滿城 蔣練 徐凡

rhIL-1Ra抑制大鼠顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎軟骨破壞的研究

滿城 蔣練 徐凡

目的探討關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射重組人IL-1Ra對(duì)實(shí)驗(yàn)性大鼠顳下頜關(guān)節(jié)炎軟骨關(guān)節(jié)修復(fù)的影響。方法取SD大鼠24 只，用關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射II型膠原酶法建立雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎模型，1 周后，右側(cè)(實(shí)驗(yàn)側(cè))關(guān)節(jié)腔內(nèi)一次性注射重組人IL-1Ra 5 μg(稀釋于0.05 ml生理鹽水)，左側(cè)(對(duì)照側(cè))注射等量生理鹽水。建模后2 周、4 周各處死12 只動(dòng)物，取顳下頜關(guān)節(jié)標(biāo)本進(jìn)行HE染色、免疫組化染色及RT-PCR檢測(cè),用Mankin評(píng)分方法評(píng)估TMJ組織病理變化程度。另取1 只SD大鼠用作空白對(duì)照，2 周后處死。結(jié)果2 周時(shí)雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)軟骨均呈現(xiàn)不同程度的關(guān)節(jié)病損，實(shí)驗(yàn)側(cè)和對(duì)照側(cè)Mankin計(jì)分分別為1.33±0.52和2.00±6.63(P>0.05)。4 周時(shí)，實(shí)驗(yàn)側(cè)改良和對(duì)照側(cè)Mankin評(píng)分分別為3.00±0.63和6.50±0.84(P<0.05)，ADAMTS-4、5的蛋白及mRNA表達(dá)也低于對(duì)照側(cè)(P<0.05)。結(jié)論顳下頜關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射重組人IL-1Ra能緩解骨關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致的軟骨病損，其治療機(jī)制可能是通過(guò)抑制ADAMTS-4、5的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

顳下頜關(guān)節(jié)(TMJ)； 骨關(guān)節(jié)炎(OA)； IL-1Ra； ADAMTS-4； ADAMTS-5

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis, OA)是最常見(jiàn)的骨關(guān)節(jié)病，主要表現(xiàn)為骨關(guān)節(jié)的退行性改變。OA的病因尚未完全闡明，一般認(rèn)為是力學(xué)及生物學(xué)因素共同作用導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的破壞，軟骨細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及軟骨下骨的合成與降解失衡所致[1]，其中細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix， ECM)的降解被認(rèn)為是OA早期最主要的病理改變[2]。Ⅱ型膠原和蛋白聚糖是構(gòu)成ECM的主要成分，Ⅱ型膠原提供骨架結(jié)構(gòu)，蛋白聚糖提供抗壓性。體外研究證實(shí)[3]，蛋白聚糖降解先于Ⅱ型膠原發(fā)生。因此，保護(hù)蛋白聚糖不被降解對(duì)保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的完整性具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)II型膠原酶注射法建立大鼠顳下頜關(guān)節(jié)OA模型，觀察關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射重組人IL-1Ra對(duì)OA的治療作用。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

取25 只2 月齡雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠(第三軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)，體重200～220 g，無(wú)明顯口頜系統(tǒng)疾病，飼養(yǎng)1 周讓動(dòng)物熟悉環(huán)境。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

大鼠注射用II型膠原酶，重組人IL-1Ra購(gòu)于上海近岸蛋白質(zhì)科技有限公司;ADAMTS-4、ADAMTS-5多克隆抗體購(gòu)于英國(guó)Abcam公司;ADAMTS-4、5及內(nèi)參β-actin引物由上海生工合成(表 1)。

表 1 PCR引物

注： F： Forward primer； R： Reverse primer

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 麻醉 0.3%戊巴比妥鈉(1 ml/100 g)腹腔注射。

1.3.2 注射 麻醉效果滿意后，剪除雙側(cè)關(guān)節(jié)區(qū)毛發(fā)，碘伏消毒，觸摸顴弓后下方，采用1 ml胰島素注射器(30 G針頭)，循顴弓后方進(jìn)針，直抵骨面，稍后退，推注生理鹽水，如能回抽出生理鹽水，即證明針尖位于關(guān)節(jié)腔內(nèi)，反之，則需調(diào)整進(jìn)針?lè)较蚧蛏疃取?/p>

