錢麗萍 周乙華 瞿葉清 翟青新 余飛

南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院科研部實驗動物中心（南京210008）

骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）又名增生性關(guān)節(jié)炎、退行性關(guān)節(jié)炎，是一種臨床上常見的關(guān)節(jié)退行性疾病。其主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、活動障礙，關(guān)節(jié)畸形。OA可以在附肢骨骼的任意一個關(guān)節(jié)上發(fā)生。隨著年齡的增長，骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率將會提高。其發(fā)病主要侵犯軟骨、骨和滑膜組織，導(dǎo)致軟骨損傷、骨贅形成及滑膜炎等。由于軟骨細(xì)胞是軟骨組織中的唯一細(xì)胞，損傷、退變后修復(fù)能力有限，使得該疾病預(yù)后較差，甚至致殘，嚴(yán)重威脅患者生活質(zhì)量。在基礎(chǔ)研究以及臨床研究中，OA的發(fā)病機(jī)制、疾病進(jìn)程以及治療方式研究多通過構(gòu)建動物模型來完成。OA模型的構(gòu)建方法主要包括：關(guān)節(jié)腔內(nèi)藥物注射、關(guān)節(jié)劃痕、石膏固定制動、斷離關(guān)節(jié)內(nèi)主要韌帶、切除半月板、基因改造、自發(fā)形成關(guān)節(jié)炎等。不同的動物具備不同的特性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的研究目的合理地選擇動物模型。本文就常用的構(gòu)建OA模型的幾個種屬實驗動物作一綜述。

1 嚙齒目動物

嚙齒目動物屬于哺乳綱動物中種類最多、分布最廣的一種動物。其繁殖量大，是實驗研究中應(yīng)用最廣泛的一種動物。但由于其體型小，在手術(shù)造模的過程中會有一定困難，行手術(shù)造模時往往需要借助顯微器械，并且軟骨較薄，影像檢查時難觀察軟骨損傷情況，有其局限性。

1.1 小鼠

小鼠90%的基因組與人類相似，適合遺傳學(xué)研究。其性情溫順，繁殖速度快，繁殖量大，便于飼養(yǎng)和管理，常應(yīng)用于和遺傳相關(guān)的OA發(fā)病機(jī)制的研究。Griffin等［1］給9周齡雌性C57BL/6J小鼠以高脂飲食模擬肥胖導(dǎo)致的OA的發(fā)生，從而證明飲食引起的肥胖能通過影響骨骼肌的功能來引起OA發(fā)生。由于治療OA的藥物有限，亟待建立能夠提高對OA發(fā)病的認(rèn)識、探索新治療方法的OA動物模型。而建立能夠在關(guān)節(jié)表達(dá)骨形成蛋白（BMP）受體的小鼠模型為解決這一問題提供了研究工具［2］。 Kyrkanides等［3］發(fā) 現(xiàn)，OA可以加速和惡化阿爾茨海默病小鼠的病情，說明OA產(chǎn)生的炎癥因子可以對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。Johnson等［4］采用 VII型膠原誘導(dǎo)的方法以及切斷前交叉韌帶、內(nèi)側(cè)半月板前角脛骨韌帶、外側(cè)半月板前角脛骨韌帶的方法構(gòu)建OA模型，觀察一種小分子kartogenin對關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)作用。裸鼠可以用作異體軟骨再生的組織工程學(xué)研究。Vacanti等［5］將人軟骨細(xì)胞種植在裸鼠的背部皮下，生成了新的人透明軟骨。在分子生物學(xué)、組織工程學(xué)方面的研究將為OA的早期預(yù)防、治療開拓新思路。

