关节内半月板注射作为膝关节半月板病变直接治疗方法的基础研究

《Journal of ISAKOS》：Basic Research on Intrameniscal Injection as a Direct Treatment for Knee Meniscal Pathology

　　

摘要

引言
半月板是膝关节的重要结构，承担载荷传递、减震、关节稳定性和关节润滑等功能。因创伤或退行性变导致的半月板功能恶化会引发半月板相关症状，并导致软骨损伤和骨关节炎（OA）。当前治疗并非直接针对半月板本身，而是针对整个膝关节或关节内组织，且直接作用于半月板组织的非手术疗法尚未广泛应用。本研究旨在评估半月板内注射技术对半月板组织及细胞的影响。

方法
研究人员对4个健康猪半月板和10个来自全膝关节置换术患者的人半月板注射不同溶液，以评估所需注射力、注入溶液在半月板内的分布及其对半月板细胞的生物学效应。通过压力计测量注射器活塞的初始力；注入Fast Green FCF溶液后，观察、测量并分析分布情况的3项指标：宽度（Width）、染色面积（Stained Area）和计算体积（Calculated Volume）；其他半月板组织则分别注射重组白细胞介素-1β（rIL-1β）、地塞米松或木瓜蛋白酶，培养后收集用于qRT-PCR或组织学分析。

结果
使用1 mL注射器时，半月板内注射所需力（24.9 ± 4.3 N）显著高于脂肪组织（1.1 ± 0.2 N）或肌肉组织（0.8 [四分位距0.6-1.1] N）（p<0.01），而使用微量注射器时所需力（0.5 [四分位距0.4-0.5] N）显著低于1 mL注射器（p<0.0001）。比较不同注射体积时，10 μL注射后的各项指标均显著高于5 μL注射（p<0.05）。注射相同体积Fast Green FCF溶液时，退变人半月板中的指标大于健康猪半月板。注射rIL-1β促进半月板细胞中炎症因子和基质蛋白酶转录；反之，在含rIL-1β的培养基中培养的半月板组织内注射地塞米松则抑制了该转录；注射木瓜蛋白酶导致Safranin O染色减弱及天狼星红染色模式改变。

结论
这些结果提供了新的见解，可能作为半月板内注射更广泛应用于临床的基础。

证据等级：V，基于机制的推理/实验室研究

论文解读文章

**研究背景**
半月板是膝关节的重要纤维软骨结构，负责载荷传递、减震、稳定关节及润滑。创伤或退行性改变可导致半月板功能受损，引发半月板相关症状，并进一步进展为软骨损伤和骨关节炎（OA）。目前针对半月板损伤的非手术治疗主要包括活动限制、物理治疗、非甾体抗炎药及关节内注射，但这些方法均非直接作用于半月板本身，而是作用于整个膝关节或关节内组织。近期随着超声技术的发展，有少量报道涉及半月板周围或半月板内注射，例如富血小板血浆（PRP）或脂肪组织的半月板内注射在临床研究中改善了患者主观评分和影像学评估。然而，这些临床研究的损伤类型和注射技术尚未标准化，评价方法缺乏一致性。此外，半月板组织致密、富含细胞外基质，但既往仅有一项基础实验描述了溶液注入半月板组织的情况，尚无定量研究描述注入溶液在组织内的分布，也未有报道证实注入溶液对半月板组织或细胞产生生物学效应。因此，本研究旨在填补这一基础知识的空白，为半月板内注射的临床应用提供依据。

**研究内容与结论**
研究人员使用健康猪半月板（n=4）及来自全膝关节置换术患者的人半月板（n=10，女性8例、男性2例，平均年龄76±6岁）作为样本，评估半月板内注射的“注射技术”（所需力及溶液分布）和“生物学效应”（基因表达和组织学变化）。主要结论包括：（1）半月板内注射所需力显著高于皮下脂肪和骨骼肌；（2）溶液在半月板内的分布受组织纤维结构影响，退变半月板中分布更广；（3）注射重组白细胞介素-1β（rIL-1β）可促进炎症因子和基质蛋白酶转录，而地塞米松可抑制该效应；（4）注射木瓜蛋白酶可导致蛋白聚糖丢失和胶原排列改变。该论文发表在《Journal of ISAKOS》。

**关键方法**
1. **注射力测量**：使用压力计（ZTS-100N；Imada, Toyohashi, Japan）测量注射器活塞推动时的初始力。
2. **分布分析**：注入Fast Green FCF溶液后，以200 μm间隔进行冷冻切片，通过ImageJ软件测量宽度（circumferential spread）、最大染色面积（maximum area）和计算体积（area under curve）。
3. **基因表达分析**：对半月板外植体进行rIL-1β或地塞米松注射后，通过qRT-PCR检测炎症因子（IL-6、IL-8、COX-2、CCL2、TSG6）和基质蛋白酶（MMP-1、MMP-3、MMP-13）的mRNA水平。
4. **组织学分析**：注射木瓜蛋白酶后，使用Safranin O/Fast Green FCF染色和天狼星红染色（Picrosirius red）评估蛋白聚糖含量和胶原纤维排列，并通过ImageJ和Orientation J插件进行定量。

**研究结果**
**注射力比较**：使用1 mL注射器时，猪半月板内注射所需力（24.9±4.3 N）显著高于脂肪组织（1.1±0.2 N）和肌肉组织（0.8 [IQR 0.6-1.1] N）（p<0.01）；使用微量注射器后，所需力显著降低至0.5 [IQR 0.4-0.5] N（p<0.0001）。
**溶液分布特征**：注入溶液沿径向连接纤维和环向纤维方向扩散。注射10 μL比5 μL的宽度和计算体积显著更大（p<0.05）。退变人半月板在相同注射体积下的最大染色面积和计算体积显著大于健康猪半月板（p<0.01）。
**生物学效应**：注射rIL-1β显著上调IL-6、IL-8、COX-2、TSG6、MMP-1、MMP-3的转录；在rIL-1β培养基中培养后注射地塞米松，则显著抑制以上因子及CCL2、MMP-13的转录。注射木瓜蛋白酶后，Safranin O阳性面积百分比显著降低，且胶原纤维排列的相干性（coherence）发生改变，与木瓜蛋白酶在组织内的分布一致。

**讨论与结论**
讨论部分指出，半月板内注射所需力大于皮下和肌肉注射，但使用微量注射器可显著降低所需力，这为临床设备选择提供参考。溶液分布受半月板组织纤维结构影响，退变组织可能由于细胞外基质降解导致分布更广。注射rIL-1β和地塞米松证实了药物可调控半月板细胞内的基因表达，且木瓜蛋白酶的组织学效应表明局部注射可产生靶向效果。结论部分总结：向猪和人半月板组织注射溶液所需力显著大于皮下脂肪和骨骼肌组织（p<0.01）；溶液在半月板内的分布受半月板纤维结构排列影响；离体培养的半月板组织内注射溶液可改变组织结构和细胞基因表达。本研究为后续转化研究提供了初步证据。