骨关节炎与骨质疏松症二病合一的动物模型研究进展*

黄海卫 王海波 李 佳

膝骨性关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是骨性关节炎中常见的疾病之一，也是引起膝关节疼痛性疾病中最常见的病因，其发病特点以软骨下骨质再生、关节软骨变形和丢失为特征，其临床表现特点为膝关节疼痛、畸形、活动受限以及骨质增生。

随着现代社会进入老龄化，人群平均寿命增加，KOA的发病率及致残率也随之增加。据大量临床调查数据证实：目前中国60岁以上人口已超过1亿，估计骨关节炎患者约为5000万。王奕丹等[1]对哈尔滨市社区中老年人患骨关节炎的流行病学调查结果显示：KOA患者中男女发病率分别为7.23%和10.09%，女性明显高于男性，且女性发病率随年龄增加明显升高。因此，积极防治KOA具有需求性和必要性，而中医药防治KOA具有良好疗效，但疗效机制尚不清楚。

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是一种老年常见疾病，是以骨量减少，骨小梁变细、断裂及数量减少，以及皮质骨多孔和变薄为特征的全身性疾病，其临床特点是疼痛(腰背部多见)、脊柱椎体变扁、脆性骨折发生率增高、吸收功能下降等。据2010-2016年中国老年人OP患病率高达36%，较既往文献报道的患病率有所增高，同时老年女性OP患病率明显高于男性，其主要原因与女性绝经后雌激素水平明显降低有关[2]。

在临床实践中发现，同时患有OP和骨关节炎的患者占有相当大的比例[3-4]。二者的共同点在于：临床症状表现高度相似，均以疼痛为主要症状，并经常相伴、重叠发生。同时，针对大量动物及人类标本发现，微观表现上OP与骨关节炎(osteoarthritis，OA)也存在一定联系[5-6]。鉴于临床中发现的这些问题，同时具备OA与OP特点的动物模型，在解决临床问题的前提下，综述2008-2018年10年间关于OA+OP的动物模型，并进行分析整理。目前国内外较为常用的造模方案包括去势手术模型方案、去势手术+运动模型方案、去势+骨关节炎手术造模方案、药物造模方案以及去势手术+关节腔注射药物造模方案，但造模方案各有优点及不足，为此，总结各种造模方案的优缺点，以期能为科研及临床工作提供参考。

1 去势手术模型方案

周君等[7]认为，OP与OA均是中老年人，尤其是绝经后妇女常见的运动系统疾病，其临床表现相近，均以疼痛为主要症状，同时OA主要以关节退变、破坏和软骨下骨板、关节边缘骨质增生为特征，OP主要表现为骨量减少、骨显微结构紊乱脆性增加，无论临床研究还是动物实验均证实二者存在相关性，此相关性可能与雌激素受体α、β有关[8-9]。因此，提出单纯应用去势手术方案造成OA+OP动物模型。其前期结果证实，将Wistar大鼠行去势手术后可得到OA+OP模型[10]。随后将此技术应用于新西兰大白兔也获得成功，具体方案为腹腔注射5%水合氯醛(3 ml/kg)麻醉后，固定于新西兰大白兔专用手术台，备皮，0.5%碘伏消毒手术野，无菌纱布铺巾，在腹正中线切开皮肤、肌肉，结扎卵巢动脉，行双侧卵巢切除，用无菌生理盐水冲洗手术野，依次缝合肌肉、皮下组织及皮肤，0.5%碘伏消毒皮肤切口。术后每只实验兔肌肉注射庆大霉素4×104U，1次/d，连续3 d以预防感染。术后大白兔饲养环境为：室温20～26 ℃，湿度为60%～70%，定期紫外线消毒和通风、12 h间隔照明的条件下分笼饲养，自由摄取标准饲料和消毒蒸馏水[7]。去势10周后，即得到OA+OP动物模型。其观察指标为雌二醇测定、膝关节软骨组织形态学观察及软骨改良Mankin评分。

OA+OP模型结果显示，OP及软骨退变可同时存在于一个实验动物身上，表明OP与OA密切相关，具有较强的创新性。该理论也得到了杨再英等[11]、Roman-Blas等[12]关于临床患者观察结果的证实。

宋宇锋等[13]在时间上提出：其将8月龄SD大鼠行去势手术后，分别在术后2周、4周、8周及12周观察Mankin’s评分、软骨厚度测量，发现在8周、12周时两项观察指标与对照组相比均发生改变，且符合OA改变。

2 去势手术+运动模型方案

去势手术造模方案是目前公认的针对OP的经典造模方案之一，周逸敏等[14]在去势手术的基础上，利用跑台疲劳训练方案成功建立OP+OA模型。具体方案为：①去势手术OP模型制备，采用6月龄雌性大鼠，无菌条件下，10%水合氯醛腹腔麻醉，腹部正中线入路，摘除双侧卵巢、末端子宫以及周围脂肪组织，结扎卵巢动脉；②KOA模型制备，在①的基础上，大鼠术后休息一周，于跑步台疲劳性训练，速度为30 m/min，频率为60 min/d，跑步台坡度为16°，每周休息1 d，连续训练4周。即得到OP+OA模型。

