劉苗苗,韋 芳,潘超安,楊 洋,徐斯偉,周俊梅,張必萌△
(1.上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院,上海201620;2.上海市松江樂都醫(yī)院,上海201620)
膝骨關(guān)節(jié)炎(Knee Osteoarthritis)是目前世界上最常見的關(guān)節(jié)退行性病變,每年都會影響百萬人的生活質(zhì)量。這種疾病不僅影響了近10%的老年人的生活,同時(shí)也使得很多年輕人飽受其害[1]。目前的研究表明膝骨關(guān)節(jié)炎是多種因素引起的關(guān)節(jié)軟骨退行性病變[2],主要病理變化為關(guān)節(jié)腔變窄、透明軟骨缺失、軟骨下硬化、關(guān)節(jié)邊緣骨贅增生等。也有研究發(fā)現(xiàn)膝骨關(guān)節(jié)炎的主要病理變化為滑膜纖維化以及關(guān)節(jié)腔液成分的改變[3]。盡管膝骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的具體機(jī)制還不明確,但是可以肯定的是引起此病變的機(jī)制不止一種,越來越多的證據(jù)表明滑膜病變在膝骨關(guān)節(jié)炎的病理進(jìn)程中有重要地位[4]。膝骨關(guān)節(jié)炎在臨床上的主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)的疼痛、腫脹、僵硬以及活動(dòng)受限,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[5-6]。膝骨關(guān)節(jié)炎的治療主要集中在相關(guān)癥狀的改善上,目前臨床上常用的非甾體抗炎藥,長期服用可產(chǎn)生不同程度的胃腸道不適等副作用[7],因此尋求一種安全有效的療法一直是國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界所關(guān)注的重點(diǎn),近年來的資料顯示:針灸療法是治療膝骨關(guān)節(jié)炎有效方式之一[6-8]。研究表明:針灸在緩解患者膝關(guān)節(jié)炎引起的疼痛、腫脹等方面有顯著療效,但對其起效的具體機(jī)制尚未明確[9]。
本實(shí)驗(yàn)旨在通過建立動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,觀察電針治療膝骨關(guān)節(jié)炎MIA模型大鼠過程中滑膜組織中的基質(zhì)金屬蛋白酶-3(MMP-3)和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1(TIMP-1)表達(dá)的變化,研究電針對MMP-3和TIMP-1的調(diào)控機(jī)制,為電針治療膝骨關(guān)節(jié)炎的可能作用機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
由上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供的清潔級健康3月齡SD雄性大鼠40只,體重在(280±20)g。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由本醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心負(fù)責(zé)飼養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)過程中對動(dòng)物的處置符合科學(xué)技術(shù)部發(fā)布的《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)性意見》[10]以及上海交通大學(xué)倫理委員會對于善待動(dòng)物的相關(guān)規(guī)定。