1.3.3 處理 麻醉下雙側(cè)關(guān)節(jié)腔一次性注射2% II型膠原酶0.05 ml建模，1 周后右側(cè)(實(shí)驗(yàn)側(cè))關(guān)節(jié)腔內(nèi)一次性注射重組人IL-1 Ra 5 μg(稀釋于0.05 ml生理鹽水)，左側(cè)(對(duì)照側(cè))注射等量生理鹽水。建模后2、4 周各處死12 只動(dòng)物，其中隨機(jī)選取6 只用于HE及免疫組化染色，6 只用于RT-PCR檢測(cè)?？瞻讓?duì)照組不作任何處理。

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 標(biāo)本處理 取出雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)組織，10%中性甲醛溶液固定，脫鈣液脫鈣，37 ℃水浴。約2 周后常規(guī)脫水石蠟包埋切片。

1.4.2 HE染色 每個(gè)標(biāo)本選取5 個(gè)部位參照改良Mankin法(表 2)對(duì)OA的病損程度進(jìn)行組織學(xué)評(píng)分。

1.4.3 免疫組化染色 常規(guī)切片脫蠟，抗原修復(fù)，滅活內(nèi)源性酶。孵育一抗：1∶200稀釋一抗，4 ℃冰箱過(guò)夜。PBS洗3 次，每次5 min。孵育二抗：37 ℃孵育30 min，PBS洗3 次，每次5 min。DAB顯色，蒸餾水終止反應(yīng)。蘇木精復(fù)染8 min，梯度酒精脫水，中性樹(shù)膠封片鏡檢。圖像分析：每張切片選取5 個(gè)視野，OLYMPUS BX43顯微鏡下放大200 倍，采用Image-Pro Plus圖像分析軟件測(cè)定陽(yáng)性染色平均累積吸光度(A值)，用改良Mankin評(píng)分法計(jì)分(表 2)。

表 2 顳下頜關(guān)節(jié)Mankin評(píng)分

1.4.4 RT-PCR 完整剝離髁突軟骨組織，取10 mg于液氮中研磨，放入-80 ℃冰箱中保存。應(yīng)用Trizol(Invitrogen公司，美國(guó))試劑盒，按操作手冊(cè)要求提取總RNA并溶解于DEPC水中，紫外線分光度計(jì)檢測(cè)樣品吸光度。每組取2 μl總RNA采用“兩步法”逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。將cDNA按1∶5稀釋后，取1 μl cDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增完畢后取5 μl產(chǎn)物與2 μl上樣buffer混合在1.5%的瓊脂糖凝膠電泳，用Image-Pro Plus軟件對(duì)圖片進(jìn)行吸光度分析，以β-actin作為內(nèi)參，目的條帶的吸光度值除以對(duì)應(yīng)內(nèi)參的吸光度值計(jì)算出目的基因的相對(duì)表達(dá)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 HE染色

2.1.1 空白對(duì)照側(cè) 無(wú)明顯病理學(xué)改變，髁突軟骨表面光滑且連續(xù)，由表及里可分為纖維層、增殖層、肥大層和鈣化軟骨層，4 層結(jié)構(gòu)排列緊密，層次清楚，細(xì)胞排列整齊(圖 1)。

圖 1 2 月齡SD大鼠顳下頜關(guān)節(jié)軟骨組織形態(tài)特點(diǎn)

圖 2 關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射IL-1Ra 4 周后顳下頜關(guān)節(jié)組織學(xué)改變 (HE,×100)

Fig 2 Histological feature of TMJ 4 weeks after injection of IL-1Ra into the TMJ cavity (HE,×100)

2.1.2 實(shí)驗(yàn)側(cè)與對(duì)照側(cè) 2 周時(shí)，對(duì)照側(cè)關(guān)節(jié)盤(pán)及髁突表面膠原纖維輕微裂解，髁突表面凹凸不平。髁突軟骨細(xì)胞數(shù)量減少，細(xì)胞層次不清。實(shí)驗(yàn)側(cè)關(guān)節(jié)盤(pán)及髁突表面膠原纖維裂解稍減輕，髁突表面較光滑。髁突軟骨細(xì)胞數(shù)量增多，細(xì)胞層次較為清晰。對(duì)照側(cè)和實(shí)驗(yàn)側(cè)改良Mankin法評(píng)分為2.00±0.63和1.33±0.52(P>0.05)。

