OA動物模型的相關促進因素及評價標準

蘇川濤 鐘志安 京芳華 黃 璐 易 凡

(宜春市中醫(yī)院骨傷二科，宜春 336000)

骨性關節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種常見的骨骼肌肉系統(tǒng)疾病[1]，以關節(jié)軟骨退行性病變和關節(jié)周圍骨質(zhì)增生為病理性特征的慢性進行性骨關節(jié)病。OA發(fā)生過程中關節(jié)軟骨、骨和滑膜組織結(jié)構(gòu)均遭受破壞，主要表現(xiàn)為關節(jié)軟骨的丟失、關節(jié)滑液的炎癥、軟骨下骨硬化和囊腫形成、骨贅形成等一系列退行性病變，最終引起慢性關節(jié)疼痛、關節(jié)僵硬、關節(jié)活動障礙甚至關節(jié)畸形[2-6]。 OA致殘率高，是成年人殘疾的重要原因[7]，是現(xiàn)代社會最主要的公共健康問題之一[8]。在我國50歲以上的人口中，其發(fā)病率為5%，膝關節(jié)OA的發(fā)病率為9.5%；60歲以上的人口中，其發(fā)病率為20%，膝關節(jié)0A的發(fā)病率高達78.5%[9]。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計，骨性關節(jié)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可能成為人類第四大致殘疾病[10]，所以對于骨性關節(jié)炎的研究，特別是動物研究顯得尤為重要。

2010年11月，OSTEOARTHR CARTILAGE雜志刊登骨關節(jié)炎與軟骨組織病理學增刊[11]，里面提供了關于小鼠，大鼠，豚鼠，兔子等動物模型OA進程的組織病理學評估的指南。動物學研究中常見的動物模型有：自發(fā)OA動物模型;手術誘發(fā)或加速關節(jié)退變引起的OA;關節(jié)腔注射OA模型;轉(zhuǎn)基因動物模型，但是每個模型也具有其局限性，所以在行動物學研究時，應考慮其作用機制，選擇合適的動物進行實驗研究，并且了解相關動物模型的促進因素及評價標準。標準的研究制定與發(fā)布實施是實驗動物標準化的技術措施，是開展實驗動物標準化管理的重要依據(jù)[12]。本綜述主要對骨性關節(jié)炎動物模型的相關促進因素及評價標準進行分析。

1 OA促進因素

強迫運動是加速關節(jié)的OA進展的重要原因。在OA動物模型中高強度的鍛煉是和OA進展有關系的[13-15]。但在前交叉韌帶(Anterior Cruciate Ligaments, ACL)斷裂模型中溫和的功能鍛煉對于大鼠關節(jié)軟骨具有保護作用。這些和臨床上所見適當功能鍛煉對于OA疼痛和功能的益處是相符的[16]。肥胖也是另外一個加速OA的因素。在人體中，肥胖被認為是一個對于負重或非負重關節(jié)OA的危險因素。肥胖對于OA的影響主要是通過生物力學，炎癥介質(zhì)，行為機制介導的[17-21]。在動物模型中，肥胖對于OA的影響主要是在大鼠身上研究的[21]。Dunkin-Hartley豚鼠,是一種自發(fā)OA的模型，它比其他的豚鼠品系更重，因而被推薦為肥胖誘發(fā)OA的合適的模型。上述因素說明個體因素在促進OA的發(fā)展和進展有著復雜影響。

2 OA影像學指標

OA影像學評估常用Kellgren-Lawrence分級系統(tǒng)，其原來主要是用來定義和隨訪人類OA進展20]。這種分級系統(tǒng)的應用，在動物模型中尚未標準化和得到驗證。新的影像學技術特別是磁共振(Magnetic Resonance Imaging，MRI)和microCT給我們帶來了研究早期OA軟骨厚度，基質(zhì)改變，滑膜炎，滲出，骨和關節(jié)軟組織結(jié)構(gòu)變化的條件，先進的影像學技術應用于動物研究可以提高對OA早期結(jié)構(gòu)變化的認識。MRI已經(jīng)用于動物模型研究，如小型動物有小鼠[21]，豚鼠[22]，用以評估OA進程中軟骨及關節(jié)周圍組織的變化情況。MRI是一項軟骨特異性敏感的影像學技術，其能夠準確地識別OA疾病的影像學信號。MR定量檢測技術，正運用于評估關節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)和生物化學改變，可做關節(jié)的T2圖成像，延遲增強關節(jié)軟骨成像；T1圖成像，磁共振鉀成像[23]。MRI標志物的研究目的是發(fā)現(xiàn)疾病早期診斷影像學表現(xiàn)的特異性方法和早期干預OA的無創(chuàng)監(jiān)測。關節(jié)損傷的MRI監(jiān)測提供了無創(chuàng)的軟骨組織的位置和程度的變化信息,以及其他包括滑膜炎、積液,半月板損傷,軟骨下水腫,韌帶的完整性的OA特性。至今，對于人類或是動物的OA的研究，沒有影像學金標準。結(jié)合先進的成像技術運用到動物OA研究，提供了更多的機會來改進這些技術和將影像學研究的結(jié)果與其他措施包括組織學、軟骨力學和步態(tài)功能相結(jié)合運用于研究OA進展。

