低强度脉冲超声波对兔膝骨性关节炎的软骨修复作用及机制研究

论文摘要

目的:研究低强度脉冲超声波（Low intensity pulsed ultrasound, LIPUS）对体外培养兔膝关节软骨细胞增殖、软骨细胞中金属蛋白酶-13（matrix metalloproteinase,MMP-13）及Ⅱ型胶原的影响,探讨LIPUS对软骨细胞活性的促进作用及机制。方法:选用6只1月龄的新西兰白兔膝关节软骨进行体外培养,体外培养每只兔的软骨细胞传至第二代后,均分为对照组与4个LIPUS照射组,LIPUS强度分别是20 mW /cm2、30 mW /cm2、40 mW /cm2、50 mW /cm2,每天照射20min,连续10天。每天进行细胞计数;分别在第0天、5天及第10天收集细胞,提取软骨细胞全蛋白及RNA,采用Western-blot技术、qRT-PCR技术检测软骨细胞中MMP-13、Ⅱ型胶原的含量。结果:1.软骨细胞计数:与对照组相比,各LIPUS照射组软骨细胞数均明显增高（P<0.05）,其中40 mW /cm2组软骨细胞数最高,与其他各照射组比较有显著性差异（P<0.05）; 2. MMP-13含量检测:细胞培养5天和10天后,各组MMP-13含量均较第0天明显升高（P<0.05）,但各照射组MMP-13含量均较其对照组显著降低（P<0.05）,其中40 mW /cm2组MMP-13含量最低（P<0.05）; 3.Ⅱ型胶原表达量检测:细胞培养5天和10天后,各组Ⅱ型胶原表达量均较0天显著降低（P<0.05）。但各照射组Ⅱ型胶原表达量均显著高于对照组（P<0.05）。其中40 mW /cm2组Ⅱ型胶原表达量最高（P<0.05）; 4. MMP-13与Ⅱ型胶原相关性:分析各组细胞培养0天、5天和10天的MMP-13与Ⅱ型胶原含量,两者呈负相关（r=-0.757, P <0.05）。结论:不同强度的LIPUS照射可促进体外培养兔软骨细胞的活性,其作用与软骨细胞增殖、MMP-13、Ⅱ型胶原的表达变化相关。目的:通过对兔膝早、中期骨性关节炎进行LIPUS干预,观察低强度脉冲超声（low-intensity pulsed ultrasound,LIPUS）对兔早中期OA关节软骨损伤、软骨细胞增殖及PI3K信号转导通路的影响,并探讨其相关的作用机制。方法:36只健康雄性新西兰兔平均分成6组,早期对照组（early control,EC组）,早期OA组（early OA, EO组）,早期治疗组（early treatment,ET组）,中期对照组（medium-term control,MC组）,中期OA组（medium-term OA,MO组）和中期治疗组（medium-term treatment,MT组）。对EO、ET、MO及MT组兔右膝关节行前交叉韧带切断（Anterior Cruciate Ligament Transection,ACLT）术,ET组术后第三天、MT组术后第5周行LIPUS治疗,频率为3MHz,照射强度为40mW/cm2,每次20min,每天1次,6天/周,持续6周。治疗6周后,取兔右侧膝关节行大体组织学观察,进行改良Mankin评分;应用蛋白质印迹（western-blot）法检测关节软骨细胞增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen,PCNA）及磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K）含量。结果:1.组织病理学检查:EO组关节软骨表面不规则、甲苯胺蓝染色减少、裂隙形成,与EC组相比,Mankin评分显著升高（P <0.01）;MO组关节软骨损伤明显,Mankin评分较MC组显著升高（P<0.01）。与EO组相比,ET组组织病理学改变程度轻,Mankin评分显著降低（P<0.01）;而MT组Mankin评分较MO组无显著降低（P >0.05）。2. PCNA检测:EO组PCNA较EC组显著升高（P <0.01）,ET组PCNA较EO组显著升高（P <0.01）;与EO组相比,MO、MT组PCNA均无升高（P >0.05）。3. PI3K检测: EO组PI3K与EC组相比,无显著增高（P >0.05）;ET组PI3K较EO组显著升高（P <0.01）;而MT组PCNA较MO组无明显升高（P >0.05）。结论:研究提示LIPUS早期干预更有利于促进兔骨关节炎软骨修复,其作用机制与LIPUS促进了软骨细胞增殖,并激活PI3K信号转导通路密切相关。目的:研究LIPUS对兔膝OA早期关节软骨Ⅱ型胶原、MMP-13及MAPKs信号通路的影响,探讨在OA早期应用LIPUS延缓关节软骨退变的作用机制。方法:新西兰白兔18只,随机分为照射组（operation plus LIPUS,O+L组）、假照射组（operation without LIPUS,O-L组）和假手术组（ sham operation, SO组）,每组6只。O+L组,右膝接受ACLT术,术后第3天起进行LIPUS照射,频率为3MHz,照射强度为40mW/cm2,每次20min,每天1次,6天/周,持续6周。O-L组,手术及照射方案与O+L组一致,但无超声输出。SO组仅行关节囊切开术。治疗6周后将兔处死,取兔右侧膝关节行大体组织学观察,进行改良Mankin评分;应用蛋白质印迹法（Western-blot）检测Ⅱ型胶原蛋白、基质金属蛋白酶13（matrix metalloproteinase-13,MMP-13）及细胞外信号调节激酶1/2 （extracellular signal-regulated kinase1/2,ERK1/2）、丝裂原活化蛋白激酶38（Mitogen-activated protein kinase38,p38）、C6N末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）的表达。结果:1.关节软骨Mankin评分:与SO组相比, O+L组、O-L组显著高于SO组（P<0.05,P<0.01）;与O+L组相比,O-L组显著增高（P<0.05）。2.Ⅱ型胶原检测:与SO组相比,O+L组、O-L组Ⅱ型胶原均有降低,但O-L组下降更为明显（P<0.05）;O+L组与O-L组相比无显著性差异（P >0.05）。3. MMP-13检测:与SO组相比,O+L组、O-L组均有增高（P<0.05,P<0.01）,但O-L组增高更为明显;与O+L组相比,O-L组MMP-13显著增高（P<0.05）。4.磷酸化ERK1/2、p38、JNK检测:与SO组相比,O+L组、O-L组磷酸化ERK1/2、p38均有增高（P<0.05,P<0.01）,但O-L组增高更为明显;与O+L组相比,O-L组磷酸化ERK1/2、p38显著增高（P<0.05,P<0.05）。在O+L组、O-L组、SO组之间,磷酸化JNK均无显著性差异。结论:OA早期应用LIPUS可减轻关节软骨的损伤程度,其作用与LIPUS干预后关节软骨中MMP-13、p38、ERK1/2表达下调有关。

论文目录

• 常用缩略词表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 第一部分 LIPUS 对体外培养兔膝关节软骨细胞增殖的作用
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 第二部分 LIPUS对兔膝OA关节软骨细胞增殖及P13K信号转导通路的作用
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 第三部分 LIPUS 对兔膝OA 关节软骨MMP-13 及MAPKs 信号转导通路的作用
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 全文小结
• 参考文献
• 已发表及待发表文献
• 文献综述
• 参考文献
• 待发表论文之一
• 待发表论文之二
• 致谢