4 周時(shí)，對(duì)照側(cè)關(guān)節(jié)盤(pán)及髁突表面膠原纖維出現(xiàn)崩解現(xiàn)象，關(guān)節(jié)軟骨萎縮。髁突軟骨細(xì)胞數(shù)量明顯減少，近骨組織處關(guān)節(jié)軟骨崩解。實(shí)驗(yàn)側(cè)關(guān)節(jié)盤(pán)及髁突表面膠原纖維未見(jiàn)崩解現(xiàn)象。髁突軟骨細(xì)胞明顯增殖，細(xì)胞數(shù)量增多，近骨組織處軟骨缺乏崩解。對(duì)照側(cè)和實(shí)驗(yàn)側(cè)改良Mankin法評(píng)分為6.50±0.84和3.00±0.63(P<0.05)(圖 2)。

2.2 免疫組化染色

2 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞與對(duì)照側(cè)無(wú)明顯差異(P>0.05)，4周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞均低于對(duì)照側(cè)(P<0.05)，4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞均較2 周實(shí)驗(yàn)側(cè)無(wú)明顯差異(P>0.05)(圖 3)。

2.3 RT-PCR

2 周和4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5 mRNA表達(dá)均低于對(duì)照側(cè)(P<0.05)，4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5 mRNA表達(dá)均高于2 周實(shí)驗(yàn)側(cè)(P<0.05)(圖 4)。

3 討 論

蛋白聚糖酶屬于ADAMTS 家族，其中ADAMTS-1、4、5、8、9及15具有降解蛋白聚糖的作用，因此也被稱為蛋白聚糖酶，ADAMTS-4、5是最重要的蛋白聚糖酶[4]，在蛋白聚糖的降解過(guò)程中起決定性作用。截止現(xiàn)在，在體外細(xì)胞培養(yǎng)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)ADAMTS-4、5的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，在對(duì)小鼠的研究中，分別通過(guò)敲除ADAMTS-4、5基因，來(lái)觀察手術(shù)誘導(dǎo)OA模型下小鼠OA的發(fā)展變化，得出結(jié)論ADAMTS-5在小鼠OA的病變起主要作用，而ADAMTS-4幾乎不起作用[5-6]；同時(shí)敲除ADAMTS-4、5基因后，仍然是手術(shù)誘導(dǎo)OA模型，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠的OA相比正常組明顯改善；這2組實(shí)驗(yàn)證明了針對(duì)ADAMTS-5的治療對(duì)小鼠OA的治療是有效的[7]，然而針對(duì)小鼠的研究并不能說(shuō)明ADAMTS-4、5在人關(guān)節(jié)軟骨中也起到相同的作用，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)TNF-α和OSM聯(lián)合誘導(dǎo)正常人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，利用小干擾RNA(siRNA)技術(shù)來(lái)抑制ADAMTS-4、5的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是抑制ADAMTS-4或ADAMTS-5，蛋白聚糖的降解會(huì)被明顯抑制。提示ADAMTS-4、5在人和小鼠中的作用不同，它們均在人OA的發(fā)展中起作用[4]。

圖 3 顳下頜關(guān)節(jié)軟骨組織中ADAMTS-4、5蛋白表達(dá) (DAB,×200)

Fig 3 Protein expression of ADAMTS-4 and ADAMTS-5 in the cartilage of TMJs (DAB,×200)

圖 4 顳下頜關(guān)節(jié)軟骨組織中ADAMTS-4、5 mRNA表達(dá)

IL-1被認(rèn)為是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展中的中心環(huán)節(jié)[8]?？梢哉T導(dǎo)蛋白聚糖酶的表達(dá)，但其誘導(dǎo)機(jī)制并沒(méi)有完全闡明，在對(duì)牛鼻軟骨細(xì)胞的體外培養(yǎng)中，Pratta等[9]利用IL-1進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)ADAMTS-4的活性顯著升高。Sheu等[10]對(duì)小鼠關(guān)節(jié)軟骨的體外培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)IL-1β干預(yù)后ADAMTS-5的表達(dá)增高。但HU等[11]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)IL-1β干預(yù)的人軟骨細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)ADAMTS-4、5均升高，而且這種升高被認(rèn)為是有個(gè)體差異的[12]。雖然這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同甚至是相互矛盾，但均提示抑制IL-1的表達(dá)，可以起到保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的作用。

