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自发性和创伤后骨关节炎小鼠模型的半月板和韧带修饰

2022卡塔尔世界杯附加赛赛程体积22文章编号:171（2020）引用这篇文章

摘要

背景

骨关节炎(OA)是一种影响所有关节组织的全关节疾病，伴随关节软骨(AC)、软骨下骨和滑膜的改变。然而，半月板和韧带的病理很少被分析，尽管两者都在关节的机械稳定性中起着至关重要的作用。我们研究的目的是描述小鼠自发性和创伤后手术诱导的骨性关节炎疾病发展过程中半月板和韧带的病理变化，并在骨性关节炎进展过程中使用微计算机断层扫描(μCT)成像量化关节空间的组织矿化。

方法

Str/ort小鼠膝关节(自发性骨关节炎模型;26-40周)和C57CBA F1小鼠在内侧半月板失稳(DMM)手术后(创伤后OA模型;DMM后8周)，用于评估半月板和韧带的组织学病变。用μCT定量关节间隙矿化组织体积。

结果

Str/ort小鼠膝关节半月板病变与关节软骨病变的严重程度相关。这些半月板的改变包括骨化、增生、细胞肥大、II型胶原沉积和Sox9表达在膝关节囊附着附近的纤维区。前交叉韧带表现出细胞外基质变化和软骨形成，特别是在胫骨附着部位，副韧带骨化可见。在创伤后DMM模型中也证实了类似的变化。μCT分析显示，在创伤后和自发性骨性关节炎模型中，关节空间矿化组织体积随着骨性关节炎的进展而增加。

结论

在小鼠骨关节炎中，明显的AC变性可以看到半月板和韧带矿化和软骨形成的改变。尽管这些变化的病因和后果尚不清楚，但它们会影响关节的稳定性和负荷传输，因此可能导致OA进展。此外，这些变化可能在运动受限和疼痛中起重要作用，这是OA的主要临床症状。除了AC降解外，对这些软组织变化的描述应该是未来小鼠模型研究的一个重要方面，以便更全面地了解OA的发病机制。

简介

骨关节炎(OA)是一种退行性关节疾病，导致关节疼痛和活动受限。关节软骨缺失(AC)是骨关节炎的特征，也是疾病进展的标志，但包括软骨下骨在内的周围关节组织[1),滑膜(2]，半月板和韧带也受影响[3.］．关节的稳定性会影响骨性关节炎的进展，可通过手术半月板切除术和韧带横断来靶向诱导骨性关节炎[4，5，6］．尽管半月板和韧带在维持正常关节功能方面起着不可或缺的作用，但很少有研究在OA小鼠模型中检查了它们在疾病发展过程中的病理变化[7，8，9，10，11，12］．在本研究中，我们阐述了两种小鼠模型在OA发展过程中膝关节半月板和韧带的结构变化，包括自发(Str/ort小鼠)和创伤后(内侧半月板不稳定，DMM) OA模型。

虽然半月板的组成在小鼠和人类之间不同，但半月板在两种物种中可能起着相似的稳定作用。人类膝关节半月板是纤维软骨，有助于负荷传输和关节稳定性[13］．与人类不同的是，小鼠的半月板是骨化的，可以再分为三个部分:一个有骨髓腔的中央骨核，胫骨和股骨关节面对面表面的透明软骨，以及关节囊附近的纤维软骨组织的外部区域[14］．在这两个物种中，半月板通过各种韧带连接到股骨和胫骨[5］．

韧带还通过限制胫骨相对于人类和动物股骨的过度运动来稳定膝关节[15］．交叉韧带可防止过度前后和旋转运动，副韧带可限制中外侧移位[15］．小鼠韧带的结构和功能与人类韧带相似[16］．韧带和半月板稳定功能的重要性可能最好的例子是在韧带横断和半月板损伤后引发骨性关节炎，包括小鼠[4，5和人类的[17，18，19］．一些研究结果也表明半月板[19或韧带损伤[20.，21发生在自发性骨性关节炎的早期阶段。尽管有这些适应症，半月板和韧带病理还不清楚。

