乱不规则，数量明显减少，孔隙变宽变大，部分地方出现断裂，甚至消失，网状结构破坏缺损区域较大（见图3-A）；对照组腰椎HE染色可见骨小梁结构致密有规则，成网状结构，无明显缺损及破坏（见图3-B）。

图2　模型组与对照组右膝关节组织病理HE染色

图3　模型组与对照组腰椎组织病理HE染色

4　讨论

本研究是通过双侧卵巢摘除和碘乙酸注射来建立骨质疏松合并骨性关节炎动物模型，并通过多光谱小动物成像系统和病理组织观察来评价确认。小动物成像系统具有影像学和骨密度测定的双重功能，具有无创、分辨率高的特点，能为模型制备成败的判定提供重要的证据［5-6］。动物处死后组织病理学的观察更是最有力的评价标准。目前骨质疏松和骨性关节炎的动物模型造模方法有很多种，但在同一动物身上制备两种疾病模型却不多见。卵巢摘除是制备骨质疏松模型的经典方法，而碘乙酸注射膝关节造模具有时间短、损伤小、效果明显等优点［7］。鉴于骨质疏松与骨性关节炎的关联性，将二者集中于一个模型上研究是十分必要的。

本实验模型组小鼠切除双侧卵巢4周后予关节注射碘乙酸，8周后发现去卵巢小鼠股骨远端及腰椎的骨密度测量值显著下降。腰椎光镜下观察见骨小梁稀疏变细。另外膝关节X线显示出明显的骨赘、关节面不平整、关节间隙变窄等表现，病理切片光镜观察见软骨细胞排列混乱无序，并趋于肥大性末端分化，软骨面出现缺损。由此证实了本实验骨质疏松症合并骨性关节炎动物模型的制备是成功的。小鼠摘除卵巢后雌激素分泌减少，造成骨代谢失衡［8］，从而导致骨量减少，软骨胶原和蛋白多糖的过度分解、生长因子合成降低［9］。碘乙酸注射后导致关节内软骨基质缺损，软骨变薄、破坏糜烂等表现。而骨质疏松的发生导致软骨受力不均，进一步的加重了关节磨损、软骨破坏，使得膝关节骨性关节炎性更加严重［10］。同时，骨性关节炎的加重使得小鼠活动减少，应力刺激降低，又进一步加重了骨质疏松［11］。由此可以推测骨质疏松合并骨性关节炎模型使得二者具有相互的叠加作用。

综上所述，通过摘除小鼠双侧卵巢、关节注射碘乙酸制备骨质疏松合并骨性关节炎的模型是可行的，通过小动物成像系统及病理组织切片观察进行评价是可靠的。这一模型或许为人类研究骨质疏松和骨性关节炎的病理联系提供了新的选择，同时也为后续的实验研究提供一种思路。

参考文献

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［8］周小莉，李荣亨.雌激素与骨关节炎的实验研究进展［J］.中国老年学杂志，2007，27（7）：702-704.

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（编辑刘强）

中图分类号：R681；R684.2

文献标识码：A

文章编号：2095-4441（2015）02-0008-03

收稿日期:2015-01-19

作者简介:彭冰（1990-），男，湖南湘潭人，医学硕士，主要从事骨性关节炎及代谢性骨骼疾病研究