马骨软骨病发病机制和风险因素

贾旭晨，毛明伟，宓君鹏，朱怡平，李 靖

(1.中国农业大学动物医学院，北京 海淀 100193 ； 2.喀什昆仑牧业发展股份有限公司，新疆 喀什 844099 ； 3.澳大利亚悉尼大学兽医学院，澳大利亚 悉尼 NSW 2006)

骨软骨病(Osteochondrosis，OC)是马最常见的发育性骨科疾病，会对马匹的运动性能和健康状态产生较大影响。OC和剥脱性骨软骨炎(Ostechondrosis dissecans，OCD)通常被定义为马驹骨骺生长板发育和关节软骨骨化异常引起的发育性骨科疾病，可导致关节处出现骨软骨碎片，生长软骨处出现裂隙或软骨下囊肿。发育异常的软骨可出现增厚、塌陷等情况，随后发展为软骨瓣或从软骨下骨分离出骨软骨碎片，导致OCD。OC和OCD为骨软骨病的不同阶段：OC代表这种发育性疾病的最初过程，而OCD是最常继发于OC的一种进行性炎性反应病变。早期的OC病变可能自愈，也可能继续发展导致骨软骨碎裂，最终表现为OCD特征性的剥离性病变，剥落的骨软骨碎片也可进一步引起严重的继发性关节炎。从细胞发育过程来看，软骨生长过程中由于多种因素造成细胞分化障碍，致使软骨细胞滞留，导致软骨增厚形成OC，进而出现裂隙造成OCD[1]。病马通常表现为运动能力和耐力显著下降、疼痛、跛行等症状。

骨软骨病通常影响5～8月龄的幼龄马[2]，随着训练强度的增加，若没有及时治疗或手术干预，OC或OCD的发病率可能会在年轻马中显著升高。不同品种马驹都会受此病影响，但以纯种马发病居多。荷兰的一项报告调查了1 231匹健康荷兰温血马，结果显示该病的患病率高达44%[3]。OC或OCD最常影响的关节包括掌指关节/跖趾关节、跗关节和股胫关节。

马骨软骨病的相关研究在过去20年取得了较大进展，目前认为其病程发生受多种因素影响，相互间复杂交错，其中饮食、生长速度、动力学创伤以及某些遗传效应等是主要风险因素。目前，国内关于马骨软骨病的研究仍相对较少。本文旨在对马骨软骨病进行概述，总结其发病机制和风险因素，重点整理介绍多种风险因素的相关理论背景和最新研究成果等，以促进对这一复杂疾病的理解，深化研究方向。

1 骨软骨病的早期发病机制

近年来,马骨软骨病的研究重点主要集中于早期发病机制上，并进一步探索其发病根源以及风险因素等，为疾病预防和控制提供更多信息。从这些研究中形成了许多关于OC病因的理论，包括软骨管的破坏、骨软骨交界处的剪切力、软骨内成骨细胞的活动改变等。

马驹出生后，关节软骨(Articular cartilage)和下方的骨骺软骨(Epiphyseal cartilage)形成的关节-骨骺(A-E)软骨复合体在发育过程中会发生很大变化：骨骺软骨会转化为骨，而关节软骨则没有太大改变，使得两者在组织学上表现较大差异。软骨发育还受到多种信号通路的调节，包括Wnts、骨形态发生蛋白、维甲酸、成纤维细胞生长因子等信号分子。

由于A-E软骨的厚度远远超过滑液的扩散极限，所以为发育中的软骨提供血液非常重要[4,5]。在马驹出生后的前6个月，软骨管为血液提供了到达软骨深层的管道。每个软骨管包含一个小动脉和几个小静脉，这些软骨管垂直或平行于骨化前沿，随着骨化前沿向关节表面移动，软骨管被软骨化，并最终与周围的软骨一起转化为骨。软骨管和周围血管沿着骨化前沿吻合，形成的这一结构不够稳定而易受损伤，其中骨化前沿最容易受到影响，这可能是OC发展的一个潜在诱因[6]。如前所述，血管在平行于骨化前沿的软骨管和垂直于骨化前沿的软骨管之间形成吻合，吻合失败则可能形成软骨坏死灶。另外在马驹中，软骨管破裂和血液供给不良也会导致继发性软骨坏死，进而引起生长软骨局灶性缺血性坏死[6]。

生物力学对OC的发展也有重要影响。关节内某些特殊部位OC易感率增高常与该区域所受剪切应力较大或冲击力较高直接相关。软骨与骨的交界面是生物力学的薄弱区域，此处骨小梁由于常常受到剪切力影响而产生形变，这对于4月龄及以下马驹骨骼发育的影响尤为重要[7]。