骨性关节炎小鼠模型是确定疾病机制和确定减缓疾病进展的靶点的重要工具[22］．OA的主要小鼠模型包括自发模型和机械诱导模型[23］．许多实验室小鼠菌株随着年龄增长而发展为OA [24］．众所周知，Str/ort小鼠表现出早发性骨性关节炎(18周龄时可见骨性关节炎)，发病率和严重程度都很高，并重现了许多人类骨性关节炎的特征，如蛋白多糖丢失、软骨颤动、软骨细胞外基质活性降解、骨赘形成和软骨下骨增厚[8，25，26，27，28，29］．这些特征在半月板胫骨韧带手术横断引起的创伤后骨性关节炎模型(如DMM模型)中也有很好的描述[5，30.，31］．半月板和韧带的病理改变在这些骨关节炎模型中描述得很差。因此，本研究的目的是探索小鼠自发性和创伤后骨性关节炎发展过程中半月板和韧带的病理变化，包括使用微计算机断层扫描(μCT)成像的关节空间组织矿化和使用免疫组化的软骨发生的特异性细胞和基质标记物。

材料和方法

动物

雄性CBA (Charles River, UK)、Str/ort(室内，Royal Veterinary College, London, UK)和C57-CBA F1小鼠(Charles River, UK)被饲养在聚丙烯笼子中，在21±2°C条件下进行12小时的明暗循环，自由饲喂标准RM1维持日粮(No.1;特别饮食服务，Witham，英国)。所有程序均符合1986年动物(科学程序)法和当地伦理委员会。

雄性Str/ort小鼠26岁(n= 7周)和40周(n= 14)被使用;这些年龄组允许骨性关节炎的全面发展，包括一系列严重级别的疾病(从1级到6级;各OA等级小鼠的发生率:1级，n= 1;二年级,n= 2;三年级,n= 8;4级,n= 5;五年级,n= 4;六年级,n= 1)。因此，我们根据骨关节炎病变的严重程度来评估半月板和韧带组织的变化，并使用国际公认的骨关节炎损失OARSI分级系统来衡量骨关节炎的严重程度[32］．为了进行μCT分析，采用第二组Str/ort小鼠(n= 8)都在相同的年龄，以尽量减少年龄对半月板大小的影响。这些小鼠在37周龄时使用，结果显示OA严重程度从3级到6级不等[33］．对于甲苯胺蓝和免疫组化染色，Str/ort样本与年龄匹配的CBA对照(n=每组6人)。

数字

右膝关节内侧半月板手术失稳n= 13只雄性10周龄C57CBA F1小鼠，如前所述[34］．简单地说，麻醉前注射10 μl/g Hypnorm®/Hypnovel®(按1:1-4份水的比例)，右膝关节内侧切口进入。半月板韧带被切断，导致内侧半月板从其胫骨附着处释放。切开后，缝合皮肤，小鼠立即转移到加热的术后恢复室。所有动物均接受盐酸丁丙诺啡(兽医用;阿尔斯托动物健康中心，约克，英国)手术后进行皮下注射，每日监测，以确保良好的健康。骨性关节炎严重程度的发生率n= 13只2 ~ 6级小鼠，如下:n= 2;三年级,n= 5;4级,n= 2;五年级,n= 2;六年级,n= 2。在μCT分析中，甲苯胺蓝和免疫组化染色样品与对侧对照进行比较。

μCT

采用5 μm各向同性体素尺寸(分别为50 kV、200 μA、0.5 mm铝滤片;0.6°旋转角度，无帧平均)使用Skyscan 1172 μCT扫描仪(Skyscan，比利时)。整个半月板(外侧和内侧)和其他矿化组织(包括韧带矿化)的手绘区域不是胫骨或股骨的一部分，使用CTAn (Skyscan，比利时)的3D算法进行分析，以提供矿化组织体积(在CTAn上测量骨体积)。使用Student 's软件对每个OA模型中不同组的矿化体积进行了比较tDMM检验，Str/ort小鼠模型Bonferroni事后检验的方差分析。使用CTVox从感兴趣的区域创建了半月板的三维模型，用于矿化组织体积分析(Skyscan，比利时)。

组织学

动物颈椎脱位处死，膝关节为μCT成像和/或组织学准备。简单地说，去除皮肤和肌肉，关节固定在中性缓冲福尔马林中，储存在70%乙醇中，并如上所述进行扫描。组织学检查中，关节进行脱钙(ImmunocalTM, Quarttet, Berlin, Germany)、脱水和蜡包埋处理。用甲苯胺蓝(0.1%在0.1 M醋酸缓冲液溶液中，pH为5.6)染色，再用0.2%快速绿反染5 s，按一定间隔在整个关节和四分之一关节上连续切取6 μ M厚的冠状切片。用甲苯胺蓝进行组织学检查，以评估半月板和韧带的病理生理变化。

