高果糖饮食会加重颞下颌关节软骨的退化

《Journal of Craniofacial Surgery Open》：High-Fructose Diet Aggravates Temporomandibular Joint Cartilage Degeneration

高果糖饮食通过加剧炎症反应与代谢紊乱协同作用，显著促进颞下颌关节退行性病变（TMJOA）患者的软骨降解和细胞凋亡，为术后关节保护提供饮食干预依据。

　　颞下颌关节（TMJ）是颅面骨骼区域中唯一的双侧关节，其结构和功能在日常生理活动中至关重要，如咀嚼和语言表达。由于该区域经常暴露于外部环境，并且活动频繁，TMJ也容易受到损伤，例如脱位或骨折。然而，在与TMJ相关的疾病中，颞下颌关节紊乱（TMD）是最常见的类型之一，其中颞下颌关节退行性关节疾病（TMJ-DJDs）是重要的亚类，尤其在年轻女性中发病率较高。尽管TMJ-DJDs的发病机制尚不明确，但目前缺乏有效的预防和治疗手段，这可能是其高发的原因之一。因此，探索新的致病因素对于预防和治疗TMJ-DJDs具有重要意义。

TMJ的软骨组织与其他关节有所不同，它是一种纤维软骨，具有较高的可塑性和易变性。这种特性使得TMJ软骨在面对外界刺激时更容易发生不良的重塑或退化。近年来，越来越多的研究表明，骨关节炎是一种与代谢相关的疾病，其与肥胖、高脂血症、高血糖等代谢异常密切相关。此外，某些代谢产物可能影响软骨的稳态，从而导致软骨细胞减少和软骨基质降解。这些代谢产物可能来源于饮食，也可能来源于机体自身的代谢过程。例如，已有研究表明，高脂饮食会诱导大鼠体内高脂血症的形成，进而增加血液中氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）的水平，并与雌激素协同作用，导致TMJ软骨基质的降解和软骨细胞凋亡。此外，高血糖引起的晚期糖基化终产物（AGEs）在体循环中的增加也会对关节组织造成显著损害，且通常预后较差。由此可见，异常的葡萄糖代谢和脂代谢对关节软骨稳态的破坏具有重要作用，而这些代谢变化往往与饮食密切相关。

在现代生活中，高果糖饮食非常普遍，常见于含糖饮料、果汁和奶茶等食品中。果糖是所有天然单糖中甜度最高的，长期过量摄入会对人体健康造成诸多危害。动物实验显示，长期饮用果糖会导致肠道肿瘤的生长和分级加重，其机制涉及糖酵解增强和脂肪酸合成增加，从而促进肿瘤发展。在营养吸收和代谢方面，果糖摄入可改善小鼠小肠上皮细胞的存活周期和小肠绒毛长度，但同时也会加重小鼠的肥胖情况。在免疫炎症反应方面，研究发现果糖代谢可以加剧单核-巨噬细胞在脂多糖（LPS）刺激下的炎症反应，这一过程依赖于谷氨酰胺的氧化分解。然而，果糖与退行性关节疾病之间的关系尚未被广泛报道。

本研究旨在通过建立临床前动物模型，探讨果糖饮食与TMJ软骨退化之间的关系，并识别TMJ软骨退化与过量果糖摄入之间的潜在生物学联系。研究采用了4周龄的C57BL/6J雄性小鼠作为实验对象，所有动物均来自上海斯莱克实验动物有限公司，并在浙江中医药大学实验动物研究中心的特定病原体无（SPF）动物实验室中饲养。实验过程中，所有动物均在相同的环境条件下随机分组，且实验操作符合ARRIVE指南的要求，并经过浙江中医药大学动物伦理委员会的审批（批准号：IACUC-20221010-06）。