1.2 大鼠

大鼠和小鼠均屬于鼠科，在諸多方面特性相似。而大鼠體型較大，更利于臨床觀察。目前往往應(yīng)用于觀察癥狀，包括步態(tài)和疼痛表現(xiàn)、細(xì)胞生物學(xué)研究、OA和神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)性研究、組織工程研究等。Kellyy等［6］給大鼠關(guān)節(jié)注射碘乙酸鈉誘導(dǎo)OA，研究OA引起疼痛的機(jī)制，模擬人OA的組織學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)其膝關(guān)節(jié)自發(fā)放電性和機(jī)械敏感性增強。Lee等［7］采用SOX9基因轉(zhuǎn)導(dǎo)的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞置于纖維蛋白凝膠上，種植在OA大鼠軟骨損傷的部分，經(jīng)過21天的治療，結(jié)果蛋白多糖、Ⅱ型膠原的表達(dá)量和對照組相比明顯改善（P<0.01），推測過表達(dá)SOX9可以促進(jìn)蛋白多糖和Ⅱ型膠原的合成，促進(jìn)軟骨生成。Allen等［8］將內(nèi)側(cè)半月板體部中間切斷，模擬半月板外側(cè)撕裂傷，構(gòu)建大鼠OA模型，分析OA大鼠的步態(tài)來測定痛觸覺和負(fù)重能力變化。結(jié)果顯示，負(fù)重能力未受到影響，而步態(tài)變得不對稱，并且健側(cè)肢體走路時花的時間較患側(cè)長（P<0.1），說明關(guān)節(jié)穩(wěn)態(tài)被破壞后，出現(xiàn)了顯著的代償現(xiàn)象。Salo等［9］采用關(guān)節(jié)內(nèi)注射免疫毒素的方法使2月齡大鼠膝關(guān)節(jié)失去傳入神經(jīng)支配，結(jié)果顯示大鼠出現(xiàn)OA癥狀，推斷隨著年齡的增長，大鼠的神經(jīng)元將會減少，這是引起自發(fā)性關(guān)節(jié)炎的進(jìn)程的重要因素。大鼠雖然體型較小鼠大，但軟骨仍然較薄，和人類相比，更易損傷，而由于其生長板的特殊性，軟骨修復(fù)能力可能更強，在研究軟骨損傷及再生方面有一定局限性［10］。1.3豚鼠

相比小鼠和大鼠，豚鼠在OA研究方面應(yīng)用得較少，主要通過化學(xué)藥物、外科手術(shù)和自發(fā)性O(shè)A來建立豚鼠OA模型?？蓱?yīng)用于OA生物標(biāo)記的測定以及組織水平的檢測。 Bowyer等［11］采用MRI檢測軟骨量損失作為生物標(biāo)記檢測OA豚鼠軟骨損傷情況，評價多西環(huán)素對OA的保護(hù)作用。用豚鼠作為OA模型，對于研究者來說，其優(yōu)勢在于豚鼠OA和人類OA相比，其組織病理學(xué)相似性非常高，和人類具有類似的評分體系，并且關(guān)節(jié)滑液可見、關(guān)節(jié)內(nèi)的生物標(biāo)志——軟骨寡聚基質(zhì)蛋白及硫酸角質(zhì)素易于檢測［12］。

2 兔

兔體型適中，行走時主要由下肢負(fù)重，接近人類的下肢負(fù)重情況，性情溫順，是最常用的OA模型。而通過兔前交叉韌帶切斷法構(gòu)建兔OA模型可重復(fù)性較好，Mankin評分分值也較高，是研究OA關(guān)節(jié)軟骨退變較理想的模型［13］。Uchii等［14］采用暴露左膝腓側(cè)副韌帶及髕韌帶 ，將內(nèi)側(cè)半月板切除3～4 mm（大約30%～40%）的方法構(gòu)建兔OA模型，通過免疫組化來觀察成纖維細(xì)胞樣生長因子8（FGF-8）對OA發(fā)病的影響。兔具有很強的自愈能力［15］，這點與大鼠、小鼠類似，和人類有著明顯差異，在模擬人OA的發(fā)生以及進(jìn)程上不夠理想。兔作為OA模型，其缺陷包括和實驗相關(guān)的抗體、細(xì)胞因子等較難獲得，在遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)實驗方面不夠理想。

3 馬

用馬構(gòu)建模型來評價OA病理生理進(jìn)程以及治療效果已有十多年歷史［16］。馬體型較大，適合手術(shù)構(gòu)建OA模型。而馬關(guān)節(jié)疾病和人的相似性較高，適合作為OA轉(zhuǎn)化研究的模型，以及治療OA引起軟骨損傷的對照研究模型［17］。馬的關(guān)節(jié)軟骨損傷恢復(fù)較慢，與人的軟骨損傷情況接近［18］。成年馬下肢膝關(guān)節(jié)軟骨的厚度1.75 mm，較接近人關(guān)節(jié)軟骨的厚度（2.35 mm）［19］，適合于作為觀察軟骨損傷過程的模型。但飼養(yǎng)馬要求具備較大的場地，對手術(shù)操作者技能要求較高，所以，在OA模型的研究中，馬并非常用實驗動物。

