膝骨性关节炎病程中半月板退变机理的初步研究

戴明君，潘 宏*

（安徽医科大学附属安庆医院，安徽 安庆 246003）

膝骨性关节炎(knee Osteoarthritis，KOA)是以关节软骨变性、软骨下骨形成等病理改变为主，常伴有关节半月板退变，其中以内侧半月板的中央区退变程度最重，故本研究选择该区域的半月板作为研究对象。退变的半月板对膝关节软骨产生剪切、磨损，造成软骨的正常压力分布改变，最终加重关节软骨的变性、坏死，所以研究半月板退变机理对于KOA疾病预防和延缓其进展有重要意义。本研究通过对退变的半月板生物大分子的表达情况研究，探讨半月板退变的初步机理。

1 材料和方法

1.1 临床资料和标本来源

以2016年1月～2017年1月在安徽医科大学附属安庆医院骨科全膝关节置换术的晚期KOA患者16例作为实验组，其年龄为66.25±7.86岁，男性6例，女性10例；选择同期收治的下肢毁损伤而截肢的患者5例作为对照组，其年龄为42.20±8.58岁，男性2例，女性3例。

纳入标准：（1）晚期KOA，按美国风湿病协会修订的OA分类标准，全部符合KOA的诊断；（2）下肢毁损伤需要截肢的患者。排除标准：（1）类风湿性关节炎等自身免疫性疾病；（2）术前两周内口服激素、非甾体镇痛药等；（3）术前四周内关节内注射激素等药物；（4）伴有严重心脑肺等重要脏器疾病。

1.2 实验材料

TNF-α、MMP-1及Ⅰ型胶原的免疫组化试剂盒（北京博奥森生物技术有限公司）、IPP6.0图像分析软件。

1.3 方法

1.3.1 半月板标本收集

收集相应患者的内侧半月板的中央区组织，并置-80℃下保存。

1.3.2 HE染色

1.3.3 MMP-1、TNF-α及Ⅰ型胶原免疫组化染色

具体步骤参照相应试剂盒说明书。

1.3.4 结果观察

1.3.4.1 半月板退变组织学评分

采用李国军等制定的半月板退变的评分标准[1]。

1.3.4.2 MMP-1、TNF-α阳性细胞百分率及Ⅰ型胶原染色灰度值

每个标本取2张切片，每张切片光学显微镜下放大100倍，半月板的上下两层各随机选取3个视野。阳性细胞百分率=阳性细胞数/细胞总数×100%，所有结果均取平均值。

1.4 统计学分析采用

采用SPSS Statistics 16.0软件进行数据分析，所得计量数值用±s表示，P＜0.05为差异具有统计学意义。两组资料比较采取t检验。Pearson相关分析探讨半月板退变组织学评分与免疫组化结果的相关性。

2 结 果

2.1 标本大体

对照组半月板表面光滑，平整，亮白色，弹性好；实验组表面粗糙，淡黄色，弹性较差，有破裂缺损。

2.2 HE染色

对照组纤维软骨细胞的细胞核大而圆，细胞分布规律。胶原纤维丰富，纤维束粗大，排列整齐。实验组纤维软骨细胞明显减少，排列紊乱，形态不规则。胶原纤维粗细不均，排列稀疏而紊乱。

2.3 半月板组织学评分及免疫组化染色结果

实验组的半月板退变组织学评分及TNF-α、MMP-1阳性细胞百分率显著高于对照组，两组差异有统计学意义。实验组Ⅰ型胶原的灰度值显著低于对照组，两组差异有统计学意义。详见表1。

2.3 相关性分析

实验组半月板退变组织学评分与TNF-α、MMP-1阳性细胞百分率为正相关；实验组半月板退变组织学评分与Ⅰ型胶原的灰度值为负相关。详见表2。

表1 两组半月板退变组织评分及免疫组化结果（x±s）

表2 免疫组化结果与半月板退变组织学评分的相关性

3 讨 论

3.1 KOA病程中半月板病理改变

KOA除了关节软骨病变、软骨下骨形成外，常伴有半月板的退变。退变的半月板可表现为半月板表面的磨损、破裂、弹性减退等。本研究中KOA患者半月板表面粗糙，表面可见裂隙形成，光镜下可以看到软骨细胞明显减少，排列不规则。胶原纤维粗细不均，排列稀疏。David等[2]在动物实验也有类似的结果，发现造模的狗半月板发生退变，其表面磨损，撕裂，胶原纤维及软骨细胞变性坏死，随着时间的推移这一变化加重。

