骨关节炎(osteoarthritis OA)发病涉及到很多的因素,在逐步形成的过程中变化多样。是一种以关节内表现为主的疾病,其中机械性损伤和关节退变是导致骨关节炎的重要因素。骨关节炎的改变除了关节内的软骨组织改变外还包括炎症改变,软骨周围组织的改变等。在长期反复性内、外致病因素的作用下,关节表面结构损伤程度逐渐加重,关节畸形,最终导致关节功能丧失,从而使得患者的生活质量和运动能力大打折扣。在众多致病因素无法完全避免的情况下,关节功能逐步丢失与关节内软骨组织的异常有很大的联系。关节的表面覆盖的一层软骨组织结构既能对关节软骨下骨起到保护作用又能对关节力学构架起到支撑作用。已损伤的软骨通过多条途径进一步破坏,在此过程中,软骨细胞外基质(ECM)的变化不容乐观,基质金属蛋白酶(MMPs)对基质中的胶原蛋白、弹性蛋白等聚蛋白多糖等多种物质进行降解,尤其是对维持软骨骨架结构的胶原蛋白、弹性蛋白。MMPs是由丙烯肽组成的锌依赖性酶家族,分为多个亚型,形成多个与基质中蛋白相结合的结构域,每种MMPs都含有多个不同功能区域的结构域,其中具备催化活性的结构区是一个Zn2+依赖的特殊结构域,外界辅助功能的铰链区和血红素结合蛋白结构区。在正常机体运行过程中,软骨细胞对MMPs的分泌是极其少量的,并与分泌的另一种成分TIMP维持相对平衡的,保证软骨组织损伤和修复处于健康状态,这个过程的呈现可能是一种迟缓的慢反应的调整。实验结果显示,当软骨组织的这种平衡态被打破后并逐步改变最终形成骨关节炎的过程中,MMPs的基因表达上调,其分泌异常升高,使细胞外基质降解加快,导致胶原蛋白及弹性蛋白持续的丢失和破坏。在病理的状态下,如果无法及时进行调整以适应机体的改变或极有可能导致软骨的损伤加重,终将导致软骨组织的损伤无法逆转,结局就是逐步形成OA。必须通过探索软骨组织代谢生物学特性,寻求抑制软骨组织的损伤和软骨修复途径至关重要。OA是一种以中老年人为多发人群为主要特征的疾病情况下,本身的修复能力极为有限,软骨组织一旦损伤,都可能是无法恢复的。尤其是多种影响因素无法终止的情况下,组织损伤后,出现伤上加伤,反复的、病态的、畸形的软骨修复,长此以往最终导致关节畸形,严重者甚至影响患者的生活质量和运动能力。在我国,目前人口的结构特点改变很大,中老年梯度的人口密度上升迅速。随着年龄的增加,机体整体修复水平下降,并且损伤的风险不断增加,关节软骨的损伤后的修复过程变得极为困难。必须从问题的根本上进行解决,未病先防,增加社区医疗知识的普及,不要讳疾忌医,早期发现,研究并发现新的治疗方法降低治疗的难度。而骨关节炎的发病特点与年龄、体重、职业等都有着密不可分的关联。在对骨关节炎的调查统计中发现,骨关节炎患者的治疗过程中,行关节镜手术的病人中关节软骨病变的患者占比高达60%以上,其中出现全层软骨损伤的占11%。在从关节软骨损伤出现症状到形成骨关节炎的过程中,疾病产生的病理变化,关节软骨破坏的发生、发展过程都会受到多种致炎因子和信号通道的调控,彼此间形成级联放大的循环网络。实验的结果表明软骨损伤发病过程中发挥损伤作用的物质与基质金属蛋白酶的关系密切。因此,为了明确MMPs异常改变后对关节软骨的影响,我们希望通过对骨关节炎的动物模型进行研究,明确MMPs与关节软骨组织损伤之间的联系,找出软骨组织的损伤调控的机制和此过程中组织内MMPs的变化。验证MMPs对软骨组织损伤。另外,希望通过调节MMPs的基因表达情况或通过TIMPs抑制剂进行干扰后,分析MMPs的作用机制和分子途径。对MMPs深入了解将会为OA的诊治开辟崭新的道路。为此,本课题希望通过探讨明确骨关节炎中MMPs对关节软骨损伤的作用和其作用机制并试图为OA的诊断、治疗、预后寻求新方法。本次课题主要内容是通过动物实验进行研究,明确MMPs表达异常与关节软骨损伤所致骨关节炎的相关性。目的:通过Hartley豚鼠的动物实验,研究MMPs对关节软骨损伤作用及其所致骨关节炎的相关性。实验方法:选取的实验对象是SPF级Hartley豚鼠,购置于北京维通利华实验动物技术有限公司,由长江大学医学实验动物中心提供并饲养的同代系雄性豚鼠30只,体重300±100g,随机将实验豚鼠分为对照组A组进行关节腔内注射等量的生理盐水对照和实验组B组(B1、B2)分别注射MMPs和TIMP生物制剂。在同等健康的饲养条件下进行喂养。分别于2、4、6、8、10周的饲养时间后采集豚鼠实验资料并进行处死,每组2只。收集实验各个时期豚鼠的关节软骨,并进行病理切片制作,光学显微镜下观察软骨组织的改变,并检查软骨组织中Ⅱ型胶原的变化及动物血清中IL-1 β、TNF-α的表达含量。结果:将动物手术处理后,可见注射MMPs制剂的实验组比注射生理盐水的对照组豚鼠膝关节软骨退化更为严重,软骨表面粗糙,失去正常弹性,出现微小裂隙,甚至可见脱落小片,关节周围出现骨赘。镜下可见软骨细胞减少,裂隙附近出现撕裂及微纤维化等特点,随实验的时间延长Ⅱ型胶原的含量呈现逐步减少,两者之间存在差异(P<0.05),具备统计学意义。动物血清中IL-1 β、TNF-α检测含量的变化实验组与对照组统计结果(P<0.05)存在差异;而注射TIMP制剂的实验组与对照组比较,前者的软骨损伤的进程减慢,Ⅱ型胶原丢失减慢,膝关节退化得到一定的缓解,与对照组相比,两者之间存在差异(P<0.05),具有统计学意义。血清中IL-1β、TNF-α检测含量的变化实验组与对照组统计结果(P>0.05),无明显的差异,不具有统计学意义。结论:MMPs主要作用是对细胞外基质进行改变,对软骨组织中Ⅱ型胶原进行分解,破坏软骨组织的生物结构。MMPs加速对软骨组织破坏,使得关节的功能丢失,最终导致骨关节炎的发生。TIMP抑制剂的使用可以使得骨关节炎的病变在一定程度上得到缓解。