其观察指标为大体标本观察、力学测试及组织切片及染色，血清中雌二醇(Estadiol，E2)含量及尿液中II胶原羧基端前肽(C Terminalpropep-Tide of Collagen type II，CTX-II)含量测定，结果显示OP+OA模型各项指标均优于空白对照组及OP组[14]。此造模方案已经得到科研工作者的普遍认可，但对于运动剂量、时间及方式的选择存在争议。

李楠等[15]在去势造模的基础上，将大鼠分为弱驱动组和强驱动组，并在卵巢切除术后3 d即进行跑轮(自行设计、制作)运动，分别为30 min/d和2 h/d。其特点是观察大鼠右侧髋关节股骨头软骨变化。参照李楠的观察指标为大体标本观察、组织切片染色及大鼠OA模型Mankin评分。造模结果显示：弱驱动组及强驱动组均出现类似OA模型的改变，后者优于前者[15]。

Holland等[16]利用绵羊[17]进行去势手术，结果也证实去卵巢手术后绵羊模型膝关节也出现类似OA表现。其选择5～9岁绵羊为动物模型，行双侧卵巢切除手术，自由草地活动并自由进食，术后12周处死绵羊并立即取标本于-20 ℃保存，同时对标本的骨密度、胫骨平台软骨高度、软骨下骨分析、股转换率测定、OA分期分级等指标进行观察。综合分析结果发现：卵巢切除术后绵羊膝关节出现OA表现，证明此OA+OP造模方案可行；但软骨下骨与对照组相比，并无明显改变，表明软骨下骨改变与OA无直接关系。

3 去势手术与关节腔注射药物造模

3.1 去势+OA手术

经典Hulth造模手术。国内外学者[18-19]多采用去势手术结合经典KOA手术造模方案，如卢勇等[20]选择4月龄雌性SD大鼠行去卵巢手术(行背部双侧腰椎旁1.5 cm纵行切口入腹)，切除卵巢，结扎卵巢动脉，并于1个月后再行Hulth造模法：在左膑腱内侧做一长约1 cm直切口，依次切开皮肤、皮下组织、筋膜等，关节囊纵向切开，直视下切断前交叉韧带，摘除半月板，依次缝合皮下组织和皮肤，并驱赶1个月，1 h/d。造模术后SD大鼠于6月龄(即去势手术后2月，Hulth手术后1月)观察股骨髁关节软骨光镜、电镜及左股骨近端骨密度检测，结果显示，模型组股骨髁关节软骨符合OA改变。

李季青等[21]也通过去势结合前交叉韧带+内侧半月板切除术(ACLT+MMX)手术得到OP及创伤性关节炎动物模型。其选择4月龄SD雌性大鼠，腹腔注射氯胺酮麻醉，手术摘除双侧卵巢，12周后再次运用ACLT+MMX手术建立骨关节炎模型，8周后即得到OA+OP模型。胫骨Micro-CT结果显示：OP+OA组大鼠中OP促进软骨下骨量减少；OP+OA组软骨下骨损失和软骨损伤较OA组增加，表明OP是OA发生的危险因素之一。

张佳慧等[22]则利用新西兰大白兔行OA+OP造模后成功，其选择6月龄普通级雌性新西兰大白兔，体重控制在1.8～2.1 kg，去势方案造模4周后，采用改良Hulth法建立OA模型，并于术后1周强迫锻炼，30 min/d，连续4周，建立OA+OP动物模型。

国外学者也利用去势手术结合激素注射后，再结合膝关节手术也可以得到OP+OA动物模型。

Bellido等[23]选择8月龄新西兰兔，体重控制在3.8～4.8 kg，现行去势手术(卵巢切除术)后肌内注射甲基强的松龙(1 mg/kg/d，4周)即得到OP模型，然后利用手术方案(切除内侧半月板，切除前交叉韧带)后，动物自由活动，3周后即得到OA+OP动物模型。以OP诱导软骨OP和OA复合兔模型的损伤[24]。

3.2 药物造模

杨森林[25]选择去势大鼠模型、维甲酸大鼠模型(75 mg/kg/d，共15 d)，观察指标为大体标本观察、骨密度仪检测及膝关节上下3 cm软骨下骨密度检测，结果发现8周、12周时维甲酸组的胫骨关节软骨厚度均明显低于去势组，12周时软骨肉眼观察结果评分明显高于去势组，表明随着软骨下骨质疏松加重，OA也不断加重。

3.3 去势手术+关节腔注射药物造模

彭冰等[26]选择平均体重35 g的费城癌症研究所(Institute of Cancer Research，ICR)健康雌性小鼠，水合氯醛麻醉后，选择腹部正中切口摘除双侧卵巢，4周后以微量注射器关节腔内注射碘乙酸30 μl。8周后即得到OA+OP模型：X射线影像、骨密度测定、组织病理学观察等结果均符合OA及OP表现。关节腔注射碘乙酸造模方案具有时间段、效果明显及损伤小等优点，故临床较为常用。

3.4 动物的选择

针对动物的造模，较为公认的是大鼠造模及大耳白兔造模，其优点是动物较大，行去势造模时目标器官较容易切除，抗手术创伤能力较强，且价格相对较低。

4 结语

目前，针对OA或者OP的动物模型，已经得到广泛认可，但是二者合病的模型仍处于研究阶段。如同一动物，OA或OP造模的先后顺序，目前仍无定论；目前大多学者认为，OA造模后，通过运动可造成膝关节软骨类OA的改变，因此OP+OA手术造模方案中，是否会对软骨改变造成影响，仍有待进一步研究。