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目的观察高、低强度跑台运动对大鼠膝关节软骨基质的不同影响。方法18只雄性Wistar成年大鼠随机分为:安静组(n=6),低强度运动组(n=6)和高强度运动组(n=6)。两组运动组大鼠进行不同强度的跑台运动,安静组笼中饲养,作为对照。6周后,取血清标本ELISA法测定血清基质金属蛋白酶-3(matrix metalloproteinase-3,MMP-3);取双侧股骨远端标本,分别采用蕃红-O染色对膝关节软骨行Mankin’s评分及半定量分析软骨基质糖氨多糖(glycosaminoglycans,GAG)含量;免疫组化检测软骨MMP-3活性和Ⅱ型胶原表达;以及逆转录聚合酶链反应检测软骨MMP-3 mRNA表达。结果1、与安静组相比,低强度运动组Mankin’s评分(0.500±1.000 vs 0.250±0.500)及软骨基质中GAG含量(0.028±0.012 vs 0.060±0.037)均无显著变化;而高强度运动组Mankin’s评分显著增加(3.500±1.049,P=0.009),基质中GAG含量明显减少(0.010±0.011,P=0.0016)。2、安静组软骨基质Ⅱ型胶原纤维染色呈阳性(平均光密度值0.578±0.123),低强度运动组Ⅱ型胶原含量(0.559±0.152)与安静组无明显变化,高强度运动组Ⅱ型胶原含量(0.142±0.093)较安静组明显减少(P=0.0001)。3、安静组可见少数软骨细胞MMP-3表达,胞浆内可见棕色颗粒,但着色浅,阳性细胞率(8.350±4.063)%。低强度运动组软骨中未见明显阳性细胞分布(4.960±2.850)%。高强度运动组阳性细胞率(82.530±11.505)%明显多于安静对照组和低强度运动组(P=0.0001),胞浆内可见棕褐色颗粒。4、高强度运动组血清MMP-3浓度为86.850±33.158 ng/ml,明显高于安静组11.437±0.920 ng/ml(P=0.001),而低强度运动组血清MMP-3浓度(11.955±0.422 ng/ml)与安静组相比无显著差异。5、高强度运动组软骨细胞MMP-3 mRNA表达高于安静组(0.697±0.567 vs 0.030±0.026,P=0.042),低强度运动组MMP-3 mRNA表达(0.018±0.028)与安静组对比,无明显差异。结论高强度运动可造成大鼠膝关节软骨退行性病变,低强度运动对关节软骨无明显影响。软骨运动性损伤可能与软骨基质MMP-3表达增强有关。目的第一部分研究结果表明:高强度运动导致关节软骨退行性改变,并伴有MMP-3含量升高。为进一步明确MMP-3在高强度运动所致软骨退变中的作用,本部分研究拟采用关节内注射MMP-3抑制剂,观察其对高强度运动所致软骨变化的影响。方法18只雄性成年Wistar大鼠随机均分为三组:高强度运动组(H-EX, n=6)、高浓度组(high dose inhibitor +high intensity exercise,h-HEX,n=6)和低浓度组(low dose inhibitor +high intensity exercise,l-HEX,n=6)。所有动物采用高强度跑台训练6周(方案同第一部分),两组给药组动物在运动3周后,分别在双侧膝关节腔注射高浓度(2 mM)和低浓度(0.2 mM )基质金属蛋白酶-3抑制剂Ⅰ(matrix metalloproteinase-3 inhibitorⅠ,MMP-3 inhibitorⅠ),每周1次,共注射3周。蕃红-O染色对膝关节软骨进行Mankin’s评分及半定量分析软骨基质糖氨多糖(glycosaminoglycans,GAG)含量;ELISA法测定血清基质金属蛋白酶-3(matrix metalloproteinase-3,MMP-3);免疫组化检测软骨MMP-3和Ⅱ型胶原表达;逆转录聚合酶链反应检测软骨MMP-3 mRNA表达。结果1、与HEX组相比,h-HEX组Mankin’s评分显著降低(1.167±0.753 vs 3.500±1.049,P=0.006),基质中GAG含量明显增加(0.040±0.012 vs 0.010±0.011,P=0.006);而l-HEX组软骨Mankin’s评分(2.667±1.033)及基质GAG的含量(0.008±0.004)无明显变化。2、h-HEX组Ⅱ型胶原纤维含量(平均光密度值0.391±0.096)较l-HEX组(0.186±0.100,P=0.002)和HEX组(0.142±0.093,P=0.0001)均有显著增加,而H-EX组和l-HEX组之间并无显著差异。3、免疫组化染色显示l-HEX组(17.680±13.789)%及h-HEX组(5.590±2.977)%关节软骨内MMP-3阳性细胞率,均明显低于H-EX组(82.530±11.505)%(P分别为0.001和0.002)。4、与H-EX组相比,l-HEX组(62.810±35.485 ng/ml)及h-HEX组血清中的MMP-3浓度有不同程度下降,并且高浓度给药后血清MMP-3浓度明显低于H-EX组(30.749±40.416 ng/ml vs 86.850±33.158 ng/ml,P=0.026)。5、RT-PCR半定量显示h-HEX组软骨中MMP-3 mRNA表达低于H-EX组,差异有统计学意义(平均灰度比0.121±0.056 vs 0.697±0.567,P=0.049);而l-HEX组软骨中MMP-3 mRNA表达(0.694±0.243),与H-EX组相比,差异无明显统计学意义。结论MMP-3抑制剂可缓解高强度运动引发的关节软骨退变,具有剂量依赖性,表明MMP-3在运动引起的软骨退行性病变中具有重要作用。