3.2 半月板退变机理的初步研究

本研究结果显示KOA患者半月板中TNF-α和MMP-1表达都较对照组显著升高，而I型胶原分布明显少于对照组。说明半月板的退变可能与这些生物大分子表达有关。赵甲军等[3]的动物实验提示退变的半月板中基质金属蛋白酶表达明显增多。有学者报道称退变的半月板中TNF-α表达增多，并认为TNF-α可以通过直接诱导软骨细胞的凋亡，促进MMPs、蛋白聚糖酶等表达致使细胞死亡、胶原纤维的降解，最终导致半月板的退变。I型胶原是半月板的主要胶原纤维成分，它的减少说明纤维软骨细胞外基质成分减少，最终导致细胞失去基质的支持和保护，使其更易受到理化因素影响。

本研究通过研究几种分子的表达情况与半月板退变组织评分关系，表明半月板的退变与TNF-α、MMP-1及I型胶原的表达可能存在一定关联性。国外有报道称，TNF-α等致炎因子表达异常增高，刺激MMP-1表达，从而造成软骨及胶原纤维的破坏[4]。

3.3 研究半月板退变对于KOA治疗的临床意义

由于退变的半月板会加重关节软骨的退变，而半月板的退变也随KOA疾病进程其退变程度逐渐加重。有学者认为KOA的进展和半月板的退变是一个相互促进的过程，这最终导致KOA病情的持续恶化[5]。因此，研究半月板退变的机理，通过减少或者增强某种分子的表达，已达到阻断某个中间环节，这对于KOA的治疗提供一个新的思路。目前已经有很多学者开展了相关研究。娄苇苇等[6]通过对小鼠关节腔内注射TNF-α单抗（阿达木单抗），明显减轻小鼠关节炎引起的炎症浸润和软骨破坏。但是这些研究多是通过减轻炎症反应过程已达到延缓KOA进展，且目前多处于动物实验阶段，而对于如何减少MMP-1表达或者促进胶原纤维形成以及它们对退变的半月板的影响研究很少报道，这可能是我们未来研究的新方向。

3.4 总结

总之，本课题结果显示在KOA患者的半月板退变程度明显高于正常的患者，而且在这些半月板中TNF-α、MMP-1表达明显升高，I型胶原的含量明显减少，这提示半月板的退变可能与TNF-α、MMP-1、I型胶原的表达情况存在一定关系。

[1] 李国军,李康华,朱 勇,等.兔前交叉韧带断裂后外侧半月板的组织学退变[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(20):3873-3876.

[2] David K,Daniel M,John M,et al.Meniscus Induced Cartilaginous Damage and Non-linear Gross Anatomical Progression of Earlystage Osteoarthritis in a Canine Mode[J].The Open Orthopaedics Journal, 2016, 10, 690-705.

[3] 赵甲军,黄遂柱.兔膝关节骨性关节炎半月板形态改变及基质金属蛋白酶-3和金属蛋白酶组织抑制剂-1表达[J].中华实用诊断与治疗杂志,2015,29(6):546-548.

[4] Okamoto K,Kiga N,Shinohara Y,et al.Effect of interleukin-1 beta and dehydropiandroster-one on the expression of lumican and fibromodulin in fibroblast-like synovial cells of the human temporomandibular joint[J].Eur J Histochem.2015,59(1):30-38.

[5] 林子洪,何爱珊,傅 明.前交叉韧带切除后半月板变化及α2-巨球蛋白干预效果的初步研究[J].中华关节外科杂志,2010,14(1):93-99.

[6] 娄苇苇,杜晓楠,袁慧慧.靶向于TNF-α和RANKL的人源化抗体对DBA/1小鼠单关节炎的保护作用[J].微生物学免疫学进展,2017,2(45):8-16.