膝骨关节炎发生发展与糖尿病的相关性研究

高希武，吴疆，张帅，马龙

（宁夏医科大学总医院骨三科，宁夏 银川 750001）

膝骨关节炎（OA）又称为膝关节骨关节炎、膝关节炎，是骨科常见的一种慢性关节疾病，多发生于老年人群，65岁以上老年人发病率为50%，75岁以上老年人发病率高达80%[1]，主要是由于老年人随着年龄的增长，身体机能出现不同程度的退化，身体免疫力下降，导致骨密度和骨质量下降，从而增加发病率。OA发病机制目前尚未完全明确，可能与体质量过高、长时间下蹲、不正确的走路姿势及遗传等因素有关。而糖尿病（DM）是一种常见的代谢类疾病，由于胰岛素分泌缺陷或其他生物损害引起的血糖升高，如不能得到很好的控制和治疗，会导致肾小球基底膜过滤异常，形成DM肾病，且病程长，病理复杂，常反复发作，如早期得不到有效治疗，易发展为尿毒症、肾癌等严重疾病，严重威胁患者的生命安全[2]。有研究[3]显示，OA人群患DM的风险比健康人群高13%。还有研究[4]表明，代谢综合征与OA的发生、发展密切相关，而DM作为常见代谢综合征，可能与OA的发生、发展有关。基于此，本研究旨在探究膝骨关节炎发生发展与糖尿病的相关性，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2019年1月至2020年1月本院收治的原发性膝关节骨关节炎并行人工全膝关节置换术患者所捐赠的股骨髁及胫骨平台骨组织及滑膜组织标本80例作为研究对象，其中男 47 例，女 33 例；年龄 51～72 岁，平均年龄（61.5±1.6）岁。根据患者是否合并DM分为单纯OA组与OA合并DM组，每组40例。单纯OA组男23例，女17例；年龄51～70 岁，平均（61.4±1.7）岁。OA 合并 DM 组男 24 例，女 16 例；年龄52～72岁，平均（61.6±1.8）岁。两组临床资料比较差异无统计学意义，具有可比性。

纳入标准：关节边缘有骨赘；晨僵≥30 min；活动时膝关节有摩擦感；有明显骨赘，关节间隙可变窄；签署知情同意书。排除标准：合并其他膝关节疾病者；沟通障碍者；合并严重脏器疾病者；存在血小板疾病者；由其他疾病引起膝盖疼痛者；依从性较差者；存在手术禁忌证者。

1.2 方法 Mankin 评分[5]，将术中截取的新鲜胫骨平台置于超净工作台，用组织剪去除周围软组织，骨刀将内侧或外侧胫骨平台中央负重区沿冠状面劈开，保留软骨及软骨下骨，用咬骨钳修整为2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm大小的组织块，并将组织块置入10%中性福尔马林浸泡24 h，浸泡后使用流水冲洗30 min，之后取组织块置于常温下10%EDTA 液中，使组织块钙离子溶解，并每4天更换10%EDTA液，连续6周。以大头针顺利刺入骨组织为脱钙终点，后用于进行番红O-固绿染色、免疫组化染色。滑膜组织置于10%中性福尔马林浸泡24 h 后，行HE 染色。将脱钙的内侧胫骨平台组织用石蜡包埋后进行切片。后用番红O 固绿染色处理切片后进行Mankin评分，组织的病变程度分为轻度、中度、重度。

免疫组化[6]：不同分期的OA软骨和正常软骨组织标本每例取3张切片，采用间接酶标抗体法免疫组化方法分别检测软骨基质金属蛋白酶1（MMP-1）、基质金属蛋白酶13（MMP-13）和沉默葡萄糖转运蛋白-1（GLUT-1）表达情况。