一次性 1.5寸華佗牌無菌針灸毫針 0.35×40 mm,蘇食藥監(jiān)械(準(zhǔn))字2008第227 0626號,中國蘇州醫(yī)療用品廠有限公司;華佗牌電子針療儀SDZII型,蘇食藥監(jiān)械(準(zhǔn))字2009第2270366號,中國蘇州醫(yī)療用品廠有限公司;塞來昔布膠囊(商品名:西樂葆,國藥準(zhǔn)字J20080059+H20110474):美國輝瑞制藥有限公司;碘乙酸鈉(MIA):Sigma,美國;Trizol試劑:Sigma,美國;兔抗 MMP-3、TIMP-1多克隆抗體:上海浩朗生物科技有限公司;數(shù)碼相機(jī):尼康,日本。其它涉及的試劑及儀器均由上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院實(shí)驗(yàn)中心提供。
隨機(jī)對照動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
將40只雄性大鼠稱重后按隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分成4組,即正常組、模型組、藥物組和電針組,每組各10只。
將SD大鼠置于清潔級環(huán)境中,每2只一籠,采用Guingamp C的經(jīng)典MIA造模方法制備大鼠膝骨關(guān)節(jié)炎 MIA 模型[11],將0.3 mg單體碘乙酸鈉(MIA)溶液注入大鼠左側(cè)膝骨關(guān)節(jié)腔內(nèi),并配合持續(xù)的抽屜樣關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。具體操作步驟為:將3 mg MIA溶入到50 μl 9%的生理鹽水中,清理關(guān)節(jié)附近的鼠毛,將關(guān)節(jié)屈曲到最大限度后于左膝關(guān)節(jié)腔注入配置好的溶液,于右膝處注入同等劑量的生理鹽水,正常組用同樣的方法于兩膝注入50 μl 9%生理鹽水。40只老鼠每天同時(shí)做相同的驅(qū)趕運(yùn)動(dòng)約30 min。
實(shí)驗(yàn)兩周后,分別對各組進(jìn)行干預(yù)。正常組:給予正常飲食,其它不作特殊處理。造模組:造模后給予正常飲食,不作任何治療。電針組:穴位常規(guī)消毒后用直徑0.35 mm、長40 mm的華佗牌針灸針進(jìn)行針刺“后三里”穴、“陽陵泉”穴[12-20]。得氣后接通電針治療儀,采用疏密波形,頻率1~4 Hz,輸出強(qiáng)度為1~3 mA,持續(xù)20 min,以局部肌肉輕微抖動(dòng)為度。每日1次,連續(xù)治療14天。藥物組:將塞來昔布溶入到10%的二甲基亞砜(DMSO)中,按照人與動(dòng)物體重?fù)Q算公式 Meeh -Rubner折合成大鼠量[11,19-20],給予每只大鼠3 mg·(kg-1·2ml-1)灌胃量,每天灌藥 1 次,連續(xù)給藥14天。
Meeh-Rubner換算公式:A=K·W2/3/10 000。
注:A代表體表面積,K代表系數(shù),W代表體重(g)。
于實(shí)驗(yàn)第4周采用頸椎脫臼法處死全部大鼠,將大鼠固定于固定板上,伸直關(guān)節(jié),切開皮膚,將整個(gè)關(guān)節(jié)取下攝像保存并作大體觀察。切開皮下組織、深筋膜、切斷內(nèi)外側(cè)副韌帶,顯露出整個(gè)膝關(guān)節(jié)面,肉眼觀察膝關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)軟骨以及滑膜變化并攝像保存。將膝關(guān)節(jié)置于冰上,用銳利刀片取膝關(guān)節(jié)正中部分的滑膜組織約50 mg,去除周圍的脂肪組織,剪碎分裝置于1.5 ml的離心管中,加入 Trizol試劑0.5 ml手動(dòng)勻漿器攪碎組織,于4℃下1000 g離心20 min,提取上清液置于4℃下保存?zhèn)溆谩?/p>
雙抗體夾心elisa法檢測各組MMP-3和TIMP-1的含量。參考試劑盒說明書配置所需溶液,并配置標(biāo)準(zhǔn)品梯度:MMP -3:2000,1000,500,250,125,62.5,31.2 pg/ml;TIMP -1:800,400,200,100,50,25,12.5 pg/ml。在空白孔、標(biāo)準(zhǔn)孔和樣品孔分別加入50 μl ASSAY稀釋液,然后在空白孔、標(biāo)準(zhǔn)孔和樣品孔分別加入50 μl樣本稀釋液、標(biāo)準(zhǔn)品和樣本;室溫孵育2 h;用洗液沖洗4次;每孔加入100 μl酶結(jié)合物工作液;室溫孵育2 h;用洗液沖洗4次;每孔加入100 μl顯色底物;避光室溫孵育30 min;每孔加入100 μl終止液;混勻,用酶標(biāo)儀在450 nm處測吸光值;繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線:以標(biāo)準(zhǔn)品濃度對數(shù)為橫坐標(biāo),以測得的OD值為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線;根據(jù)OD值計(jì)算各個(gè)指標(biāo)含量。
