鼠软骨纳米压痕系数：创伤后骨关节炎发病和进展的敏感指标

鼠软骨纳米压痕系数：创伤后骨关节炎发病和进展的敏感指标

创伤后骨性关节炎（post-traumatic osteoarthritis，PTOA）是由损伤引起的关节软骨及其他滑膜组织的不可逆破坏，年轻人常见，而软骨表面直接损伤、关节骨折、韧带及半月板损伤造成的负荷失稳均可导致PTOA。目前，PTOA的分子病因学机制及功能性症状并不明确。因此，对于预测性生物标记物的探索以及有效治疗手段的发展均处于早期研究阶段。本研究的目的在于展示PTOA模型鼠关节软骨的纳米机械性能，并证实其充当OA发病、好转及进展的敏感标记物的潜在可能。

对12周成年C57BL/6野生型雄鼠（Jackson实验室，巴哈伯，缅因州）左右膝关节分别行假手术及内侧半月板失稳术（destabilization of the medial meniscus，DMM）。采用原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）量化DMM术后3 d～12周股骨髁软骨纳米压痕系数（Eind），比较OA组织学改变的不同时间点Eind的变化和关节形态改变。同时评估术后8周半月板、滑膜及软骨下骨的变化情况，揭示PTOA的空间进展。为了解PTOA发病的关键机制并检测Eind在评估PTOA好转方面的灵敏度，本研究还对DMM术后大鼠立即注射GM6001（目的是抑制分解代谢的酶活性），检测其是否能在术后1周起到缓解软骨软化的作用。

组织学结果显示，伤后4周DMM膝关节内侧OA征象均不显著；8～12周软骨表面纤维化、蛋白多糖斑点染色减弱、软骨变薄等征象明显。而膝关节内侧有效Eind的减少明显先于组织学征象出现。术后3 d，内侧髁软骨Eind即在DMM与假手术侧膝关节之间存在差异。术后1周时DMM膝关节侧Eind大幅降至假手术侧的49%（41%～57%），术后2、4、8周进一步降至34%、32%和20%；然而，术后12周DMM组系数明显升高至略低于假手术组的水平。对于外侧髁软骨，DMM处理后4周即可探测到Eind明显降低，变化程度低于内侧髁，但其下降变化也明显先于组织学改变。术后2周IHC染色检测到DMM膝关节上的金属蛋白酶新生抗原表位VDIPEN341聚集蛋白聚糖退化，假手术侧未见其改变。DMM膝关节软骨上的基质金属蛋白酶传感器荧光强度明显强于假手术侧，显示OA起病时，金属蛋白酶等分解代谢酶活性显著提高。术后8周DMM膝关节内侧半月板Eind明显降低，假手术侧与同年龄正常鼠半月板Eind相似，未检测出炎症或增生（滑膜内膜增厚、细胞数增多或炎性细胞浸润）等组织学征象。μCT分析也并未发现两组软骨下骨小梁结构变化的差异。OA后期外侧髁软骨及内侧半月板也开始退变，所有关节组织均呈现出PTOA的特征。

本研究证实了Eind在检测PTOA模型鼠早期软骨退变中的高敏感性，DMM术后1～2周Eind降低可能是手术引起的蛋白水解作用增强所致，抑制金属蛋白酶及聚蛋白多糖酶活动后早期Eind下降趋势明显减缓；中晚期OA进展开始影响外侧软骨及内侧半月板的力学性质。就我们所知，这是首次对PTOA模型鼠关节软骨及半月板的力学改变进行量化研究。本研究结果为PTOA病理力学、早期检测及制定预防策略提供了重要信息，将这一方法与转基因模型鼠结合可进一步阐明PTOA的分子病因学。

（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.胡玮摘译，夏远军审校）