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为探究趋化因子 C-X-C 基序配体 9(CXCL9)在骨关节炎(OA)进展中的作用,研究人员以野生型和 Cxcl9 基因敲除小鼠为对象开展研究。结果发现,Cxcl9 基因缺失可减轻创伤后 OA 进展,这为 OA 的药物治疗提供了新靶点。
骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种常见的关节疾病,严重影响人们的生活质量,尤其在老年人群中,它是导致残疾的主要原因之一。全球有超过 5 亿人受其困扰,随着人口老龄化加剧,OA 患者数量预计还会大幅增加。目前,针对 OA 的治疗手段有限,早期的生活方式干预和非甾体抗炎药(NSAID)治疗只能缓解症状,无法阻止疾病进展,而关节置换手术虽然是晚期 OA 的主要治疗方式,但存在感染、松动和疼痛等风险,且植入物寿命有限,因此,寻找有效的预防和治疗 OA 的方法迫在眉睫。
CXCL9 作为 C-X-C 基序配体(CXCL)趋化因子家族的一员,在炎症过程和免疫系统中发挥着重要作用。已有研究表明,它在肿瘤生长、骨重塑等方面具有调节功能,且在 OA 患者的滑膜液和血清中,CXCL9 水平有所升高。然而,其在 OA 进展中的确切作用尚不清楚。基于此,来自德国汉堡埃彭多夫大学医学中心(University Medical Center Hamburg-Eppendorf)等机构的研究人员开展了相关研究,该研究成果发表在《Inflammation Research》上。
在这项研究中,研究人员主要运用了以下关键技术方法:首先,采用单侧前交叉韧带横断术(ACLT)构建小鼠创伤后 OA 模型,这是模拟创伤后 OA 的经典方法;其次,利用微计算机断层扫描(micro-CT)评估骨骼结构参数,观察骨赘形成等情况;再者,通过组织学染色和评分,如 Bone-Inflammation-Cartilage(BIC)染色、苏木精 - 伊红(H&E)染色等,对软骨、骨和滑膜的病理变化进行分析;最后,运用 RNA 提取和定量实时聚合酶链反应(qRT-PCR)检测相关基因的表达水平 。
研究结果如下:
- Cxcl9 基因缺失减轻创伤后 OA 进展:研究人员监测了 OA 小鼠关节中 Cxcl9 及其受体 Cxcr3 的基因表达,发现随着 OA 进展,二者表达逐渐增加。对野生型(WT)和 Cxcl9 基因敲除小鼠进行 ACLT 手术后发现,Cxcl9 基因敲除小鼠的 OA 进展得到缓解,组织学评分显示其软骨破坏减少,在术后 8 周,透明软骨与钙化软骨的比例与对照膝相等,表明 Cxcl9 基因缺失可保护软骨,防止其钙化。
- OA 相关的软骨下骨病理变化与 Cxcl9 无关:通过对 ACLT 和对照膝的 micro-CT 重建图像分析,发现 Cxcl9 基因敲除小鼠和 WT 小鼠在术后早期和晚期的软骨下骨结构参数,如骨体积分数(BV/TV)、小梁数量(Tb.N)、小梁厚度(Tb.Th)和小梁分离度(Tb.Sp)等均无差异,表明 Cxcl9 不影响实验性 OA 中软骨下骨的重塑。
- Cxcl9 基因缺失不影响软骨下骨的骨吸收:对 WT 和 Cxcl9 基因敲除小鼠膝关节进行抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)活性染色,计数破骨细胞参数发现,术后 4 周和 8 周,两组小鼠的破骨细胞表面和数量均增加且无差异,说明软骨下骨的骨吸收不受 Cxcl9 基因缺失的影响。
- Cxcl9 基因缺失减少骨赘形成:利用 micro-CT 和组织学评估发现,在 OA 早期和晚期,Cxcl9 基因敲除小鼠的骨赘形成明显减少,尤其是在股骨部位,这表明 Cxcl9 似乎对骨赘形成有促进作用。
- Cxcl9 基因缺失减轻 OA 膝关节的滑膜炎:对 ACLT 膝关节的 BIC 染色切片进行评估,发现术后 8 周,Cxcl9 基因敲除小鼠的滑膜炎明显减轻,而骨侵蚀与 WT 小鼠无差异,说明 Cxcl9 在实验性 OA 进展过程中对滑膜的炎症反应有调节作用。
- Cxcl9 基因缺失小鼠 OA 膝关节中白细胞介素 - 1β 表达降低,软骨标记物过表达:通过 qRT-PCR 监测基因表达,发现 Cxcl9 基因敲除小鼠 OA 膝关节中,成骨细胞标记物碱性磷酸酶(Alpl)表达显著降低,白细胞介素 - 1β(Il1b)表达减少,而软骨细胞标记物聚集蛋白聚糖(Acan)和 Ⅱ 型胶原 α1 链(Col2a1)表达增加,这从分子层面进一步证实了 Cxcl9 基因缺失对软骨有益且能减少促炎刺激。
综上所述,该研究表明,Cxcl9 基因的遗传失活可减轻实验性 OA 的进展,保护软骨免受侵蚀和钙化,减轻滑膜炎症,但不影响软骨下骨的病理重塑。这一结果提示,CXCL9 在 OA 进展中具有促炎作用,靶向抑制 CXCL9 信号通路可能是减轻创伤后 OA 严重程度、减少关节置换手术需求及其并发症的新策略,为 OA 的药物治疗提供了潜在的新靶点,对未来 OA 的治疗研究具有重要的指导意义。不过,该研究也存在一定的局限性,如仅使用了雌性小鼠,采用的是全局基因敲除模型,且未明确关节中表达 Cxcl9 和 Cxcr3 的细胞等,后续研究可在此基础上进一步深入探索。