膝骨性關節炎病程中半月板退變機理的初步研究

戴明君，潘 宏*

（安徽醫科大學附屬安慶醫院，安徽 安慶 246003）

膝骨性關節炎(knee Osteoarthritis，KOA)是以關節軟骨變性、軟骨下骨形成等病理改變為主，常伴有關節半月板退變，其中以內側半月板的中央區退變程度最重，故本研究選擇該區域的半月板作為研究對象。退變的半月板對膝關節軟骨產生剪切、磨損，造成軟骨的正常壓力分布改變，最終加重關節軟骨的變性、壞死，所以研究半月板退變機理對于KOA疾病預防和延緩其進展有重要意義。本研究通過對退變的半月板生物大分子的表達情況研究，探討半月板退變的初步機理。

1 材料和方法

1.1 臨床資料和標本來源

以2016年1月～2017年1月在安徽醫科大學附屬安慶醫院骨科全膝關節置換術的晚期KOA患者16例作為實驗組，其年齡為66.25±7.86歲，男性6例，女性10例；選擇同期收治的下肢毀損傷而截肢的患者5例作為對照組，其年齡為42.20±8.58歲，男性2例，女性3例。

納入標準：（1）晚期KOA，按美國風濕病協會修訂的OA分類標準，全部符合KOA的診斷；（2）下肢毀損傷需要截肢的患者。排除標準：（1）類風濕性關節炎等自身免疫性疾病；（2）術前兩周內口服激素、非甾體鎮痛藥等；（3）術前四周內關節內注射激素等藥物；（4）伴有嚴重心腦肺等重要臟器疾病。

1.2 實驗材料

TNF-α、MMP-1及Ⅰ型膠原的免疫組化試劑盒（北京博奧森生物技術有限公司）、IPP6.0圖像分析軟件。

1.3 方法

1.3.1 半月板標本收集

收集相應患者的內側半月板的中央區組織，并置-80℃下保存。

1.3.2 HE染色

1.3.3 MMP-1、TNF-α及Ⅰ型膠原免疫組化染色

具體步驟參照相應試劑盒說明書。

1.3.4 結果觀察

1.3.4.1 半月板退變組織學評分

采用李國軍等制定的半月板退變的評分標準[1]。

1.3.4.2 MMP-1、TNF-α陽性細胞百分率及Ⅰ型膠原染色灰度值

每個標本取2張切片，每張切片光學顯微鏡下放大100倍，半月板的上下兩層各隨機選取3個視野。陽性細胞百分率=陽性細胞數/細胞總數×100%，所有結果均取平均值。

1.4 統計學分析采用

采用SPSS Statistics 16.0軟件進行數據分析，所得計量數值用±s表示，P＜0.05為差異具有統計學意義。兩組資料比較采取t檢驗。Pearson相關分析探討半月板退變組織學評分與免疫組化結果的相關性。

2 結 果

2.1 標本大體

對照組半月板表面光滑，平整，亮白色，彈性好；實驗組表面粗糙，淡黃色，彈性較差，有破裂缺損。

2.2 HE染色

對照組纖維軟骨細胞的細胞核大而圓，細胞分布規律。膠原纖維豐富，纖維束粗大，排列整齊。實驗組纖維軟骨細胞明顯減少，排列紊亂，形態不規則。膠原纖維粗細不均，排列稀疏而紊亂。

2.3 半月板組織學評分及免疫組化染色結果

實驗組的半月板退變組織學評分及TNF-α、MMP-1陽性細胞百分率顯著高于對照組，兩組差異有統計學意義。實驗組Ⅰ型膠原的灰度值顯著低于對照組，兩組差異有統計學意義。詳見表1。

2.3 相關性分析

實驗組半月板退變組織學評分與TNF-α、MMP-1陽性細胞百分率為正相關；實驗組半月板退變組織學評分與Ⅰ型膠原的灰度值為負相關。詳見表2。

表1 兩組半月板退變組織評分及免疫組化結果（x±s）

表2 免疫組化結果與半月板退變組織學評分的相關性

3 討 論

3.1 KOA病程中半月板病理改變

KOA除了關節軟骨病變、軟骨下骨形成外，常伴有半月板的退變。退變的半月板可表現為半月板表面的磨損、破裂、彈性減退等。本研究中KOA患者半月板表面粗糙，表面可見裂隙形成，光鏡下可以看到軟骨細胞明顯減少，排列不規則。膠原纖維粗細不均，排列稀疏。David等[2]在動物實驗也有類似的結果，發現造模的狗半月板發生退變，其表面磨損，撕裂，膠原纖維及軟骨細胞變性壞死，隨著時間的推移這一變化加重。