关于OC病因的另一种理论认为，在OC发生之前，软骨基质或细胞信号通路中的相关分子就已经发生变化。生长因子和旁分泌因子的失调可能导致软骨内成骨延迟。另外，软骨管周围的OC软骨细胞中Wnts信号通路发生改变可能影响软骨细胞的分解代谢和抑制软骨细胞成熟相关的通路，对OC的早期发病有重要作用[8]。Ihh/PTH-RP通路是另一个OC软骨中发生变化的信号通路，其表达量增加也可能直接影响OC早期软骨细胞分化和软骨内骨化的进程[9]。

2 风险因素

虽然OC的发病机制尚未完全明确，但研究普遍认为OC是由多种因素引起的，风险因素包括遗传因素、生长速度、营养和生物力学等。

2.1 遗传因素 马骨软骨病是一种多基因遗传病，其遗传背景十分复杂，同时受大量基因控制。目前已经检测到部分参与正常软骨发育过程且在OC患马中表达量发生变化的基因。研究显示，在患有OCD病变的马中，细胞外蛋白、细胞外基质周转蛋白和细胞信号因子[包括组织蛋白酶K、低密度脂蛋白受体相关蛋白4(LRP4)、整合素αV、骨桥蛋白、基膜聚糖(Lumican)、ATP6V0D2蛋白和胸腺素β4)编码的基因出现显著过量表达，导致软骨下骨出现软骨滞留。此外，在受损的软骨中还检测到编码基质金属蛋白酶13(MMP13)和Runt相关转录因子(Runx2)的基因表达异常[10]。与健康马驹的软骨相比，患病马驹的扰动样激酶2(TLK2)基因和一个未知基因(CD465746.1)发生了改变，并且这些马驹的父系和母系都患有OCD[11]。通过比较健康幼马与患OC幼马的基因表达发现，OC患马的软骨分化和软骨内骨化过程中涉及的多个基因表达量均发生显著变化[12]。

遗传效应已被证明是导致OC发生的最主要因素，已经找到很多与OC相关的遗传位点，分子遗传学研究也证实了这一点[13]。数量性状基因座(Quantitative trait loci，QTL)指的是控制数量性状的基因在基因组中的位置。通过微卫星(Microsatellite)或单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)等进行全基因组研究，已在OC患马中发现了超过25个QTL[13,14]，其中部分QTL可影响软骨性状表达，因而可能与OC的发病有关。这些QTL在不同品种马匹之间位点不一致，且马匹的不同发病关节也具有不同的QTL。

不同品种马匹的骨软骨病患病率受遗传因素影响的程度各不相同，这表明在不同品种马匹之间存在疾病易感性的遗传差异[15]。例如，在标准种马(n=6)和瑞典种马(n=13)中，子代骨软骨病的发病率与某一特定种马之间存在相关性[16]。另外，某些纯种马匹受OCD影响明显高于其他品种马匹，不同品种马匹的OC患病率存在差异，表明骨软骨病受遗传因素的影响。最易患OCD的品种是纯血马，其次是标准马和温血马[17]。最近研究发现，冷血品种马匹也可患OCD，且其对该疾病的易感性较高[18]。

2.2 生长速度和营养摄入 通常具有大型骨骼结构和快速生长率的动物的骨软骨病发病率更高，因而OC在体型较大、生长迅速的个体或品种的马中更为常见[19,20]。

在研究不同马品种、地理位置和饮食的过程中注意到，所有马的生长模式基本相似，生长速度最快的阶段为出生后的3个月内，该时期也是骨软骨病最有可能发生的时期[21]。这一时期内，马的快速生长率与特定关节的各种易损伤阶段重合，成为导致OC病变的一个重要因素[22]。但种马的体型大小与后代的骨软骨病发病率无关，这是因为马驹体型大小主要受母马影响[16]。若在母马怀孕期间喂食高能量饲料，其产下的马驹出生后更有可能发生OC。有报道显示，控制幼龄马驹的能量摄入量有利于减缓马驹的生长速度，从而降低OCD的发病率[23]。这些都说明了生长速度对OC发病有重要影响。

从生理学角度考虑，高生长率可能会使软骨内骨化的生理过程承受过大的压力，从而增加OC发病的风险。同时，高能量饮食不仅会导致高生长率，也会导致高胰岛素血症。高能量特别是高碳水化合物的摄入会引起胰岛素或甲状腺激素分泌紊乱，导致软骨管周围软骨细胞成熟缓慢、肥大细胞代谢障碍以及胰岛素抗性，这些都增加了OC发病的风险[24]。