3 OA分子生物學標志物

OA疾病過程中生物標志物的識別，有助于評估OA風險的病人和研究治療方法，并阻止和減緩疾病的發(fā)展。在滑膜液，血清和尿液中的生物標志物，為臨床提供了無創(chuàng)或微創(chuàng)的檢查措施。由于OA是一個基質(zhì)損壞，同時嘗試修復的過程，運用多個合成代謝和分解代謝的生物標志物,可能最能準確描述OA疾病[24]。分子生物標志物分析可提高對OA疾病的危險因素，發(fā)病率，疾病進程，治療反應的認識。從動物模型中發(fā)現(xiàn)的生物標志物同樣能夠與人類生物標志物和癥狀相比對來確定模型表現(xiàn)疾病的準確性。在選擇生物標記物進行分析時，重要的是要注意尿液和血清測量，其代表全身水平的情況，可能受到關節(jié)其他因素的影響。在不成熟的動物中這是存在的，因為在那些動物中基質(zhì)轉(zhuǎn)換和組織重建的發(fā)生是其正常生長的一部分[25]?；悍治龅膬?yōu)點是，能很好地表現(xiàn)關節(jié)的局部環(huán)境。滑液分析的不足之處在于重復的關節(jié)液抽取術，關節(jié)予灌洗或未灌洗，可能會影響關節(jié)內(nèi)炎癥的進程，并且小型動物模型關節(jié)內(nèi)滑液量是非常有限的。當行關節(jié)腔灌洗時,應糾正生物標志物水平，因為稀釋物會使血清和灌洗液尿素水平發(fā)生變化[26]。

4 疼痛，功能和步態(tài)

臨床上骨關節(jié)炎的治療方法較多，但是在臨床療效的評價方面，未有準確標準，只有少數(shù)學者對患者臨床癥狀、體征、日常生活能力進行分值上的評估，或采用疼痛評分量表、骨關節(jié)炎調(diào)查量表等[27-28]，為了更好地研究臨床療效評價標準欠佳，這一問題越來越得到重視[29]。疼痛測量包括:初級痛覺過敏(組織損傷或炎癥引起的疼痛),二級痛覺過敏(肢體末梢疼痛,肢體對側(cè)或是肢體其他部位的疼痛),和觸摸痛(輕觸引起的疼痛,壓力引起疼痛)?，F(xiàn)在亟需一個能夠在OA模型中用來測量疼痛，分析步態(tài)和評價功能的標準方法。在臨床OA，大體和組織學改變OA嚴重程度和臨床癥狀之間的關系是不明確的。受試動物的疼痛和功能障礙的描述是一個巨大的挑戰(zhàn)。OA動物模型步態(tài)變化已用來評估疼痛和功能障礙，但步態(tài)的改變可能是疼痛刺激或是關節(jié)生物力學失調(diào)引起的。疼痛測量主要依賴識別動物行為的改變，這些行為的改變準確表達疼痛的感覺。馮弗雷長絲測試是一個用來評估大鼠模型機械性痛覺超敏常用的方法。動物受到刺激后縮足的量，就是報道所說的縮足閾值。一個低的縮足閾值說明肢體末梢的敏感性和神經(jīng)性疼痛增加。在OA的肌力試驗(Manual Muscle Test, MMT)[30-31]部分內(nèi)側(cè)半月板切除術和谷氨酸鈉碘乙酸注射的模型中可見縮足閾降低。纖維絲的應用，有報道稱當纖維絲硬度超過16 g的時候可能將大鼠足部舉起[32]。在這些情況下，大鼠下肢和膝關節(jié)的運動成為了一個潛在的疼痛來源，這可能更好地反應痛覺敏感而非觸刺激誘發(fā)痛。步態(tài)分析為我們提供了進一步對骨關節(jié)炎進程功能改變的重要的測量方法。在大鼠OA中已經(jīng)有靜態(tài)后肢重量分布的報道，研究中在大鼠后肢后方安置一個電容計測量大鼠相對重量分布[33]。動態(tài)步態(tài)分析觀察步態(tài)的改變，對稱的負重步行[34]和運動的變化范圍[35]。目前為止尚沒有OA動物模型步態(tài)分析的標準方法。目前主要方法為跛行的評分、步長的測量、足印法[36]、動態(tài)壓敏的測量、熒光鏡的后肢運動的測量等。在更大的動物上,步態(tài)和功能的測量方法如運動力學指標分析、地面反作用力值、步態(tài)觀察評估、已經(jīng)應用于OA相關變化的研究。顯然，常用的OA動物模型常為四足動物，有和兩足人類不一樣的附加步態(tài)，因而受累的關節(jié)其步態(tài)影響是可變的。步態(tài)分析技術需要更詳細、客觀、功能評估。

5 結(jié)論

OA是多種病因引起的一種慢性退行性關節(jié)疾病,以關節(jié)軟骨變性、 破壞及骨質(zhì)增生為主要表現(xiàn)是常見的中老年健康問題，影響中老年人生活質(zhì)量。人類骨性關節(jié)炎發(fā)病機制是一個及其復雜進程, 是諸多因素相互作用的結(jié)果。因此探索OA復雜的病因及病理機制，尋求治療OA的有效方法和藥物，是需要進行大量研究，其中OA的動物模型制作成為了一項最重要的實驗室研究內(nèi)容，通過對骨性關節(jié)炎動物模型的相關促進因素，分子生物標志物，評價標準等的研究，可能為我們更加深刻認識骨性關節(jié)的疾病的病因病理，從而尋求更好的更加接近人類的研究方案，最終獲取治療骨性關節(jié)炎良好的治療方案，造福廣大骨性關節(jié)炎患者。