OA动物模型的相关促进因素及评价标准

苏川涛 钟志安 京芳华 黄 璐 易 凡

(宜春市中医院骨伤二科，宜春 336000)

骨性关节炎(osteoarthritis，OA)是一种常见的骨骼肌肉系统疾病[1]，以关节软骨退行性病变和关节周围骨质增生为病理性特征的慢性进行性骨关节病。OA发生过程中关节软骨、骨和滑膜组织结构均遭受破坏，主要表现为关节软骨的丢失、关节滑液的炎症、软骨下骨硬化和囊肿形成、骨赘形成等一系列退行性病变，最终引起慢性关节疼痛、关节僵硬、关节活动障碍甚至关节畸形[2-6]。 OA致残率高，是成年人残疾的重要原因[7]，是现代社会最主要的公共健康问题之一[8]。在我国50岁以上的人口中，其发病率为5%，膝关节OA的发病率为9.5%；60岁以上的人口中，其发病率为20%，膝关节0A的发病率高达78.5%[9]。据世界卫生组织(WHO)统计，骨性关节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可能成为人类第四大致残疾病[10]，所以对于骨性关节炎的研究，特别是动物研究显得尤为重要。

2010年11月，OSTEOARTHR CARTILAGE杂志刊登骨关节炎与软骨组织病理学增刊[11]，里面提供了关于小鼠，大鼠，豚鼠，兔子等动物模型OA进程的组织病理学评估的指南。动物学研究中常见的动物模型有：自发OA动物模型;手术诱发或加速关节退变引起的OA;关节腔注射OA模型;转基因动物模型，但是每个模型也具有其局限性，所以在行动物学研究时，应考虑其作用机制，选择合适的动物进行实验研究，并且了解相关动物模型的促进因素及评价标准。标准的研究制定与发布实施是实验动物标准化的技术措施，是开展实验动物标准化管理的重要依据[12]。本综述主要对骨性关节炎动物模型的相关促进因素及评价标准进行分析。

1 OA促进因素

强迫运动是加速关节的OA进展的重要原因。在OA动物模型中高强度的锻炼是和OA进展有关系的[13-15]。但在前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligaments, ACL)断裂模型中温和的功能锻炼对于大鼠关节软骨具有保护作用。这些和临床上所见适当功能锻炼对于OA疼痛和功能的益处是相符的[16]。肥胖也是另外一个加速OA的因素。在人体中，肥胖被认为是一个对于负重或非负重关节OA的危险因素。肥胖对于OA的影响主要是通过生物力学，炎症介质，行为机制介导的[17-21]。在动物模型中，肥胖对于OA的影响主要是在大鼠身上研究的[21]。Dunkin-Hartley豚鼠,是一种自发OA的模型，它比其他的豚鼠品系更重，因而被推荐为肥胖诱发OA的合适的模型。上述因素说明个体因素在促进OA的发展和进展有着复杂影响。

2 OA影像学指标

OA影像学评估常用Kellgren-Lawrence分级系统，其原来主要是用来定义和随访人类OA进展20]。这种分级系统的应用，在动物模型中尚未标准化和得到验证。新的影像学技术特别是磁共振(Magnetic Resonance Imaging，MRI)和microCT给我们带来了研究早期OA软骨厚度，基质改变，滑膜炎，渗出，骨和关节软组织结构变化的条件，先进的影像学技术应用于动物研究可以提高对OA早期结构变化的认识。MRI已经用于动物模型研究，如小型动物有小鼠[21]，豚鼠[22]，用以评估OA进程中软骨及关节周围组织的变化情况。MRI是一项软骨特异性敏感的影像学技术，其能够准确地识别OA疾病的影像学信号。MR定量检测技术，正运用于评估关节软骨的结构和生物化学改变，可做关节的T2图成像，延迟增强关节软骨成像；T1图成像，磁共振钾成像[23]。MRI标志物的研究目的是发现疾病早期诊断影像学表现的特异性方法和早期干预OA的无创监测。关节损伤的MRI监测提供了无创的软骨组织的位置和程度的变化信息,以及其他包括滑膜炎、积液,半月板损伤,软骨下水肿,韧带的完整性的OA特性。至今，对于人类或是动物的OA的研究，没有影像学金标准。结合先进的成像技术运用到动物OA研究，提供了更多的机会来改进这些技术和将影像学研究的结果与其他措施包括组织学、软骨力学和步态功能相结合运用于研究OA进展。