3.2 半月板退變機理的初步研究

本研究結果顯示KOA患者半月板中TNF-α和MMP-1表達都較對照組顯著升高，而I型膠原分布明顯少于對照組。說明半月板的退變可能與這些生物大分子表達有關。趙甲軍等[3]的動物實驗提示退變的半月板中基質金屬蛋白酶表達明顯增多。有學者報道稱退變的半月板中TNF-α表達增多，并認為TNF-α可以通過直接誘導軟骨細胞的凋亡，促進MMPs、蛋白聚糖酶等表達致使細胞死亡、膠原纖維的降解，最終導致半月板的退變。I型膠原是半月板的主要膠原纖維成分，它的減少說明纖維軟骨細胞外基質成分減少，最終導致細胞失去基質的支持和保護，使其更易受到理化因素影響。

本研究通過研究幾種分子的表達情況與半月板退變組織評分關系，表明半月板的退變與TNF-α、MMP-1及I型膠原的表達可能存在一定關聯性。國外有報道稱，TNF-α等致炎因子表達異常增高，刺激MMP-1表達，從而造成軟骨及膠原纖維的破壞[4]。

3.3 研究半月板退變對于KOA治療的臨床意義

由于退變的半月板會加重關節軟骨的退變，而半月板的退變也隨KOA疾病進程其退變程度逐漸加重。有學者認為KOA的進展和半月板的退變是一個相互促進的過程，這最終導致KOA病情的持續惡化[5]。因此，研究半月板退變的機理，通過減少或者增強某種分子的表達，已達到阻斷某個中間環節，這對于KOA的治療提供一個新的思路。目前已經有很多學者開展了相關研究。婁葦葦等[6]通過對小鼠關節腔內注射TNF-α單抗（阿達木單抗），明顯減輕小鼠關節炎引起的炎癥浸潤和軟骨破壞。但是這些研究多是通過減輕炎癥反應過程已達到延緩KOA進展，且目前多處于動物實驗階段，而對于如何減少MMP-1表達或者促進膠原纖維形成以及它們對退變的半月板的影響研究很少報道，這可能是我們未來研究的新方向。

3.4 總結

總之，本課題結果顯示在KOA患者的半月板退變程度明顯高于正常的患者，而且在這些半月板中TNF-α、MMP-1表達明顯升高，I型膠原的含量明顯減少，這提示半月板的退變可能與TNF-α、MMP-1、I型膠原的表達情況存在一定關系。

[1] 李國軍,李康華,朱 勇,等.兔前交叉韌帶斷裂后外側半月板的組織學退變[J].中國組織工程研究與臨床康復,2009,13(20):3873-3876.

[2] David K,Daniel M,John M,et al.Meniscus Induced Cartilaginous Damage and Non-linear Gross Anatomical Progression of Earlystage Osteoarthritis in a Canine Mode[J].The Open Orthopaedics Journal, 2016, 10, 690-705.

[3] 趙甲軍,黃遂柱.兔膝關節骨性關節炎半月板形態改變及基質金屬蛋白酶-3和金屬蛋白酶組織抑制劑-1表達[J].中華實用診斷與治療雜志,2015,29(6):546-548.

[4] Okamoto K,Kiga N,Shinohara Y,et al.Effect of interleukin-1 beta and dehydropiandroster-one on the expression of lumican and fibromodulin in fibroblast-like synovial cells of the human temporomandibular joint[J].Eur J Histochem.2015,59(1):30-38.

[5] 林子洪,何愛珊,傅 明.前交叉韌帶切除后半月板變化及α2-巨球蛋白干預效果的初步研究[J].中華關節外科雜志,2010,14(1):93-99.

[6] 婁葦葦,杜曉楠,袁慧慧.靶向于TNF-α和RANKL的人源化抗體對DBA/1小鼠單關節炎的保護作用[J].微生物學免疫學進展,2017,2(45):8-16.