半月板韧带损伤 （MLI）模型

OA的发病机制之所以尚不明确，部分原因是相关基础研究受限于动物模型。以往OA的模型复制以大型动物为主，由于大型动物的转基因和基因敲除技术尚不成熟，严重阻碍了OA分子机制层面的研究。随着小鼠基因组学的快速发展，人们开始将目光投向小鼠OA模型。小鼠OA模型通过外科手术造成的膝关节不稳与人类OA疾病发展过程类似。实际上，为了对OA不同发展阶段进行组织学分析与细胞、分子生物学研究，我们往往需要不同严重程度的OA模型。

Kamekura等［22］根据OA的严重程度和关节失稳的方向将小鼠OA模型分为轻、中、重度和内侧模型4种。Kamekura的思路在于联合不同手术造模方法复制不同严重程度的OA(图4-3)。具体方法如下。①重度OA模型：切开皮肤后切断髌腱 (patellar ligament，PL)，同时切断前后交叉韧带 (anterior-cruciate ligament/ posterior-cruciate ligament，ACL/PCL)和内外侧副韧带 (medial collateral ligament/lateral collateral ligament，MCL/LCL)，并切除内外侧半月板 (medialmeniscus/lateralmeniscus，MM/LM)。生理盐水冲洗组织碎片后，缝合皮肤切口。术中注意避免损伤软骨。②中度OA模型：切开内侧膝关节囊，在不切断PL的前提下将伸肌装置轻度外移，然后切断ACL，切除MM，最后缝合内侧关节囊和皮肤。③轻度OA模型：与中度OA模型造模方法相同，但仅切断ACL。④内侧OA模型：无须切断ACL，仅切断MCL和切除MM。尽管在小鼠的膝关节上进行手术难免会造成额外的损伤，但随着显微外科技术的发展，手术操作变得更为简单和安全。事实上，高年资的显微外科医生初次造模就能在20分钟内完成手术，且不造成关节软骨损伤。

图4-3　小鼠膝关节不同严重程度OA造模方案

PL=patellar ligament(髌韧带)；MM=medialmeniscus(内侧半月板)；LM=lateralmeniscus(外侧半月板)；MCL=medial collateral ligament(内侧副韧带)；LCL=lateral collateral ligament(外侧副韧带)；ACL=anterior cruciate ligament(前交叉韧带)；PCL=posterior cruciate ligament(外侧副韧带)。　　［本图引自Kamekura，et al.Osteoarthritis Cartilage，2005，13 (7)：632-41.］

MLI模型小鼠的组织学研究显示，术后早期关节软骨由于浅层软骨缺损而使番红染色减少，且OA病变程度随时间推移呈加重趋势 (图4-4)。这与关节镜、组织学检查发现的人类OA病理改变一致［23，24］。随着OA病情的发展，人类OA关节软骨会出现合成代谢反应，如软骨增生、软骨下骨硬化、骨赘形成和滑膜肥厚等。目前已有研究对大型动物OA模型的合成代谢反应进行了总结［25］，但OA小鼠模型由于关节软骨仅仅包含少量几层软骨细胞，因而很难精确评估和量化合成代谢反应。这也是小鼠OA模型的不足之处。

图4-4　轻度、中度和重度MLI模型术后2、4和8周番红O染色

［低倍 (左)：标准尺1mm；高倍 (右)：标准尺50μm］。　　“▲”提示潮标的位置。　(A)假手术组，术后8周膝关节番红O染色；右侧高倍图彩色标尺中蓝色代表软骨浅层；红色代表软骨中/深层；绿色代表软骨钙化层；黑色代表软骨下骨。(B)重度、中度和轻度组，术后2、4和8周膝关节番红O染色；可见关节边缘骨赘形成，关节软骨退变，并随时间呈加重趋势。［本图引自Kamekura，et al.Osteoarthritis Cartilage，2005，13(7)：632-41.］

轻、中和重度3种OA模型中，关节不稳造成不同程度的胫骨平台后部中央关节软骨病变，这提示我们结合这些模型能阐述OA不同病变阶段的分子机制。中度和重度OA模型有助于评估反应性骨改变，如骨赘形成等晚期OA的特征性改变。中度模型OA早期软骨病变发展慢于重度组模型，因此它更适合于OA整个病程尤其是早期病变的研究。轻度OA模型病变发展中仅有部分软骨发生退变，因而整个实验观察期内软骨细胞形态都能得以保留。可见，轻度OA模型适用于OA早期病变的细节观察研究。内侧OA模型主要为膝关节内侧病变，这与大多数人类OA的病变一致。尽管内侧OA模型胫骨平台后部的病变发展速度稍快于轻度OA模型，但前者晚期能观察到明显的骨赘形成 (图4-5)。结合基因敲除技术，内侧OA模型有助于我们研究包括OA早、晚期病变发展中不同代谢因子所起的调节作用。总而言之，MLI模型对相关因子在特定病理阶段中的更多细节的阐明具有重要意义。(https://www.daowen.com)

图4-5　膝关节内侧病变MLI模型术后2、4和8周番红O染色

［低倍 (下)：标准尺500μm高倍 (上)：标准尺50μm］“▲”提示潮标的位置。膝关节内侧病变程度随时间呈加重趋势；术后2-4周出现软骨增生改变；术后8周，软骨中层退变；术后12周关节边缘有骨赘形成。　　［本图引自Kamekura，et al.Osteoarthritis Cartilage，2005，13 (7)：632-41.］

MLI模型在不同程度机械应力刺激下表现出不同的OA病变发展速度。实践证明，MLI模型能很好地复制人类OA的病变特征，且操作简单，可重复性强。可以预见的是，随着小鼠基因组学与基因敲除技术的不断发展，探索OA病变发展不同阶段的分子背景将成为近期的研究热点。