3 OA分子生物学标志物

OA疾病过程中生物标志物的识别，有助于评估OA风险的病人和研究治疗方法，并阻止和减缓疾病的发展。在滑膜液，血清和尿液中的生物标志物，为临床提供了无创或微创的检查措施。由于OA是一个基质损坏，同时尝试修复的过程，运用多个合成代谢和分解代谢的生物标志物,可能最能准确描述OA疾病[24]。分子生物标志物分析可提高对OA疾病的危险因素，发病率，疾病进程，治疗反应的认识。从动物模型中发现的生物标志物同样能够与人类生物标志物和症状相比对来确定模型表现疾病的准确性。在选择生物标记物进行分析时，重要的是要注意尿液和血清测量，其代表全身水平的情况，可能受到关节其他因素的影响。在不成熟的动物中这是存在的，因为在那些动物中基质转换和组织重建的发生是其正常生长的一部分[25]。滑液分析的优点是，能很好地表现关节的局部环境。滑液分析的不足之处在于重复的关节液抽取术，关节予灌洗或未灌洗，可能会影响关节内炎症的进程，并且小型动物模型关节内滑液量是非常有限的。当行关节腔灌洗时,应纠正生物标志物水平，因为稀释物会使血清和灌洗液尿素水平发生变化[26]。

4 疼痛，功能和步态

临床上骨关节炎的治疗方法较多，但是在临床疗效的评价方面，未有准确标准，只有少数学者对患者临床症状、体征、日常生活能力进行分值上的评估，或采用疼痛评分量表、骨关节炎调查量表等[27-28]，为了更好地研究临床疗效评价标准欠佳，这一问题越来越得到重视[29]。疼痛测量包括:初级痛觉过敏(组织损伤或炎症引起的疼痛),二级痛觉过敏(肢体末梢疼痛,肢体对侧或是肢体其他部位的疼痛),和触摸痛(轻触引起的疼痛,压力引起疼痛)。现在亟需一个能够在OA模型中用来测量疼痛，分析步态和评价功能的标准方法。在临床OA，大体和组织学改变OA严重程度和临床症状之间的关系是不明确的。受试动物的疼痛和功能障碍的描述是一个巨大的挑战。OA动物模型步态变化已用来评估疼痛和功能障碍，但步态的改变可能是疼痛刺激或是关节生物力学失调引起的。疼痛测量主要依赖识别动物行为的改变，这些行为的改变准确表达疼痛的感觉。冯弗雷长丝测试是一个用来评估大鼠模型机械性痛觉超敏常用的方法。动物受到刺激后缩足的量，就是报道所说的缩足阈值。一个低的缩足阈值说明肢体末梢的敏感性和神经性疼痛增加。在OA的肌力试验(Manual Muscle Test, MMT)[30-31]部分内侧半月板切除术和谷氨酸钠碘乙酸注射的模型中可见缩足阈降低。纤维丝的应用，有报道称当纤维丝硬度超过16 g的时候可能将大鼠足部举起[32]。在这些情况下，大鼠下肢和膝关节的运动成为了一个潜在的疼痛来源，这可能更好地反应痛觉敏感而非触刺激诱发痛。步态分析为我们提供了进一步对骨关节炎进程功能改变的重要的测量方法。在大鼠OA中已经有静态后肢重量分布的报道，研究中在大鼠后肢后方安置一个电容计测量大鼠相对重量分布[33]。动态步态分析观察步态的改变，对称的负重步行[34]和运动的变化范围[35]。目前为止尚没有OA动物模型步态分析的标准方法。目前主要方法为跛行的评分、步长的测量、足印法[36]、动态压敏的测量、荧光镜的后肢运动的测量等。在更大的动物上,步态和功能的测量方法如运动力学指标分析、地面反作用力值、步态观察评估、已经应用于OA相关变化的研究。显然，常用的OA动物模型常为四足动物，有和两足人类不一样的附加步态，因而受累的关节其步态影响是可变的。步态分析技术需要更详细、客观、功能评估。

5 结论

OA是多种病因引起的一种慢性退行性关节疾病,以关节软骨变性、 破坏及骨质增生为主要表现是常见的中老年健康问题，影响中老年人生活质量。人类骨性关节炎发病机制是一个及其复杂进程, 是诸多因素相互作用的结果。因此探索OA复杂的病因及病理机制，寻求治疗OA的有效方法和药物，是需要进行大量研究，其中OA的动物模型制作成为了一项最重要的实验室研究内容，通过对骨性关节炎动物模型的相关促进因素，分子生物标志物，评价标准等的研究，可能为我们更加深刻认识骨性关节的疾病的病因病理，从而寻求更好的更加接近人类的研究方案，最终获取治疗骨性关节炎良好的治疗方案，造福广大骨性关节炎患者。