实验分为四组：假手术组（sham）、果糖水假手术组（Fru/sham）、退行性关节疾病组（DJD组）以及果糖水退行性关节疾病组（Fru/DJD组）。每组小鼠在手术后15天内被安乐死，以获取TMJ样本。退行性关节疾病模型的建立通过移除关节盘并进行适当的处理来实现，而假手术组则仅暴露关节腔并缝合伤口，不移除关节盘。随后，对样本进行了组织学分析，包括HE染色、Safranin O和Fast Green染色、DAPI染色以及TUNEL检测，以评估软骨组织的结构变化、细胞分布和凋亡情况。

在组织学分析中，HE染色结果显示，假手术组的TMJ软骨组织结构清晰，软骨表面未见明显损伤，软骨细胞分布均匀，各层细胞的大小和形态一致。果糖水假手术组的软骨结构和形态与假手术组相比没有显著差异，表明果糖水单独摄入在短期内并未对软骨组织造成明显影响。然而，在退行性关节疾病组中，软骨细胞分布不均，排列混乱，各层细胞大小不一致，显示软骨组织已出现退化迹象。而果糖水退行性关节疾病组的软骨层边界模糊，软骨基质结构紊乱，部分软骨细胞减少甚至消失，且细胞排列更加不规则，甚至在软骨下层出现微小裂痕。这些结果表明，果糖水的摄入在短期内对健康软骨组织没有明显影响，但在已有退化迹象的软骨组织中，果糖水会显著加重退化程度，并导致更多软骨细胞凋亡。

进一步的免疫组织化学分析显示，MMP13在退行性关节疾病组中的表达显著高于假手术组和果糖水假手术组，而在果糖水退行性关节疾病组中，MMP13的表达进一步增强。这表明，果糖摄入可能通过促进软骨基质的降解，加剧TMJ软骨退化。同时，胶原II的表达在退行性关节疾病组中显著降低，而在果糖水退行性关节疾病组中进一步减少，表明果糖摄入可能抑制软骨组织的合成过程，导致其结构进一步破坏。此外，KHK（酮己糖激酶）在果糖水退行性关节疾病组中的表达显著增加，而KHK是果糖进入细胞后的第一个关键代谢酶，这提示果糖可能通过KHK的激活，在退化的软骨组织中产生后续的生物学效应，从而促进软骨细胞凋亡或软骨基质降解。

在体外实验中，研究人员发现，IL-1β（一种关键的促炎因子）与果糖的联合作用可以显著促进软骨细胞的凋亡，且其效果比单独使用IL-1β或果糖更明显。此外，体外培养的TMJ软骨组织在IL-1β和果糖的共同作用下，其表面出现不均匀和锯齿状的破坏，这与组织学分析的结果一致。这些结果表明，果糖本身并不能直接导致软骨稳态的破坏，而是需要与炎症环境共同作用，才能显著促进软骨细胞凋亡或软骨基质降解。

果糖的代谢过程复杂，其在体内的摄入会通过小肠吸收，随后在不同组织中产生多种代谢产物。这些代谢产物可能进一步影响体循环中的代谢状态，从而对软骨稳态产生潜在影响。尽管本研究发现果糖在短期内对健康软骨组织没有明显影响，但不能排除长期果糖摄入可能导致软骨退化。此外，长期果糖摄入还会引发代谢综合征，如脂肪肝和高脂血症等，这些代谢异常可能通过其他途径间接影响软骨稳态。因此，在评估果糖对软骨组织的影响时，需要排除代谢综合征的干扰，以判断果糖本身是否会对软骨稳态产生影响。

综上所述，软骨稳态的改变对TMJ疾病的发病和预后具有重要影响。本研究发现，果糖摄入可以加剧TMJ软骨退化，促进软骨细胞凋亡，并且这种效应在已有退化基础的软骨组织中更为显著。果糖可能通过与炎症因子如IL-1β的协同作用，进一步破坏软骨组织的稳态。因此，对于TMJ软骨损伤后的患者，应避免摄入高果糖饮食，以减少对软骨稳态的进一步破坏。本研究的结果为TMJ软骨退化及其他与软骨稳态破坏相关的TMJ疾病提供了新的预防和治疗思路，同时也强调了饮食因素在疾病发展中的重要性。