1.3 判定标准 DM诊断标准[7]，达到以下2项或以上正常值即可诊断为DM：①空腹血糖水平2次或2次以上≥5.8 mmol/L；②5 min 内口服200 mL0.25%葡萄糖粉水，1 h 空腹血糖值≥7.8 mmol/L则为阳性，反之为DM；③空腹血糖值正常者进行进一步的葡萄糖耐量试验，即空腹12 h 后5 min 内口服300 mL 0.25%葡萄糖粉水，空腹血糖水平正常值≥5.6 mmol/L，服用糖水1 h后血糖水平正常值≥10.3 mmol/L，服用糖水2 h后血糖水平正常值≥8.6 mmol/L，服用糖水3 h 后血糖水平正常值≥6.7mmol/L。Mankin评分：软骨结构，正常0分，表面不规则1分，血管翳形成和表面不规则2分，裂隙进入过渡层3分，裂隙进入辐射层4 分，裂隙进入钙化层5 分，结构完全破坏6分；软骨细胞，正常0分，弥漫性细胞增加1分，局部细胞增加2分，细胞数目明显减少3分；软骨基质染色，正常0分，轻度减少1分，中度减少2分，重度减少3分，无着色4分；潮线完整性：完整0分，被血管破坏1分。4项总和为Mankin评分结果，分数越高表明软骨退变程度越严重。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0统计软件进行数据分析，计量资料以“”表示，比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组 MMP-1、MMP-13 及 GLUT-1 表达情况比较 OA 合并DM 组 MMP-1、MMP-13、GLUT-1 表达量均显著高于单纯 OA 组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组MMP-1、MMP-13及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

表1 两组MMP-1、MMP-13及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

注：MMP-1，基质金属蛋白酶1；MMP-13，基质金属蛋白酶13；GLUT-1，沉默葡萄糖转运蛋白-1

GLUT-1 0.271±0.021 0.115±0.013 39.948＜0.05组别OA合并DM组单纯OA组t值P值例数40 40 MMP-1 0.322±0.014 0.164±0.015 48.702＜0.05 MMP-13 0.212±0.015 0.141±0.012 23.376＜0.05

2.2 不同程度单纯OA 组滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13 及GLUT-1表达情况比较 单纯OA组重度滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13、GLUT-1 表达量均显著高于轻度与中度（P＜0.05），见表2。

表2 不同程度单纯OA 组滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13 及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

表2 不同程度单纯OA 组滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13 及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

注：MMP-1，基质金属蛋白酶1；MMP-13，基质金属蛋白酶13；GLUT-1，沉默葡萄糖转运蛋白-1。与轻度比较，aP＜0.05；与中度比较，bP＜0.05

GLUT-1 0.132±0.021 0.173±0.010a 0.204±0.020ab病变程度轻度中度重度例数7 10 23 MMP-1 0.159±0.012 0.242±0.013a 0.344±0.012ab MMP-13 0.121±0.011 0.134±0.030 0.232±0.012ab

2.3 不同程度OA合并DM滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13及GLUT-1 表达情况比较 OA 合并DM 组重度滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13、GLUT-1 表达量均显著高于轻度与中度（P＜0.05），见表3。

表3 不同程度OA合并DM滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

表3 不同程度OA合并DM滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13及GLUT-1表达情况比较（，OD值）

注：MMP-1，基质金属蛋白酶1；MMP-13，基质金属蛋白酶13；GLUT-1，沉默葡萄糖转运蛋白-1。与轻度比较，aP＜0.05；与中度比较，bP＜0.05

GLUT-1 0.149±0.020 0.161±0.016 0.249±0.014ab组别轻度中度重度例数8 10 22 MMP-1 0.146±0.010 0.243±0.011a 0.337±0.013ab MMP-13 0.130±0.012 0.159±0.012a 0.228±0.010ab

3 讨论

OA不仅是关节软骨的损伤，且涉及整个关节的病变，如滑膜病理性改变。在OA的进程中，滑膜所产生的蛋白酶能促进软骨基质的降解，减少软骨保护因素，促进OA的进程[8]。有研究[9]表明，滑膜在高糖环境刺激下易出现病理改变，且会增强软骨细胞MMP-1和MMP-13的表达。而葡萄糖是软骨细胞的主要能源物质，对软骨细胞合成细胞外基质的生理功能具有重要的调节作用。因此，OA在DM状态，OA来源的软骨细胞无法调节GLUT-1，增加葡萄糖蓄积和活性氧产生，导致加速OA进展。本研究结果显示，OA合并DM组MMP-1、MMP-13、GLUT-1表达量均显著高于单纯OA组，差异有统计学意义（P＜0.05）；单纯OA组重度滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13、GLUT-1表达量均显著高于轻度与中度，差异有统计学意义（P＜0.05）；OA合并DM组重度滑膜及软骨细胞MMP-1、MMP-13、GLUT-1表达量均显著高于轻度与中度，差异有统计学意义（P＜0.05）。

综上所述，DM 与OA 的发生、发展密切相关，为后期研究OA 的发病机制奠定基础，并为早期预防或治疗OA 提供有力的依据。