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为探究骨关节炎（OA）发展并预测组织学评分，法国研究人员对胶原酶诱导性骨关节炎（CIOA）小鼠模型展开研究，发现开放场测试和 μCT 可用于监测及预测 OA，对 OA 研究和治疗意义重大。
骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是全球范围内最常见的关节疾病，如同隐匿在身体里的 “无声杀手”，悄无声息地影响着超过 2.4 亿人的生活。它的主要特征包括软骨退化、低度慢性滑膜炎症以及骨结构改变，像骨赘形成和软骨下骨硬化等，这些变化不仅让患者承受疼痛的折磨，还严重限制了他们的活动能力，降低生活质量。
目前，在 OA 的研究中，虽然已经开发出多种小鼠模型来探究其病理生理机制和治疗方法，但仍面临诸多挑战。传统的分析 OA 的金标准是常规组织病理学评分，它能直接观察小鼠膝关节中骨和软骨的变化，然而这种方法具有侵袭性，无法对同一动物进行纵向研究。磁共振成像（MRI）虽能评估关节内的软组织，但在小鼠模型中空间分辨率较低。微计算机断层扫描（μCT）凭借其出色的空间分辨率和三维成像能力，在 OA 研究中应用越来越广泛，可用于定量研究不同骨区的结构参数，不过它在软组织成像方面存在对比度差的问题，尽管使用磷钨酸（PTA）等造影剂能一定程度解决，但仍有局限性。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）可对关节软骨进行微观成像，但它和其他一些成像技术一样，往往需要在动物安乐死后进行，无法实现活体的动态观察。
在功能分析方面，虽然各种非侵入性方法不断涌现，但不同的功能测试在评估 OA 相关行为变化时存在差异，且目前还不清楚哪种测试对每个模型最为敏感、特异和一致。此外，单一的功能测试难以全面检测与 OA 相关的所有行为变化。
为了深入了解 OA 的发展过程，找到能够准确预测 OA 严重程度的指标，法国研究人员开展了一项关于胶原酶诱导性骨关节炎小鼠模型（Collagenase - Induced Osteoarthritis，CIOA）的研究。该研究成果发表在《关节炎研究与治疗》（Arthritis Research & Therapy）杂志上。
在这项研究中，研究人员采用了多种先进的技术方法。他们首先构建了 CIOA 小鼠模型，选用 10 周龄雄性 C57BL/6 小鼠，通过向其右后膝关节腔内注射胶原酶诱导 OA。之后，运用功能测试、μCT、对比增强 μCT、CLSM 和组织学分析等多种手段对小鼠进行评估。功能测试包括开放场测试（Open Field Test）和 Catwalk?步态分析，用于监测小鼠的运动行为变化；μCT 用于观察骨结构的改变；对比增强 μCT 结合 PTA 造影剂，能够更清晰地观察关节软骨；CLSM 则对关节软骨进行微观成像；组织学分析作为金标准，用于评估软骨和滑膜的变化。
研究结果显示：
- OA 诱导导致短暂运动缺陷：研究人员利用开放场测试和 Catwalk?系统对小鼠运动参数进行纵向评估，发现 OA 诱导后早期（第 3 - 9 天），OA 小鼠的总移动距离、休息时间、平均速度和快速运动时间等参数与对照组相比有显著差异，这些变化在第 13 天后逐渐消失。在 Catwalk?测试中，部分参数在第 3 天出现显著变化，但到第 9 天恢复正常，不过从第 9 天到第 29 天，后肢支撑基础（左右后肢之间的距离）显著减小。这表明 OA 诱导主要在早期引起运动变化，且这些变化具有一定的时效性。
- OA 导致膝关节骨变化和异常钙化：通过 μCT 对小鼠膝关节进行评估，发现 OA 小鼠膝关节出现严重的异常钙化，包括髌骨、半月板和韧带等部位。对不同骨区域的分析显示，OA 小鼠的外侧软骨下骨板和内侧、外侧骨骺出现骨降解，表现为骨体积和厚度减少，骨表面降解增加，同时骨赘体积和关节内钙化的骨体积、表面积显著增加。而且，无论小鼠是否有自由运动的机会（通过是否提供跑轮判断），这些骨变化都较为严重。
- OA 导致严重的关节软骨退化：运用对比增强 μCT、CLSM 和组织学分析对关节软骨进行评估，结果表明 OA 小鼠的关节软骨出现明显退化。对比增强 μCT 显示 OA 小鼠软骨层变薄、有侵蚀区域；CLSM 的 3D 图像直观呈现出 OA 小鼠软骨轮廓侵蚀、厚度减小；组织学分析也证实了 OA 小鼠的组织学 OA 评分显著增加，且不同技术得到的结果相似。同时，研究还发现，在疾病早期（第 9 天），OA 小鼠主要表现为滑膜炎症，到第 28 天出现软骨降解。
- 功能和结构缺陷与组织学评分相关：研究人员通过数学计算分析了不同参数与组织学评分之间的相关性，发现开放场测试中的多个参数（如距离、平均速度、快速运动时间和休息时间）与内侧胫骨的组织学评分有较高相关性；μCT 评估的部分骨参数（如外侧骨骺的骨体积分数）和 CLSM 评估的软骨参数（如内侧软骨体积和表面降解）也与组织学评分相关。这说明运动和结构参数与死后组织学评分存在关联，可用于预测 OA 的严重程度。
- 预测组织学评分的新工具：研究人员进一步分析发现，开放场测试的参数在预测组织学评分方面表现出良好的一致性，其中任何一个参数都能较好地预测组织学评分。Catwalk?测试中， stance 和 print area 参数对预测组织学评分较有价值。μCT 分析中，关节周围骨赘的骨体积和韧带、半月板的钙化对预测组织学降解更有意义。对比增强 μCT 和 CLSM 在预测组织学评分方面具有高度可比性，其测量的部分软骨参数（如内侧软骨板的体积和表面 / 体积比）也可用于预测组织学评分。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次深入评估了 CIOA 模型中的运动、疼痛和结构缺陷。开放场测试在评估 CIOA 早期疼痛方面具有重要价值，其结果在其他 OA 小鼠模型中的适用性有待进一步验证。运动在 OA 发展过程中的变化规律显示，在疾病发作的第一周运动受到影响，恢复一段时间后，疼痛和运动缺陷可能在后期再次出现，这一现象值得进一步研究。此外，膝关节的结构变化，如半月板钙化，对预测 OA 发展具有重要意义，且可能在疾病早期就已出现。
综合来看，该研究为 OA 的研究和治疗提供了重要的参考依据。通过监测小鼠在疾病过程中的运动和结构变化，研究人员发现开放场测试在疾病早期评估运动功能方面具有优势，而 μCT 可在第 28 天（甚至更早）监测关节内钙化和骨赘形成等结构变化。这两种技术均为非侵入性方法，符合动物实验的 3Rs 原则，能够在相对较短的时间内对诱导 OA 的小鼠进行纵向评估，有助于深入了解 OA 的发病机制，为开发更有效的治疗方法奠定基础。