免疫组织化学

免疫组化定位II型胶原(Col2) (Thermo, Mouse MC)和Sox9 (Abcam, Rabbit PC)的表达。组织切片脱蜡再水化。对于Col2，用胃蛋白酶(3 mg/mL在0.02 M HCl中)在37℃下提取抗原45分钟。然后用0.3%的过氧化氢在37°C(西格玛)冲洗玻片并封闭内源性过氧化物酶15分钟。接下来，用亲和素/生物素阻断试剂盒阻断内源性亲和素/生物素结合的玻片(Vector Labs, SP2001)。非特异性结合位点被阻断1小时(Col2: MoM Kit, Vector Labs, BMK-2202;Sox9: 10% v/v山羊血清)。主抗体在4°C孵育过夜，包括Col2 (1/100, Thermo)和Sox9 (1/1000, EMD Millipore)。阴性对照包括小鼠IgG (2 μg/mL, Sigma，用于Col2)或兔IgG (1 μg/mL, Vector Labs，用于SOX9;补充图。1)。洗涤后，应用生物素化二抗(Vector Labs) 1小时，然后应用维他汀(Vector Labs) 30分钟。染色用DAB (Vector Labs)冲洗，脱水并安装DPX (Sigma)。

结果

Str/ort小鼠的骨关节炎半月板改变包括半月板外区域的软骨形成和骨化

为了研究小鼠骨关节炎期间半月板的病理变化，我们对健康的CBA小鼠膝关节进行组织学染色，并与骨关节炎的Str/ort小鼠关节进行比较。健康CBA小鼠膝关节甲苯胺蓝染色(n= 8)描绘了预期的半月板骨和透明软骨表面成分(图8)。1一个,CBA)。此外，型胶原(Col2;免疫标记只出现在半月板的透明软骨表面，面向股骨关节软骨和胫骨软骨。软骨细胞标记物Sox9在透明软骨细胞中少量表达，而在纤维区不表达。

图1
图1

Str/ort小鼠自发性骨关节炎发展过程中半月板病理的代表性图像。一个健康CBA小鼠半月板的甲苯胺蓝、型胶原(Col2)和Sox9免疫标记，可分为不同的区域:透明软骨(H)包围骨化区(O)和外部纤维区(F)。b- - - - - -d代表性图像来自Str/ort小鼠膝关节病变半月板，OA等级为2(轻度)，4(中度)和5(重度)。甲苯胺蓝染色显示了一系列与骨关节炎发展相关的半月板病变，包括纤维区增加(由红线划出)、蛋白多糖沉积和骨形成(红色箭头)。半月板纤维区可见Col2-和sox9阳性细胞(黑色箭头)。低磁阻=低放大倍率，比例尺= 100 μm;高磁矩=高放大倍率，比例尺= 50 μm。定位:股骨在图上，胫骨在图下

全尺寸图像

一组雄性成年Str/ort小鼠(26和40周龄，n= 21)使用OARSI分级系统对AC降解进行分级，分级的严重性范围为(1-6级)。半月板的病理范围主要发生在内侧腔室，包括半月板尖端的骨赘形成，纤维区软骨发生和骨化，以及附着部位的肥厚和侵蚀。Str/ort小鼠内侧半月板病变的严重程度随着AC降解严重程度的分级(OARSI分级系统)而增加(图1)。1罪犯)。骨关节炎(2级)早期的第一个显著变化是半月板外纤维区增加，随着疾病进展进一步增加。在OA 4级及以上，扩张的纤维区域显示增生、软骨形成和骨髓腔形成的证据。这些变化包括甲苯胺蓝染色增加和圆形软骨细胞样细胞的出现，特别是在关节囊附着的区域。免疫组化显示纤维区Col2沉积，特别是在骨形成周围区域和囊膜附着位置附近的外部区域。同样，sox9阳性细胞在半月板纤维腔室边缘明显。

