骨关节炎大鼠模型：基础研究与治疗探索的关键工具
摘要： 骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种以关节软骨退变、软骨下骨重塑、骨赘形成和滑膜炎症为特征的常见退行性关节疾病，严重影响患者生活质量。由于其发病机制复杂且缺乏有效的疾病修饰疗法，利用动物模型进行基础研究至关重要。大鼠因其体型适中、遗传背景清晰、饲养管理相对便捷、关节结构与人类具有一定可比性等优点，成为构建和研究骨关节炎的重要模型动物。本文综述了骨关节炎大鼠模型的主要构建方法、评估手段及其在病因探索、病理机制研究和治疗策略开发中的应用价值。
一、 骨关节炎大鼠模型的主要构建方法
大鼠骨关节炎模型的构建旨在模拟人类OA的关键病理特征，主要分为诱导型和自发型，其中诱导型最为常用：
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手术诱导模型： 通过手术人为破坏关节的稳定性或力学环境。
- 前交叉韧带横断术（ACLT）： 切断膝关节前交叉韧带，导致关节不稳，引发进行性软骨磨损、骨赘形成和滑膜炎症，能较好地模拟创伤后OA的病理进程。术后活动期对加速退变很重要。
- 内侧半月板失稳术（DMM）/ 半月板切除术（MMx）： 切断内侧半月板胫骨韧带（DMM）或切除部分/全部内侧半月板（MMx），破坏半月板的稳定和缓冲功能，导致内侧胫骨平台软骨承受异常应力而发生退变。此模型进展相对缓慢，更接近原发性OA的慢性过程。
- 髋关节脱位术： 适用于研究髋关节OA。
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化学诱导模型：
- 碘乙酸钠（MIA）关节腔注射： 单次或多次向大鼠膝关节腔内注射MIA。MIA是糖酵解抑制剂，可选择性损伤软骨细胞，导致软骨细胞死亡、基质降解和继发性滑膜炎症。该模型优点在于操作简便、发病快速（数天至数周内出现明显病理变化）、重复性好，尤其适用于短期药效学评价。但炎症反应在早期可能较显著，与人类OA的慢性进程略有差异。
- 胶原酶关节腔注射： 注射胶原酶可降解关节软骨细胞外基质中的胶原网络，破坏软骨结构完整性，诱发软骨退变和炎症反应。
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自发型模型： 如Hartley豚鼠虽常用，但在大鼠中纯自发OA模型较少。一些具有特定基因背景（如肥胖 Zucker大鼠可能因负重增加增加OA风险）或老龄大鼠（通常在18-24月龄以上）可自然发生关节退变，但耗时长、个体差异大、发病率不确定，应用相对受限。
二、 骨关节炎大鼠模型的评估方法
全面、客观地评估模型是否成功人类OA病理特征至关重要，通常采用多模态方法：
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行为学评估： 反映关节疼痛和功能障碍，是评估治疗效果的重要临床终点指标。
- 疼痛敏感性测定： 使用von Frey纤维丝测量关节周围机械痛觉超敏（触诱发痛）和压力痛阈（使用压力测痛仪）。
- 负重测试： 利用步态分析系统或专门的负重测试仪（如 Incapacitance Tester）测量患肢与健肢的承重差异。
- 活动能力评估： 旷场实验监测自主活动距离、速度；爬梯、转棒测试评估关节协调和耐力。
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影像学评估：
- X线摄影： 观察关节间隙狭窄（软骨厚度减少的间接反映）、骨赘形成、软骨下骨硬化和囊肿形成等结构变化。操作简便常用。
- 微型计算机断层扫描： 提供高分辨率三维图像，能更精确量化骨赘体积、软骨下骨板厚度、骨小梁微结构改变（如骨体积分数、骨密度、骨小梁厚度/数量/分离度）等骨重塑情况。
- 磁共振成像： 无创评估关节软骨形态（厚度、体积）、信号强度变化（反映基质成分）、半月板损伤、骨髓病变及滑膜增厚等软组织病变，是最接近临床评估软骨状态的无创手段。
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关节液与血清生物标志物分析： 检测关节液或血清中反映软骨合成代谢（如II型胶原前肽）、分解代谢（如基质金属蛋白酶、聚集蛋白聚糖酶及其降解片段COMP、CTX-II）及炎症（如白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α、瘦素）的分子标志物水平，有助于动态监测疾病进程和治疗反应。
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组织病理学评估（金标准）： 处死动物后获取关节组织（通常包括股骨髁、胫骨平台、髌骨及滑膜），进行固定、脱钙、石蜡包埋切片、染色。
- 苏木精-伊红染色： 观察软骨结构（表面完整性、裂隙深度、细胞簇聚）、软骨细胞形态与数量、潮线、软骨下骨改变、骨赘形成及滑膜增生/炎症细胞浸润情况。
- 番红O-固绿染色/甲苯胺蓝染色： 特异性染色软骨基质中的蛋白聚糖（主要为聚集蛋白聚糖），直观显示基质丢失的区域和程度。
- 病理评分系统： 常用OA研究学会推荐的评分体系对关节软骨退变进行半定量评估（如评估软骨结构破坏、软骨细胞异常、基质染色丢失、潮线完整性等），对滑膜炎症也有相应评分标准。
三、 骨关节炎大鼠模型的应用
大鼠OA模型在基础与转化研究中扮演着核心角色：
- 病理机制研究： 深入探讨OA发生发展中软骨细胞凋亡与自噬、细胞外基质降解与合成失衡（MMPs/ADAMTs vs TIMPs）、炎症信号通路激活（NF-κB, MAPK）、氧化应激、异常神经长入与疼痛机制、软骨下骨重塑与血管侵入、滑膜炎症与脂肪垫病变等多因素的相互作用。
- 病因学研究： 模拟机械应力异常（手术模型）、代谢紊乱（如结合高脂饮食或糖尿病模型研究代谢性OA）、衰老（老龄模型）等因素对OA发病的影响。
- 新型治疗策略评价：
- 药物研发： 评估镇痛药（NSAIDs、阿片类）、症状改善慢作用药、疾病修饰药物（靶向炎症因子、蛋白酶、信号通路的小分子化合物、生物制剂）、软骨保护剂、干细胞疗法、基因疗法等的有效性和安全性。
- 生物材料与组织工程： 测试用于软骨修复的支架材料、生长因子缓释系统、细胞-支架复合物的体内效果。
- 物理治疗与器械： 评价力学干预（支具、特定运动方案）或物理因子（如低强度脉冲超声、电刺激）的作用。
- 诊断与预后标志物发现与验证： 识别和验证潜在的影像学和分子生物学标志物。
四、 总结与展望
未来研究的优化方向包括：开发更贴近人类OA自然病程的慢性模型；建立更敏感、特异的无创或微创动态监测技术；利用基因编辑技术构建特定基因突变相关的OA模型；探索不同病因模型间的共性与特性；加强模型在疼痛机制和感觉神经调控研究中的应用等。随着技术的进步和认识的深入，大鼠骨关节炎模型将继续为攻克这一重大关节疾病做出不可替代的贡献。
参考文献： (此处应列出相关的关键学术研究论文，遵循规范的文献引用格式)