与正常马相比，患有OC的马在饲喂精料日粮后血糖升高幅度更大，胰岛素反应也更剧烈。胰岛素及其衍生物胰岛素样生长因子IGF-I、IGF-II的分泌失衡对软骨内骨化过程有直接影响，因而患OC马驹的IGF-I活性明显低于健康马驹[24]。另外，胰岛素还会降低甲状腺激素T3和T4在循环中的含量，增加OC患病风险，因为甲状腺激素直接参与软骨细胞分化和使血管进入生长软骨的过程。

微量元素和矿物质失衡也会导致OCD。饮食中钙摄入量过多会导致降钙素升高，通过抑制破骨细胞的骨吸收活动，导致骨化症(即硬化症)，从而引发OCD[25]。有研究对高铜和低铜饮食进行了对比分析，结果显示，饲喂低铜饮食的马驹骨软骨病发病率显著升高，说明缺铜会增加OCD的发病率，这些变化在颈椎中尤为明显[26]。从机理上讲，铜可能通过降低组织蛋白酶B和组织蛋白酶D的活性来发挥保护软骨的作用。过量摄入镉或锌这2种铜拮抗剂，同样会导致OC样损伤。有流行病学数据显示，在肯塔基州和俄亥俄州的种马场，较高水平的发育性骨科疾病与低铜饮食有关，因此在怀孕的最后阶段为母马补充足够的铜十分重要[27]。

2.3 生物力学负荷和创伤 对于小马驹来说，幼年时期的运动锻炼对协调肌肉骨骼系统起着至关重要的作用，适当的锻炼可以提升马驹对运动损伤的抵抗力。马驹的充足运动对骨骼发育很重要，成长中的马驹每天应至少活动12 h，才能保证骨骼和关节的健康发育[28]。还有数据表明，即使在高能量饮食的情况下，运动对骨骼也有“保护”作用。这项针对早期断奶的幼龄温血马驹的研究显示，与饲喂相同饮食但运动有限的马驹相比，适当运动的马驹患骨软骨病的概率显著降低[29]。

但是，出生后的过度运动会造成关节负荷异常，可能是导致OC发病的另一个重要因素，幼龄马驹骨骼血管系统较为脆弱，过量运动产生的剪切力会导致关节软骨承受过度压力，造成软骨基质异常，出现裂缝，最终导致OCD的发生，软骨病变形成。因此，关节负荷过重、关节负荷不均匀或关节受力不均匀，都是导致OC发生的风险因素。影响关节生物力学负荷的因素主要包括马驹的运动方式、围场的大小以及地形的粗糙度和构型等。因此，需要根据马驹的实际情况，调整其运动时长、运动场地和运动计划。

创伤一直被认为是导致马骨软骨病的主要原因之一，因为所有容易发病的关节或部位往往均位于局部生物力学应力区。生长中的骨骺遭受创伤或局部感染可能会改变受影响部位的血液供应，从而导致生长软骨局部缺血性坏死。严重创伤可直接导致碎片断裂，较轻创伤可造成软骨下骨坏死，间接导致软骨碎片形成[30]。大多数骨软骨病的临床症状很可能是由某种类型的创伤引起的，这些创伤通常是轻微的，不足以对正常关节造成损伤。但反复的微创伤，例如肩关节中肱骨头背尾侧的撞击，以及膝关节中股骨外侧髁内侧与髁间隆起外侧之间的过度接触，都是引发病变的重要因素。

除了创伤因素外，血管病因学也帮助解释了OC的发病机制。骨骺组织在成熟时血管会逐渐消失，而某些软骨管的血管异常会导致缺血和局部软骨坏死，这可能解释了为什么骨软骨病只发生在幼龄马驹的骨骼生长期。因此缺血也是OC或OCD发展的一个危险因素，可能与A-E复合体早期OC的出现有关[31]。

3 总结

OC和OCD都是比较常见的发育性疾病，影响不同品种幼马关节的软骨和骨骼生长，发病率呈上升趋势。OC的早期发病机制主要包括软骨管的破坏、骨软骨交界处的生物力学剪切、软骨内成骨的分子改变等，相关的风险因素主要包括遗传因素、管理因素、生物力学等。

OC病变有可能自行愈合或进一步发展为OCD病变。早期OC的愈合最有可能发生在较年轻的马驹身上，因为此时发育中软骨的血液供应能力最强。愈合需要残留软骨组织的软骨内骨化和关节软骨与软骨下骨界面间的适当发育。在愈合阶段限制运动可能有助于防止早期OC的恶化。

尽管近年来对OC发病机制的研究逐渐深入，但还需要进一步的研究来确定软骨管血管坏死、缺血的原因以及软骨Ⅱ型胶原结构和代谢在OC中的作用。另外，关于OC或OCD发病过程中氧化应激、胰岛素抵抗、肥胖和代谢紊乱等机制尚不完全清楚，仍需进一步的研究。