注:各滑膜組織中的MMP-3和TIMP-1濃度用μg/g蛋白來表示。
在本實(shí)驗(yàn)整個(gè)操作過程中未對大鼠造成明顯創(chuàng)傷,故實(shí)驗(yàn)中無大鼠的脫落,40只大鼠全部納入結(jié)果分析。
模型組大鼠在關(guān)節(jié)腔注入MIA后3天左右發(fā)病,以左側(cè)關(guān)節(jié)腫脹、活動(dòng)受限為主,隨著時(shí)間的增加關(guān)節(jié)腫脹持續(xù)加重,部分腫脹關(guān)節(jié)局部皮膚充血、發(fā)亮、增厚,左側(cè)肢體出現(xiàn)跛行,觸摸其左側(cè)關(guān)節(jié)老鼠會有明顯的躲避行為,大鼠整個(gè)狀態(tài)表現(xiàn)為倦怠,進(jìn)食減少,體重約在14天左右開始明顯下降。藥物治療組跟針灸組大鼠的癥狀在14天干預(yù)治療后明顯改善,而造模組則持續(xù)加重。正常組體重增長正常,毛發(fā)光滑,活動(dòng)自如。
關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)軟骨肉眼觀察見表1及圖1。
表1 SD大鼠離體關(guān)節(jié)大體觀
圖1 SD大鼠離體關(guān)節(jié)大體觀
模型組、藥物組、電針組各組 MMP-3、TIMP-1蛋白水平相對表達(dá)量均較正常組顯著提高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但在模型組中兩個(gè)指標(biāo)變化并不同步,MMP-3比TIMP-1表達(dá)量增加得多;模型組、藥物組、電針組各組之間兩兩比較,藥物組和電針組中MMP-3和TIMP-1的相對表達(dá)量明顯降低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),可見藥物組和電針組對膝骨關(guān)節(jié)炎 MIA模型大鼠滑膜組織中 MMP-3和TIMP-1均有明顯下調(diào)作用,但是藥物組和電針組之間MMP-3和TIMP-1兩個(gè)指標(biāo)的表達(dá)均無顯著性差異(P >0.05)。見表2。
表2 各組MMP-3/TIMP在滑膜組織中的表達(dá)量(±s,μg/g)
表2 各組MMP-3/TIMP在滑膜組織中的表達(dá)量(±s,μg/g)
組別 n MMP-3 TIMP-1正常組10 11.91 ±0.31 10.52 ±0.40模型組 10 32.45 ±0.45 13.34 ±0.52藥物組 10 12.37 ±0.67 10.83 ±0.61電針組10 11.90 ±1.24 10.81 ±1.08
以往的實(shí)驗(yàn)研究表明大鼠在發(fā)育期雌性較雄性骨量變化有明顯差異[21],而且雌性大鼠有明顯的生理周期[22],為了避免自身生理因素給實(shí)驗(yàn)帶來的影響,本研究選用雄性大鼠作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。
膝骨關(guān)節(jié)炎實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的制備方法很多[23-24],本研究采用的是向單側(cè)膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射單體碘乙酸鈉(MIA)的方法進(jìn)行造模。研究表明[10,25]:單體碘乙酸鈉是一種糖酵解抑制劑,將其注入大鼠單側(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)能夠在較短時(shí)間內(nèi)誘發(fā)大鼠形成類似于人體的膝骨關(guān)節(jié)炎病理狀態(tài)。造模后兩周即可出現(xiàn)軟骨表面的凹陷以及裂隙、整個(gè)關(guān)節(jié)增粗等病理表現(xiàn),造模4周后即可出現(xiàn)滑膜纖維化以及關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)一步裂變,并伴隨骨贅形成。本研究在造模兩周后介入干預(yù)措施,可以有效觀察干預(yù)措施對此病理狀態(tài)的改變和影響。
