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研究目的:膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是最常见的慢性、渐进性、退行性关节疾病,全身振动训练(whole body vibration,WBV)可将机械振动传递至全身,刺激神经、肌肉、骨骼的活性和兴奋性,被逐渐应用于KOA的临床治疗。白介素 1β(Interleukin-1 beta,IL-1β)和基质金属蛋白酶 13(Matrix metalloproteinase 13,MMP-13)是膝关节软骨退变中的重要因子,缺氧诱导因子-2α(hypoxia inducible factor-2α,HIF-2α)是关节软骨的分解代谢调控因子,II型胶原纤维α1基因(collagen,type II,alpha 1,COL2A1)是关节软骨的主要合成代谢因子。本研究目的为探讨不同频率的WBV对SD大鼠早期KOA关节软骨及其HIF-2α相关因子表达的影响,为临床寻找KOA新的治疗靶点提供理论证据支持。研究方法:本研究选取8周龄雄性SD大鼠64只,随机选出16只作为正常对照组(NC组),其余48只注射2%木瓜蛋白酶溶液和0.03mmol/LL-半胱氨酸至左右膝关节腔,6周后建立早期KOA模型,对正常组及模型组各8只大鼠膝关节软骨取材采用番红O染色,进行组织学观察及评分检验造模是否成功。将模型组40只大鼠随机分成5组,每组8只,进行WBV运动干预(NC组、0Hz),模型组(SC组、0Hz)、高频1组(HV1组、60Hz)、高频2组(HV2组、40Hz)、中频组(MV组、20Hz)、低频组(LV组、10Hz),每次训练40min,每周5天。经8周干预后取材进行以下分析(1)番红O染色,进行关节软骨组织形态学观察及改良Mankin 评分;(2)通过 RT-qPCR 检测 IL-1β、HIF-2α、MMP-13 及 COL2A1 的mRNA 表达水平;(3)通过 Westernblot 检测 IL-1β、HIF-2α、MMP-13 及 COL2A1的蛋白质表达水平。本实验所有数据均以X±SD表示,采用SPSS 20.0对数据进行统计学分析。研究结果:1.模型鉴定:组织学观察显示SC组较NC组软骨表面不平整,有裂纹,表层被破坏,软骨产生退变;改良Mankin评分结果显示,SC组显著高于NC组(P<0.001)。2.WBV干预的影响:(1)组织学观察及改良Mankin评分结果显示:SC组较NC组软骨表层剥脱,软骨层明显变薄,其余各振动组软骨退变有不同程度的减轻,较低频率组更为明显;各组均显著高于NC组(P<0.001),HV2、MV、LV组显著低于SC、HV1组(P<0.001),MV、LV组显著低于HV2组(P<0.001),LV组显著低于MV组(P=0.006)。(2)RT-qPCR结果显示:①IL-1β的mRNA表达:SC、HV1、HV2、MV组显著高于NC组(P<0.001),LV组也显著高于NC组(P=0.015);HV1、HV2、MV、LV组显著低于SC组(P<0.001);HV2、MV、LV组显著低于HV1组(P<0.001);LV组显著低于 HV2 组(P<0.001)、MV 组(P=0.008)。②HIF-2α 的 mRNA 表达:SC、HVi、HV2、MV 组显著高于 NC 组(P<0.001);HV1、HV2、MV、LV组显著低于SC组(P<0.001);MV、LV组显著低于HV1组(P<0.001);LV组显著低于HV2、MV组(P<0.001)。③MMP-13 的 mRNA 表达:SC、HV1、HV2、MV组显著高于NC组(P<0.001);HV1、HV2、MV、LV 组显著低于 SC 组(P<0.001);HV2、MV、LV 组显著低于HV1组(P<0.001);MV、LV组显著低于HV2组(P<0.001);LV组显著低于MV组(P=0.023)。④COL2A1的mRNA表达:SC、HV1、HV2、MV、LV组显著低于NC组(P<0.001);HV2显著高于SC组(P=0.012),MV、LV组显著高于SC、HV1组(P<0.001);MV组显著高于HV2组(P=0.016),LV组显著高于HV2、MV 组(P<0.001)。(3)Western Blot 结果显示:①IL-1β:SC、HV1、HV2、MV 组显著高于 NC 组(P<0.001);HV1、HV2、MV、LV组显著低于SC组(P<0.001);HV2、MV、LV组显著低于HV1组(P<0.001);LV组显著低于HV2、MV组(P<0.001)。②HIF-2α:SC、HV1、HV2、MV 组显著高于 NC 组(P<0.001),LV 组显著高于NC组(P=0.018);HV1、HV2、MV、LV组显著低于SC组(P<0.001);HV2、MV、LV组显著低于HV1组(P<0.001);MV组显著低于HV2组(P=0.011);LV 组显著低于 HV2、MV 组(P<0.001)。③MMP-13:SC、HV1、HV2、MV 组显著高于 NC 组(P<0.001),LV 组显著高于NC组(P=0.046);HV1、HV2、MV、LV组显著低于SC组(P<0.001);HV2、MV、LV组显著低于HV1组(P<0.001);LV组显著低于HV2、MV组(P<0.001)。④COL2A1:SC、HV1、HV2、MV、LV 组显著低于 NC 组(P<0.001);HV1、HV2、MV、LV组显著高于SC组(P<0.001);HV2、MV、LV 组显著高于HV1组(P<0.001);MV组显著高于HV2组(P=0.002);LV组显著高于HV2、MV组(P<0.001)。研究结论:(1)不同频率的WBV对早期KOA关节软骨及HIF-2α相关因子的表达具有不同效应;(2)较低频率的WBV可降低关节软骨中炎症因子IL-1 β、缺氧诱导因子HIF-2α、分解代谢因子MMP-13的表达,增加合成代谢因子COL2A1的表达,提示:低频具有可以明显改善关节软骨退变的有益作用;(3)HIF-2α可能是WBV对早期KOA的干预效应靶点。