二甲双胍干预骨关节炎模型小鼠早期骨关节炎软骨及软骨下骨变化

摘要

背景:有研究表明,二甲双胍具有抗炎的作用,能够有效抑制白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α等炎症因子的表达,可通过激活AMPK信号通路影响骨骼的代谢,但其对关节软骨及软骨下骨的作用尚未明确。目的:探讨二甲双胍对小鼠早期骨关节炎关节软骨的损伤及软骨下骨病理改变的影响。方法:SPF级雄性C57小鼠,出生3 d内乳鼠(用于原代软骨细胞培养)均由南方医科大学实验动物中心提供,实验方案经南方医科大学第三附属医院动物实验伦理委员会批准。①造模实验:将8周龄C57雄性小鼠随机分成模型对照组和造模+二甲双胍组,均建立创伤性骨关节炎模型;造模+二甲双胍组小鼠造模后用二甲双胍200 mg/(kg·d)灌胃给药;模型对照组灌胃等量生理盐水。用药后5周小鼠麻醉后取膝关节标本,番红O快速绿染色、OARSI评分评估小鼠关节软骨的损伤情况及软骨下骨硬化程度;免疫组织化学染色检测基质金属蛋白酶13、Ⅱ型胶原、RUNX2、骨钙素蛋白的表达。②细胞实验:取出生3 d内乳鼠原代软骨细胞培养,先用10μg/L白细胞介素1β诱导,再用二甲双胍(5,10 mmol/L)共培养,Western Blot检测原代软骨细胞Ⅱ型胶原、RUNX2、骨钙素蛋白的表达。结果与结论:①番红O快速绿染色及OARSI评分显示:模型对照组的关节软骨损伤、软骨下骨的硬化程度与造模+二甲双胍组相比更加严重;②免疫组化的结果显示:模型对照组基质金属蛋白酶13蛋白表达显著高于造模+二甲双胍组;造模+二甲双胍组Ⅱ型胶原的表达呈上升趋势,成骨蛋白RUNX2、骨钙素表达呈下降趋势(P <0.05);③原代软骨细胞培养结果:单纯白细胞介素1β刺激下,软骨细胞基质金属蛋白酶13及RUNX2的表达明显增加,Ⅱ型胶原的表达则明显下降;加入二甲双胍后,随着其浓度的增加,基质金属蛋白酶13及RUNX2的表达呈浓度依赖性的下降,而Ⅱ型胶原的表达随二甲双胍表达呈浓度依赖性增加;④结果提示,二甲双胍能够缓解早期骨关节炎软骨及软骨基质的降解,同时能够抑制软骨下骨的硬化和重塑,从而发挥缓解早期骨关节炎进展的作用。