大量國內(nèi)外臨床研究表明,電針在治療膝骨關(guān)節(jié)炎方面有其獨(dú)特優(yōu)勢,能夠有效緩解膝骨關(guān)節(jié)炎引起的疼痛、關(guān)節(jié)僵硬以及功能性障礙[26]。臨床上,針灸治療膝骨關(guān)節(jié)炎多以局部疏通經(jīng)脈、調(diào)理氣血為主,電針局部“足三里”穴、“陽陵泉”穴可以有效改善膝關(guān)節(jié)局部的血液循環(huán),減輕滑膜炎癥,起到防衛(wèi)免疫、抗病鎮(zhèn)痛的作用,有利于關(guān)節(jié)炎的恢復(fù)[27]。因此,本研究參照《實(shí)驗(yàn)針灸學(xué)》等,選取大鼠膝關(guān)節(jié)處,與人類膝關(guān)節(jié)“足三里”穴、“陽陵泉”穴相對應(yīng)的“后三里”穴、“陽陵泉”穴進(jìn)行電針治療。此外,相對于傳統(tǒng)針灸治療的方式,針刺后連通電針儀進(jìn)行電針治療,可以準(zhǔn)確掌握刺激參數(shù),量化刺激強(qiáng)度。
基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一類存在于軟骨細(xì)胞外的蛋白水解酶家族,可以降解細(xì)胞外基質(zhì)的大多數(shù)蛋白質(zhì)。MMP-3是MMPs家族的主要成員之一,它不僅可以降解細(xì)胞外基質(zhì)膜成分,而且能分泌大量的細(xì)胞外分子[28],在成纖維細(xì)胞的增生中起著重要的媒介作用[29]。TIMPs是一種內(nèi)源性的、分布廣泛的低分子生理性抑制劑,由滑膜及軟骨細(xì)胞合成,能夠與MMPs以共價(jià)鍵形式結(jié)合成1:1的復(fù)合物,從而抑制絕大多數(shù)的MMPs[30]。研究表明,MMP-3和 TIMP-1能夠相互結(jié)合和制約,是參與膝骨關(guān)節(jié)炎病程發(fā)展的重要物質(zhì)[31]。在膝骨關(guān)節(jié)炎患者的滑膜和軟骨組織中,MMP-3和 TIMP-1的表達(dá)均顯著增加,但TIMP-1增加的程度相對較小,打破了MMP-3和TIMP-1之間原本的平衡[32],這種失衡狀態(tài)造成膝關(guān)節(jié)軟骨外基質(zhì)降解,使得膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)一系列退變表現(xiàn)。在本研究中,正常組、電針組和藥物組大鼠滑膜組織中亦存在少量MMP-3和TIMP-1且基本保持平衡,意味著可能正是這種動(dòng)態(tài)平衡保證了軟骨細(xì)胞正常的代謝水平,而在模型組MMP-3有明顯的高表達(dá),隨之TIMP-1的表達(dá)也升高,但是兩者的表達(dá)并不同步,使得MMP-3和TIMP-1的平衡遭到破壞,與文獻(xiàn)報(bào)道一致,雖然這與之前的另外一篇文獻(xiàn)報(bào)道[18]中MMP-3和TIMP-1的變化趨勢稍有差異,恰好說明了這種平衡可能并非靜止?fàn)顟B(tài),而是處在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化中,電針?biāo)鸬淖饔每赡苷眉m正了兩者之間的不平衡,使兩者歸于平衡狀態(tài)。
本實(shí)驗(yàn)采用分子生物學(xué)方法對電針治療大鼠膝骨關(guān)節(jié)炎MIA模型進(jìn)行了研究,并對電針療法的可能作用機(jī)制進(jìn)行探討,證明了針灸能夠有效糾正MMP-3和TIMP-1在滑膜組織中的異常表達(dá),從而發(fā)揮治療作用,為針灸治療膝骨關(guān)節(jié)炎提供了可靠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
注:感謝美國雅培公司的Steve McGaraughty博士對本研究造模部分提供的指導(dǎo)與支持。
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