在Str/ort小鼠膝关节骨关节炎中，十字韧带和侧副韧带形成软骨形成区域

韧带是膝关节的稳定器，由对齐的纺锤形细胞和致密的胶原纤维组成，在健康关节中仅被甲苯胺蓝染色。2a). 2级或以上AC病变的Str/ort关节的前交叉韧带(ACL)含有明显的软骨性改变，包括甲苯胺蓝染色阳性、纤维增厚和在胫骨插入处明显的圆形肥大细胞(图)。2)。在更严重的OA病例中，甲苯胺蓝阳性染色扩展到整个ACL和插入位置，显示错位和变性的迹象，并有肥大细胞柱。免疫组化证实了Str/ort小鼠膝关节ACL细胞外基质和细胞标记物的改变，Col2沉积在ACL胫骨插入部位(图。2)。Sox9在韧带插入部位的细胞中表达，并扩展到韧带内的细胞(图。2)。在健康的CBA韧带中未观察到Col2沉积和Sox9在韧带或插入部位的表达(图。2)。

图2
图2

Str/ort小鼠骨关节炎发生时交叉韧带变化的代表性图像。一个健康CBA小鼠交叉韧带甲苯胺蓝、型胶原(Col2)和Sox9免疫标记，高倍放大插入胫骨部位。b，c骨关节炎等级为2(轻度)和5(重度)的Str/ort小鼠膝关节交叉韧带。甲苯胺蓝染色显示插入部位染色增加(嵌板高磁谱仪)b而且c)和在韧带体内(高mag用于面板c)，局部细胞肥大。Col2沉积和sox-9阳性细胞也增加，特别是在严重病变关节。低磁阻=低放大倍率，比例尺= 100 μm;高磁矩=高放大倍率，比例尺= 50 μm。定位:股骨在图上，胫骨在图下

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侧副韧带连接关节外侧/内侧的股骨和胫骨。与前交叉韧带相似，健康CBA关节副韧带中的细胞呈梭形，沿韧带纤维形成小柱状，无Col2沉积(图1)。3.a).韧带体内细胞有非常温和的Sox9表达。在Str/ort小鼠中，侧副韧带显示明显增厚、甲苯胺蓝染色增加、细胞肥大和骨形成区域(图1)。3.)。这些特征始终伴随着Col2沉积和Sox9表达的阳性局部标记。在非常严重的骨关节炎关节，可以看到明显的结构变化和明显的骨结节形成;在这些关节中，附着部位也随着向韧带延伸的骨形成而改变。3.c)。

图3
图3

OA Str/ort小鼠膝关节副侧韧带代表性图像。一个健康CBA小鼠侧副韧带甲苯胺蓝、型胶原(Col2)和Sox9免疫标记，高放大韧带体。b骨关节炎5级(严重)Str/ort小鼠膝关节副侧韧带。甲苯胺蓝染色显示局部细胞肥大，染色增加。Col2沉积和sox9阳性细胞也增加。c非常严重的骨性关节炎关节表现出严重的变化，包括韧带体内骨化(红色箭头)和col2沉积区和sox9表达细胞区(黑色箭头)。低磁阻=低放大倍率，比例尺= 100 μm;高磁矩=高放大倍率，比例尺= 50 μm。定位:股骨在图上，胫骨在图下

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创伤后骨性关节炎小鼠模型的组织学分析显示半月板和韧带的软骨增生改变

创伤后骨关节炎模型(DMM) (n= 13)导致术后8周出现中度OA，平均AC退化OARSI分级为3.4±0.3，主要发生在内侧室。在此OA端口创伤模型中，Str/ort小鼠膝关节出现了类似的半月板变化(见表)1)。内侧半月板表现为明显增厚的半月板附着物增生，软骨发生后是外部纤维腔内的骨化，包括血管侵犯和骨髓间隙的形成(图。4)。甲苯胺蓝染色也出现在骨形成周围和包膜附着附近的区域，并有细胞肥大的证据。前交叉韧带的胫骨插入部位显示甲苯胺蓝蛋白多糖染色增加和细胞肥大的证据(图。4)。ACL也显示出组织紊乱的迹象，包括纤维增厚和错位。

表1两种膝骨性关节炎模型小鼠半月板和韧带变化概况。根据OARSI分级系统报告的Str/ort小鼠的最大OA等级，根据OA的严重程度在显示可变性的模型中对这些变化进行分组
全尺寸表
图4
图4

DMM关节创伤后OA中半月板和韧带改变的代表性图像。一个对侧对照半月板染色。b甲苯胺蓝染色显示与骨关节炎发展相关的DMM小鼠的半月板变化，包括半月板纤维附着部位的骨形成、蛋白多糖和骨沉积(红色箭头)。在sox9表达细胞高甲苯胺蓝染色处(黑色箭头)也可见Col2沉积。cDMM关节交叉韧带插入处可见甲苯胺蓝染色区，伴col2沉积和Sox9表达。低磁阻=低放大倍率，比例尺= 100 μm;高磁矩=高放大倍率，比例尺= 50 μm

