鼠类膝骨性关节炎模型建立的研究进展*

★ 李威 杨凤云

（江西中医药大学 南昌 330004）

KOA 是临床常见退行性关节病，发病机制暂不明确，由多种不确定因素所致的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生，临床表现为关节疼痛、关节肿胀、活动受限和关节畸形等［1］。多发于中老年人，我国65 岁老年人KOA 患病率达8.1%，且呈上升趋势［2-3］。为探寻其病因及发病机理，近年来大量的科研人员通过手术造模、膝关节制动造模、关节腔注射药物造模等多种方法进行实验，取得了不错的成绩，现对其研究现状作如下阐述。

膝骨性关节炎模型常采用的实验动物为鼠和兔，而鼠类关节组织结构与人类较接近， 骨性关节炎模型软骨生化指标与人类患此病的情况相对较一致；在形态学方面，鼠类软骨细胞凋亡方式与人类软骨细胞凋亡方式相类似；同时鼠类具有易饲养、体积小、价廉的特点，故临床上常用鼠类制备膝骨性关节炎模型［4］。膝骨性关节炎模型的建立大体可分为两大类：一为自发性模型，即无人为干预、自发进行的过程，无需借助外力；另一类为干预诱发性模型：即通过人为的各种方法干预后诱导发生，需要借助外力。

1 自发性造模

与人类一样，由于运动磨损，年老退化等原因鼠类也会罹患膝骨性关节炎；Silberberg 等［5］学者通过对黑鼠膝关节软骨病理学研究，首次发现黑鼠关节软骨退变与人类相似，在无人为干预的情况下，黑鼠会自发的患膝骨性关节炎。而目前最常用的自发性膝骨性关节炎模型是hartly 豚鼠的膝关节［6］，因为雄性hartly 豚鼠膝骨性关节炎病变方式与人类的相似，主要以负重区发生软组织改变，便于实验与研究。此方法缺点是时间长、造模慢、不好控制；优点是经济、无需人工干预。

2 干预诱发性造模

2.1 膝关节制动造模肢体的制动在临床上常用于软组织或骨折等创伤的治疗手段，然而肢体制动也会造成新的损伤。膝关节制动造模是指将鼠类膝关节长时间固定几周以上或短期的反复制动，通过限制关节活动而导致关节软骨退行性改变；多采用过曲位和过伸位固定［7］，都可以取得不错的造模效果。钱洁等［8］用石膏绷带将棉脂垫固定于大鼠左侧踝与髋关节之间，固定于过伸位；3 周后开始出现膝骨性关节炎的表现，成功建立KOA 模型。QIN J 等［9］通过固定Wistar 大鼠双前肢及尾部来建立膝骨性关节炎模型，控制关节的活动，6 周后由于用进废退导致关节退行性变化明显，关节软骨退化变硬，关节间隙变窄、僵硬、活动受限，也是一种模型建立的方法。

但此方法操作难度大，效果难以掌控，可重复性较低，关节制动需时刻观察以防止制动工具松动或脱落，影响造模效果。

2.2 喂养造模Silberberg 等［10］通过给C57BL 小鼠喂养含高脂肪、高动物油脂的饲料，发现会增加其膝骨性关节炎的发病率，而且患关节炎的几率与高脂肪饲料的用量有关。何建宜等［11］通过对C57BL/6J 雄鼠进行分组喂养，空白组用普通维持饲料，对照组用高脂饲料，16 周后对其行HE 及番红O 染色染色处理，发现高脂组软骨关节面不完整，软骨细胞量减少。而且用Omega-3 脂肪酸代替必需脂肪酸Omega-6 会加速关节软骨纤维改变。

喂养造模较少见，造模效果不明显，不可控因素太多，难以达到较好的效果。

2.3 关节腔注射药物造模

2.3.1 碘乙酸钠关节腔内注射碘乙酸钠造模是一种较常用的造模方法。其作用机理是：碘乙酸钠是甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂，注射后会使软骨基质发生改变、软骨发生降解和丢失，出现滑膜炎等症状，与人类产生的病变较为相似［12］。Hagmann 和Noriko 等［13-15］对雄性Wistar 大鼠的膝关节注射碘乙酸钠，4 周后病理学观察发现关节软骨破坏严重、变性，有局部炎症灶点，关节腔内有游离体形成，骨矿物质密度测量提示矿物质含量低于正常水平，以此建立膝骨性关节炎模型。张文强等［16］通过将0.1mL 4%碘乙酸钠溶液50μL 注射到鼠膝关节腔内，观察大鼠关节液内miR-34a 的量的表达情况（miR-34a 有抑制软骨细胞生长的作用），8 周后分离软骨细胞进行培养，用细胞流式仪检测发现miR-34a 在软骨细胞中的含量明显增高。

此造模方法优点在于模型建立时间短，操作简便，易于控制，关节稳定，模型较为典型，实用性强。

2.3.2 胶原酶关节腔内注射胶原酶也是经典的造模方法。其机理是：胶原酶能分解细胞间基质的胶原蛋白，从而分解关节软骨、半月板及其他关节组织的胶原蛋白，从而破坏关节而达到膝关节炎的病理变化。梁霄等［17］通过分别在第1、3d 将10μL 含量1 或2 U 的胶原酶注射在远交系雄性小鼠膝关节腔内，4 周后病理观察后发现膝关节有明显退变的痕迹，滑膜和关节软骨发生不同程度的硬化和破坏，并且软骨的退变逐渐加重，可以形成不错的膝骨性关节炎模型；并且发现胶原酶的浓度差异也可以建立不同程度的模型，模型都会形成，只是效果会有所差异，可根据需要选择浓度。

