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【目的】研究凋亡相关基因FAS、BAX、BAK、BCL-XL在骨性关节炎动物模型软骨及滑膜细胞中的表达及意义。
【方法】新西兰大白兔30只,雌雄不限,体重2.0-3.1kg,平均体重2.5kg,左后肢膝关节伸直位石膏管型固定,26只6周后取左侧膝关节软骨及滑膜标本为实验组,对侧肢体膝关节软骨及滑膜标本为对照组。另外4只分别于制动后1、2、4、6周取关节软骨及滑膜检测,观察大体标本及软骨、滑膜病理改变情况,了解制动效果。新鲜标本以10%中性福尔马林液固定48小时,关节软骨10%EDTA脱钙6-7周,常规脱水,石蜡包埋,连续切片,厚4-5μm。采用常规HE染色观察软骨及滑膜病理改变,免疫组化S-P法检测FAS、BAX、BAK、BCL-XL在骨性关节炎软骨及滑膜细胞中的表达情况,TUNEL法检测骨性关节炎软骨及滑膜细胞凋亡情况,并探讨凋亡相关基因的表达与软骨、滑膜细胞凋亡程度之间的相关性。
【结果】制动后1周即有软骨细胞凋亡的发生,2周后凋亡呈进展趋势,4周时出现大量中层和表层软骨细胞凋亡,6周软骨细胞凋亡进一步增多,此时,大体标本见关节软骨灰黄色,出现溃疡,HE染色切片下可见软骨细胞数目减少,软骨基质“微纤化”,软骨细胞出现空泡状改变,呈现典型的OA病理特征。
实验组关节软骨细胞凋亡指数(AI)为(X±S)6.708±4.278,对照组关节软骨细胞凋亡指数为(X±S)1.583±1.613,两组的差异具有显著性(t=5.491,P<0.01);实验组关节滑膜中的细胞凋亡指数为2.667±2.036,对照组关节滑膜中的细胞凋亡指数为2.917±2.185,两组的差异不具有显著性(t=-0.410,P>0.05)。
FAS蛋白在实验组和对照组的软骨细胞、滑膜细胞中均有阳性表达,两组的阳性率分别为66.67%、58.33%及37.50%、37.50%;在软骨细胞中FAS蛋白表达实验组阳性率高于对照组,差异具有显著性(X2=4.09,P<0.05),在滑膜细胞中则差异没有显著性(X2=2.087,P>0.05)。
Bcl-XL蛋白在实验组的软骨细胞、滑膜细胞中均有阳性表达,两组的阳性率分别为20.83%、54.17%及33.33%、12.50%;在关节软骨细胞中Bcl-XL蛋白的表达实验组阳性率低于对照组,但差异没有显著性(X2=0.1179,P>0.05);在滑膜细胞中的表达实验组阳性率高于对照组,差异具有显著性(X2=9.375,P<0.01)。
BAX蛋白在实验组和对照组的软骨细胞、滑膜细胞中均有阳性表达,两组的阳性率分别为75.00%、16.67%及29.17%、25.00%;在关节软骨细胞中BAX蛋白的表达实验组阳性率高于对照组,差异具有显著性(X2=10.1,P<0.01);在滑膜细胞中的表达实验组阳性率低于对照组,但差异没有显著性(X2=0.5053,P>0.05)。
BAK蛋白实验组和对照组的软骨细胞、滑膜细胞中均有阳性表达,两组的阳性率分别为54.17%、45.83%及20.83%、37.50%;在关节软骨细胞中BAK蛋白的表达实验组阳性率高于对照组,差异具有显著性(X2=5.689,P<0.05);在滑膜细胞中的表达实验组阳性率高于对照组,但差异没有显著性(X2=0.343,P>0.05)。
实验组关节软骨中软骨细胞凋亡程度与FAS蛋白的表达呈正相关,差异具有显著性(rs=0.597,P<0.01),在滑膜中滑膜细胞凋亡程度与FAS蛋白的表达没有明显的相关性(rs=0.199,P>0.05)。
实验组关节软骨中软骨细胞凋亡程度与Bcl-XL蛋白的表达呈负相关,差异具有显著性(rs=-0.488,P<0.05),在滑膜中滑膜细胞凋亡程度与Bcl-XL蛋白的表达没有明显的相关性(rs=-0.200,P>0.05)。
实验组关节软骨中软骨细胞凋亡程度与BAX及BAK蛋白的表达呈正相关,差异具有显著性(rs=0.642,rs=0.655,P<0.01),且连续切片观察发现,在BAX及BAK蛋白表达阳性的区域内常有TUNEL反应阳性分布;在滑膜中滑膜细胞凋亡程度与BAX及BAK蛋白的表达没有明显的相关性(rs=-0.190,rs=0.347,P>0.05)。
【结论】
1.采用膝关节伸直位制动5~6周的方法,可制作较好的骨关节炎动物模型。
2.在骨关节炎动物模型中,关节软骨细胞的凋亡明显增加,可认为软骨细胞凋亡过盛是关节软骨退变发展成骨关节病的重要原因之一。
3.FAS、BAX、BAK、BCL-XL等凋亡相关基因在骨性关节炎软骨及滑膜细胞中的表达异常,细胞凋亡程度与FAS、BAX、BAK、BCL-XL等凋亡相关基因的表达具有相关性,表明FAS、BAX、BAK、BCL-XL等凋亡相关基因与骨关节炎发生发展有密切关系。