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μCT分析定量关节空间矿化显示骨关节炎小鼠膝关节矿化体积显著增加

矿化组织可以在三维(3D)中可视化，并使用x射线μCT成像技术进行量化。使用该技术，我们旨在量化上述软组织的变化，包括韧带和半月板软骨/骨形成。为了达到这个目的，我们使用了膝关节(n= 8)来自软骨病变严重程度(从3级到6级)的Str/ort小鼠，以及DMM术后8周的C57CBA F1小鼠(n= 7)及对侧健康关节，进行关节间隙μCT分析。这些分析表明，Str/ort小鼠膝关节随着软骨病变程度的增加，关节间隙内矿化组织体积增加(图1)。5a).同样，与未治疗的对侧腿相比，DMM手术后也发现矿化组织体积增加(图1)。5c)。

图5
图5

Str/ort小鼠关节空间矿化与骨关节炎进展的μ ct量化和3D图像，以及创伤后DMM手术的反应。一个分析显示，在Str/ort小鼠中，关节间隙矿化组织体积随疾病严重程度而增加(n= 8)和健康的C57Bl/6小鼠(n= 7)。b这种增加也在3D中显示为不同大小的半月板和异位矿化结节的增大(远端和前方视图)。cDMM手术后8周，与对侧对照膝关节相比，矿化组织体积也有类似的增加(n= 7),d矿物结节主要在关节内侧。(Lat =侧;地中海=内侧;蚂蚁=前;帖子=后;Prox =近端;Dist =远端)。* * *对p> 0.001，基于t在控制和DMM之间进行测试。数据以平均值±SEM表示

全尺寸图像

然而，这些矿化组织的代表性3D图像在这些模型之间显示了不同的病理矿化模式。Str/ort小鼠关节在内侧间室(4级)出现早期变化，这也是软骨病变的主要位置，但在严重的OA中，在两侧半月板(内侧和外侧)周围的明显结节中发展为更广泛的异常矿化(6级;无花果。5b).相比之下，DMM模型主要在内侧室室诱发OA，与对侧未处理的对照肢体相比，显示主要在内侧半月板周围矿化增加(图。5d)。

总的来说，小鼠膝关节的μCT分析显示，随着骨性关节炎的进展，关节间隙发生了可量化的矿化变化。

讨论

本研究描述了在不同的OA小鼠模型中，包括自发性Str/ort小鼠和手术后创伤性DMM模型，骨关节炎发展过程中半月板和韧带的病理变化。评估这两类模型很重要，因为它们代表不同的OA亚型，这些亚型可能通过不同的细胞机制发展而成[35]，他们的分析将允许我们定义常见的潜在治疗方案，而不考虑起始因素或更具体的治疗方案。我们在两个模型中都发现了软骨形成、骨化、细胞肥大、半月板侵蚀和韧带纤维排列丢失的异常模式。半月板和韧带组织的病理变化表明软骨内成骨标志物包括II型胶原基质的形成和Sox9的表达。此外，我们描述了使用μCT分析来量化软组织矿化/骨化随OA发展的变化。这些数据表明，在自发性和创伤后疾病的小鼠中，半月板和韧带发生骨性关节炎变化的一个共同途径。

类似的研究报告了小鼠骨性关节炎发展过程中非关节软骨组织的变化。本文报道的一些半月板变化已在Str/ort小鼠中简要报道过[7，8，9]以及最近的DMM小鼠模型[36]，有一般的组织学分析，但没有描述ACL。Walton等人对Str/ort小鼠膝关节骨关节炎的描述[8，9包括异位钙化的报道。特别是，他们描述了内侧半月板骨化中心的增加[8和内侧副韧带钙化与骨性关节炎发展之间的正相关[9］．这些发现与我们在Str/ort小鼠侧副韧带半月板异位矿化和骨化结节的组织学数据一致。Anderson-MacKenzie等研究表明，在27周龄的Str/ort小鼠中，与健康的CBA关节相比，Str/ort小鼠ACLs的MMP-2增加，胶原重塑高，机械强度降低，此时组织学OA正在发生[20.］．同时，Kwok等人显示小鼠DMM半月板有严重的纤颤、糜烂和钙化[36］．这也与我们的组织学结果相吻合，我们的μCT矿化测量和免疫组化进一步加强了这一结果，提供了这些变化的量化，并深入了解相关的基质和细胞变化。