4 羊

山羊和綿羊均可用作構(gòu)建OA模型的實驗動物。與大型動物比較，羊的體型適中，溫順，易于管理，適合用作臨床前實驗的模型，尤其在細(xì)胞生物學(xué)方面應(yīng)用得較多。Murphy等［20］通過關(guān)節(jié)內(nèi)注射自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療由前交叉韌帶切斷及內(nèi)側(cè)半月板切除誘導(dǎo)的羊OA模型，治療9周后，其關(guān)節(jié)表面光滑程度、組織病理情況均優(yōu)于對照組。羊的半月板較大，并且OA后半月板損傷的病情與人類接近，適于進(jìn)行OA半月板退變的研究［21］。

5 犬

犬作為家畜，在長期馴化的過程中，已經(jīng)具備了特別的社交和認(rèn)知能力［22］。相對而言，犬更能夠宣泄和表達(dá)疼痛、不適等癥狀。實驗外科常用Beagle犬作為動物模型。不論臨床表現(xiàn)還是發(fā)病機(jī)制，犬自發(fā)性O(shè)A以及髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良均與人類的情況類似。犬更能模擬人OA癥狀，包括疼痛和跛行。雖然犬原發(fā)性O(shè)A較少見，但通過特定的馴養(yǎng)方法可以使犬更易感OA［23］。

6 豬

家豬關(guān)節(jié)軟骨較厚，股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨的厚度達(dá)到1.5 mm～2.0 mm［24］，而且豬的軟骨損傷后亦難恢復(fù)。這種情況對于觀察軟骨及軟骨下骨的損傷過程極為有利。但由于家豬體型肥大，性情相對暴烈，在實驗環(huán)境下不便于處理。小型豬能克服這些缺陷，但價格較高。所以，在關(guān)節(jié)炎的研究中，豬和馬一樣，并非常用的動物模型。

7 小結(jié)與展望

OA是引起人體關(guān)節(jié)功能障礙的主要原因之一。對OA的研究一直以來都是國內(nèi)外的熱點。OA的進(jìn)行性變化將會影響到關(guān)節(jié)所有的組織，導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能減退、疼痛，從而導(dǎo)致全身性疼痛，降低生活質(zhì)量，減少預(yù)期壽命。研究關(guān)節(jié)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的生物學(xué)特性以及發(fā)病機(jī)制對防治OA顯得尤為必要［25］。不論是自然環(huán)境還是人工環(huán)境下，所有的哺乳動物都有可能患上進(jìn)行性骨關(guān)節(jié)疾?。?6］。哺乳動物主要靠下肢負(fù)重，其下肢生物力學(xué)與人具有相似性，所以目前主要采用哺乳動物來構(gòu)建OA模型。雖然鳥類也可以用作OA模型，但鳥類OA模型并不能清楚地反映人類OA進(jìn)程，并且極少發(fā)生自發(fā)性O(shè)A，不適宜用作比較研究［27］。

關(guān)于OA模型的建立，最早可以追溯到1911年，國外學(xué)者采用實驗方法來模擬人類OA。該方法在動物關(guān)節(jié)軟骨局部應(yīng)用碘酊或者過氧化氫造成關(guān)節(jié)軟骨損傷，從而引起OA。隨后，不斷有學(xué)者在機(jī)械損傷、壓力損傷、化學(xué)刺激、發(fā)病機(jī)制以及生物學(xué)特性等方面進(jìn)行深入研究［28］。年齡增長、機(jī)械壓力、創(chuàng)傷、遺傳易感性以及代謝性疾病都是OA的高危因素［14］。研究前應(yīng)當(dāng)選擇合適的實驗動物來模擬導(dǎo)致OA的不同因素。一個完美的OA動物模型應(yīng)該能夠準(zhǔn)確地模擬人類OA，但由于動物的特性與人類有較大差異，做到這點很困難［29］。 因此，根據(jù)不同的實驗需要，通過正確地評估，合理地選擇實驗動物，改良模型構(gòu)建方法將是今后研究的方向。

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