胶原酶造模可以很好的观察关节炎发病过程，特异性强，对关节软骨识别灵敏，有其特殊的优越性，是一个不错的选择。

2.3.3 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶注射也是科研实验中模型建立主要的方法之一。其原理是：木瓜蛋白酶能降解软骨内的蛋白多糖，降低了对软骨的保护作用。同时分解的多糖残留进入关节内，会刺激关节而引发炎症。段文秀等［18］学者通过用4%木瓜蛋白酶和L-半胱氨酸混合液对大鼠右膝关节腔内进行注射，造模后分别用透射电镜观察第1，2，4，6 周股骨内侧髁关节软骨超细微结构的变化。观察到股骨内侧髁关节软骨随着时间的推移而变化明显，软骨破坏不断加重，其中造模后4 周左右改变最为明显，滑膜明显增生变性，关节间隙变窄，软骨下骨硬化。

该造模方案会出现关节软骨破坏、滑膜增生等典型的膝骨关节炎表现，而且此造模方法简单，周期较短，重复性高，关节稳定性好。

2.3.4 其他造模方法关节腔内注射造模方法还有很多，越来越多的方法出现，来源于科研学者们对实验的执着与热爱，使得造模方法不断地在发展与更新。其他主要方法还有聚乙烯亚胺（polyethyleneimine）、雌二醇（estradiol）、菲律宾菌素（filipin）尿激酶型纤溶酶原激活物（urinary plasminogen activator，uPA）、软骨碎片或微粒、透明质酸酶、单体碘乙酸肾上腺皮质激素、乙烯亚胺多聚物、异物等关节腔内注射都可以建立KOA 模型［19-21］。

关节腔注射造模方法汇总如表1。

表1 关节腔内注射造模表

2.4 手术造模目前科学实验中采用手术方法建立模型发展迅速，应用广泛，其机理主要是破坏关节的动态稳定，使关节受力不均，失去原有的平衡，导致关节内的磨损从而诱发关节软骨的改变，形成关节炎。

如：Hulth 手术造模［22］，Hulth 法是较早出现的手术造模方法，而且也是手术建立模型较常用的方法。Stoop R等［23］通过打开关节腔，离断内侧副韧带，内侧半月板并切断前交叉韧带的手术方法，观察5 周后关节变化，得到KOA 模型。改良Hulth 法：李文雄等［24］选择从大鼠右膝关节内侧切开并打开关节腔，离断内侧副韧带，再离断前后交叉韧带，最后把内侧半月板全部摘除，造模1 周后，每日驱赶大鼠活动30min 以上，并持续8 周，得到KOA 模型。孙先润等［25］通过切断大鼠前交叉韧带建立KOA 模型，并于术后观察其病理变化及特征，成功观察到关节炎的病理变化。陈蔚东等［26］通过在SD 大鼠膝髌旁内侧切开，直到关节腔，并把髌骨向外侧推使之脱位，使膝关节处于最大屈曲位置，暴露关节腔，并剪掉内侧半月板的1/3和前交叉韧带，成功建立KOA 模型。张荣凯等和Hayami T 等［27-29］通过“内侧副韧带切断+内侧半月板切除”的方法，术后4 周观察其病理、形态学等方面发现内侧股骨髁均见明显的软骨面轻度糜烂，少部分关节溃疡磨损，外侧股骨髁软骨面稍粗糙，外侧胫骨平台光滑如常，发生的变化与人类早期关节炎较为相似，而且干预时间较短，成功的几率高。Ochiai 等［30］通过将雄性SD 大鼠的前交叉韧带和内侧副韧带离断的方法，4 周后打开关节腔观察发现，膝关节退化严重，韧带明显缩短，炎症明显且修复较快，纤维组织增生明显变硬，此实验方法也可得到KOA 模型。

手术方法建立模型时间短，效果好，经济且能较好模拟出关节炎的病理变化过程。但操作复杂，不好控制，且造模后关节不稳定影响关节基本活动，有一定前期实验基础的可以优先选择此方法。

3 讨论

目前科研实验中对于使用鼠类建立KOA 模型的方法及技术相对成熟。但现阶段科研与临床的结合度还不是特别高，临床上对于关节炎的了解还不够深入，膝骨性关节炎的病因和发病机制还不明确，需要人们不断地挖掘与创新。同时，大量实验的探究使得这项技术不断发展与完善，越来越多模型建立方法出现，却出现一个新的问题，在各式各样的方案面前，难以选择合适的方案。模型建立是否成功或者成功需达到的水平都没有一个评定的标准，建立一个合理的标准非常有必要；其次，把科研与临床相结合迫在眉睫，目前现状是临床大多数医生没有接触过科研，而科研人员又常常与临床脱节，很难实现临床与科研步调统一，导致科研结果不能在短时间内使临床病人受益。

总之，各种造模方法大致的原理是类似的：都是模拟人类KOA 的发病机理、力学的改变、局部病理变化、关节软骨的病变过程等［31］。同时，不同的模型建立方法均有其独特之处，均有其不同的优缺点及适用条件。所以，在实验中需依照实际情况（如实验条件，经费等）来选择自己适用的建立方法，需尽量选择一些与人类KOA 发病机理相似的建立方法，得到的模型更加符合疾病的病变过程，更加接近人体内部动态变化，从而更好的了解疾病，理解其病因和发病机制，完善临床上的防治方法，达到实验辅助临床的目的［32］。