Col2和Sox9标记是软骨特异性标记，对软骨内成骨过程至关重要。韧带插入部位除外[37，这些软骨标记的阳性表达在正常韧带中是不可能出现的。健康的半月板在半月板主体的软骨表面表达这些软骨标记[11，14]，但不在半月板的外腔室，我们所描述的大部分骨关节炎变化都发生在那里。与我们的研究结果类似，Col2和Sox9与人类acl中的OA发育有关[38证实了我们观察到的小鼠OA半月板和韧带甲苯胺蓝染色增加的软骨形成性质。

在人类中，半月板病变与衰老和骨关节炎有关。的确，在既往无损伤史的OA患者中，半月板通常会出现病变[39］．尽管半月板小骨在人类中很罕见，且主要由机械创伤引起[40]，钙化更为常见，主要见于骨关节炎患者[41，42］．此外，衰老和OA半月板显示细胞数量(细胞多和细胞少)、细胞聚集和表型变化，从成纤维细胞样细胞到圆形软骨细胞样细胞[42，与我们在小鼠OA上的发现相似。尽管有明显的半月板结构差异(如小鼠的半月板骨化)，但人类和小鼠OA之间半月板病理的相似性支持了物种间良好的转译性。在骨关节炎的其他动物模型中也有病理性半月板骨化的报道。例如，在自发性骨性关节炎的豚鼠模型中，已发现半月板骨化程度与疾病严重程度显著相关[43］．在同一模型中，使用抗矿化剂治疗可阻断半月板钙化和软骨损伤[44］．半月板骨化也是患骨关节炎的狗和猪的一个重要特征[45，46］．在猪中，半月板骨化与后腿外展、运动僵硬和体重增加减少有关，表明有疼痛的情况[45］．另一方面，在DMM大鼠模型中，组织学评分发现假组和DMM组之间半月板骨化没有差异[47］．大多数骨关节炎物种的半月板骨化增加的发生率证实了需要确定可能对控制骨关节炎发展有广泛影响的相关机制。

本研究中描述的小鼠膝关节韧带的病理软骨形成也显示出与人类关节的许多相似之处[48，49］．研究发现，骨关节炎患者的人交叉韧带表现出重要的软骨样和软骨化生，这涉及韧带细胞表型的改变，变成更像软骨细胞的圆形细胞形态[38，50］．这包括在软骨样化生区域的Col2和X型胶原标记阳性，以及软骨样细胞中的Sox9和RUNX2表达[38］．然而，这些韧带的病理性软骨形成和骨化的机制在很大程度上仍不清楚。

除了与OA开发有联系外[51，52，53，54，55]，与韧带骨化相关的因素包括印度刺猬、Wnt和炎症细胞因子信号[48，49，56］．还有报道说COL6A1而且RUNX2可能是脊柱韧带骨化的共同易感基因[57，58这两种基因也与OA有关[59，60］．转化生长因子β (TGFβ)和骨形态发生蛋白(BMPs)是已知的骨化和纤维化的调节因子，参与骨关节炎的发展，也与韧带骨化有关，包括大鼠脊柱中的重组BMP2 [61]和人类脊柱中BMP信号的异常[62］．最近，表皮生长因子信号通路与骨关节炎的发生有关，包括韧带和半月板的异位软骨-骨病变[10］．机械创伤或干扰可能是导致这些病理性骨化的因素，有证据表明，韧带骨化在机械负荷的作用下增加[63，64，65，66］．我们的研究描述了自发性骨关节炎(Str/ort)模型的变化;尽管该模型中骨性关节炎发展的病因在很大程度上未知，但这并不排除该模型中疾病发展过程中关节力学环境可能发生的变化，这些变化可能促进这些韧带病变。事实上，自发性和创伤后骨性关节炎模型在半月板和韧带发病机制上的相似性表明了这些事件的共同途径。未来在小鼠模型上的工作将确定与这些病理有关的重要途径，以靶向OA的发展。