IL-1Ra是IL-1特異性拮抗因子，在關(guān)節(jié)內(nèi)的主要作用是對(duì)抗IL-1的生物效力[13]。在OA患者的軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞中，均可見(jiàn)IL-Ra蛋白顯著增高，但是相比IL-1的增高幅度，IL-1Ra/IL-1比值明顯減小[14]。本研究證明在藥物誘導(dǎo)大鼠TMJOA 4周內(nèi)，通過(guò)關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射重組人IL-1Ra的方式能降低OA的病損程度。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，2 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞與對(duì)照側(cè)無(wú)明顯差異，4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞均低于對(duì)照側(cè)，這與組織學(xué)大體標(biāo)本觀察結(jié)果相符，然而卻與ADAMTS-4、5核酸水平表達(dá)不一致，2 周和4 周時(shí)ADAMTS-4、5 mRNA表達(dá)均低于對(duì)照側(cè)，這可能是由于蛋白表達(dá)滯后于基因表達(dá)所致。4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5蛋白陽(yáng)性表達(dá)細(xì)胞均較2周實(shí)驗(yàn)側(cè)無(wú)明顯差異，這與ADAMTS-4、5核酸水平表達(dá)也不相同，4 周時(shí)實(shí)驗(yàn)側(cè)ADAMTS-4、5 mRNA表達(dá)均高于2 周實(shí)驗(yàn)側(cè)。這種不同可能是免疫組化主要用于蛋白定位，無(wú)法精確定量所致。本實(shí)驗(yàn)表明顳下頜關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射IL-1Ra可以緩解早期OA的軟骨病損，其作用機(jī)制可能是通過(guò)抑制ADAMTS-4、5的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)驗(yàn)初步探討了抑制ADAMTS-4、5后TMJOA的病理變化，為以后靶向藥物的研發(fā)提供一定的參考。

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Theeffectsofrecombinanthumaninterleukin-1receptorantagonistonthecartilagerepairinrattemporomandibularjointwithosteoarthritis

MANCheng,JIANGLian,XUFan.

563000,DepartmentofOralandMaxillofacialSurgery,StomatologicalHospital,ZunyiMedicalCollege,China

Objective: To investigate the effects of recombinant human interluekin-1 receptor antogonist(rhIL-1Ra) on the cartilage repair in rat temporomandibular joint(TMJ) with osteoarthritis(OA).MethodsCollagenase-II was injected into bilateral TMJs of 24 adult rats for the induction of bilateral TMJOA, 1 week after injection, 5μg rhIL-1Ra(diluted in 0.05 ml normal saline) was injected into each right TMJ and the left joint

the same amount of normal saline injection as the control. 12 animals were sacrificed at 2 and 4 weeks after the first injection respectively. HE staining, immunnohistochemical method and RT-PCR examination were conducted. Mankins scere was used to evaluate the TMJOA degree. 1 adult SD rat was used as healthy control, and sacrificed at 2 weeks of the experiment.ResultsThe TMJs of both sides showed typical OA-related cartilage degradation 2 week after IL-1Ra treatment, the Mankin's score of the IL-1Ra treated and control joints was 1.33±0.52 and 2.00±6.63(P>0.05), 4 week after treatment that was 3.00±0.63 and 6.50±0.84(P<0.05), respectively. Lower expression of ADAMTS-4 and ADAMTS-5 was observed in the treated joints than in the controls(P<0.05).ConclusionIntra-articular injection of IL-1Ra into TMJ can alleviate the cartilage lesion, the mechanism may lie in the inhibition of the expression of ADAMTS-4 and ADAMTS-5.

Temporomandibularjoint(TMJ)；Osteoarthritis(OA)；IL-1Ra；ADAMTS-4；ADAMTS-5

貴州省科技廳聯(lián)合基金(編號(hào)： 黔科合J字LKZ[2013]09號(hào))； 遵義醫(yī)學(xué)院博士啟動(dòng)基金(編號(hào)： F-458)

563000， 遵義醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院[滿城 蔣練 徐凡(現(xiàn)在孝感市中心醫(yī)院)]

徐凡 0851-28608120 E-mail： 13797189527@163.com

R782.6

A

10.3969/j.issn.1001-3733.2017.04.003

(收稿： 2016-11-18 修回： 2017-02-14)