然而，这种半月板和韧带的改变是否与OA的进展有关仍不确定。它们可能会影响关节的稳定性和载荷传递，从而加速OA和限制运动范围。此外，人类老年患者的韧带和半月板损伤与膝关节疼痛有关[67]，因此伴随新血管生成和神经支配的相关骨化可能会增加关节疼痛[68可能会导致步态的改变。在小鼠骨性关节炎模型的进一步研究可能有助于解释疼痛和活动受限的病因，这是人类骨性关节炎的主要临床表现，也有助于更好地理解骨性关节炎作为一种整体关节器官疾病。

骨性关节炎中的大部分半月板和韧带病变通常基于组织学描述，组织学描述是定性的，最好是半定量的，基于特定组织学特征的评分系统[32，69］．在本研究中，我们使用μCT成像来更好地量化关节空间组织的变化，包括韧带和半月板。我们发现，基于AC病变评分或诱导后的疾病进展，每个模型中关节间隙矿化组织体积和OA进展均有明显增加。有趣的是，矿化结节主要可见于两个模型的内侧腔室，已知AC降解发生在内侧腔室，但在更严重的关节中扩散到外侧腔室。在严重的情况下，这可能与影响整个器官的关节机械环境的变化有关。两种模型中骨性关节炎矿化组织体积增加的再现性表明，这种方法可能是疾病严重程度和进展的有力预测指标。由于韧带和半月板的识别并不总是很清楚，因此我们没有试图将关节空间内的每个组织的变化分开，这可能会导致解释错误。这种新方法也可以作为小鼠体内疾病进展的非侵入性标记。

结论

我们在两种不同的小鼠模型中对半月板和韧带组织随着骨性关节炎进展的变化的描述表明，这些变化是一种疾病的重要标志。这些事件的可重复性和这些受神经支配的组织中可能的功能影响，如机械干扰和疼痛，强调了进一步研究和在未来的体内研究中对这些事件进行系统报道的必要性。此外，关节空间矿化组织体积测量在骨关节炎发展过程中的变化，提示了一种使用无创μCT成像技术跟踪和量化疾病进展的重要新方法。

数据和材料的可用性

本文中使用的数据可以通过电子邮件请求通信作者访问。

缩写

3 d:

三维

交流:

关节软骨

ACL:

前交叉韧带

骨形态发生蛋白:

骨形成蛋白

Col2:

胶原蛋白II型

轻拍:

3, 3 ' -Diaminobenzidine

数字:

内侧半月板失稳

办公自动化:

骨关节炎

Sox9:

SRY-box 9

TGFβ:

转化生长因子β

μCT:

微型电脑断层扫描

参考文献

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确认

不适用。

资金

我们非常感谢英国关节炎研究中心(资助18768,19770,20039,20258,20581)，BBSRC BB/I014608/1, Wellcome信托基金设备资助，MRC-关节炎研究英国肌肉骨骼衰老综合研究中心(CIMA)，以及衰老和慢性疾病研究所(利物浦大学)为这项研究提供资金。

作者信息

作者和联系

  1. 英国利物浦L7 8TX西德比街6号，利物浦大学生命课程和医学科学研究所

    Lorenzo Ramos-Mucci, Rob van ' t Hof, George Bou-Gharios, eine Comerford和Blandine Poulet

  2. 比较生物医学，皇家兽医学院，英国伦敦皇家学院街，nw10tu

    Behzad Javaheri & Andrew A. Pitsillides

  3. 兽医科学研究所，利物浦大学利赫斯特校区，切斯特高速路，内斯顿，CH64 7TE

    Eithne科默福德

作者
  1. 洛伦佐Ramos-Mucci
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  2. Javaheri签署
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  3. Rob van ' t Hof
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  4. 乔治Bou-Gharios
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  5. 安德鲁·a·Pitsillides
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  6. Eithne科默福德
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  7. Blandine波利特
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贡献

研究概念与设计:B.P, A.P.;数据的采集、分析和解释:所有作者。统计分析:B. P, L.R.。对稿件的批判性修改:所有作者。作者们阅读并批准了最终稿。

相应的作者

对应到Blandine波利特．

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不适用。

同意出版

不适用。

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我们没有相互竞争的利益需要宣布。

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Ramos-Mucci, L.， Javaheri, B.， van ' t Hof, R.。et al。自发性和创伤后骨关节炎小鼠模型的半月板和韧带修饰。关节炎Res其他22171(2020)。https://doi.org/10.1186/s13075-020-02261-5

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关键字

  • 骨关节炎
  • 小鼠模型
  • 前交叉韧带
  • 弯月面

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ISSN: 1478 - 6362

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