骨关节炎（osteoarthritis,OA）是一种以老年人为主的退行性关节疾病,临床上现已有多种可进行关节腔注射的治疗药物,如市售的透明质酸（hyaluronic acid,HA）注射液等。但是,由于人体内存在可以降解HA的透明质酸酶,使得HA在关节腔内容易发生降解从而需要反复注射,给患者带来痛苦,并造成感染的风险。黄原胶（xanthan gum,XG）是一种采用野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestris,X58）发酵制备而成的一种微生物胞外杂多糖,因其良好的生物相容性和在低浓度下的高黏度和高假塑性,已广泛应用于医疗和制药领域。课题组前期研究发现,关节腔内（intra-articular,IA）注射低分子量黄原胶（low molecular weightxanthan gum,LWXG）可抑制各种OA动物模型的发病进程,5周给药2次LWXG与5周给药5次HA效果相似。有必要减少LWXG的给药次数,研究其更加长效的治疗作用。因此,本实验延长给药时间间隔至7周,对LWXG单次给药7周后的药效学进行评价,并通过血清代谢组学和关节软骨转录组学研究关节腔内注射LWXG后主要影响的代谢通路和作用靶点,探究LWXG治疗OA的作用机制。本实验围绕上述内容进行研究,取得的主要研究成果如下:1.黄原胶原料药的制备本课题首先对实验室保存的野油菜黄单胞菌菌种进行活化,通过发酵,分离,降解,纯化等步骤后,无水乙醇沉淀得到XG精品。经多角度激光光散射仪测定,制得分子量为8.446×105Da的注射级低分子量黄原胶原料药,可用于本实验后续研究。2.低分子量黄原胶药效学研究本实验采用H2O2刺激ATDC5细胞诱导OA损伤模型,加入LWXG处理后通过CCK8、Western blot、荧光染色和超分辨显微成像技术研究其对OA模型的作用。结果表明,LWXG可以抑制H2O2刺激引起的细胞活力降低,促进OA细胞模型中Aggrecan和COL2Al蛋白表达。同时,LWXG可以降低H2O2诱导的细胞内ROS水平升高,具有抗氧化和保护细胞中线粒体免受损伤的作用,从而抑制细胞炎症产生和细胞凋亡。通过切除大鼠左膝内侧半月板的方法建立OA动物模型,选择市售的HA为阳性对照,通过大体宏观评价、组织病理学染色评分、膝关节差值测量、后足支撑力检测和Micro-CT扫描关节图像等药效学评价指标对LWXG单次注射后7周药效学进行评价。结果显示,大鼠关节腔内注射LWXG与HA后与NS组相比,关节软骨病变都有不同程度改善。单次给药7周后,LWXG仍具有治疗效果,可进一步延长给药时间间隔进行药效学研究。3.大鼠血清代谢组学与关节软骨转录组学研究本实验利用LC-MS非靶向代谢组学技术,对Sham组、NS组和LWXG组大鼠血清中的差异代谢物进行了鉴定与分析。结果表明,谷胱甘肽代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢这3条代谢通路在LWXG注射后发生显著变化。通过转录组测序技术,提取Sham组、NS组和LWXG组大鼠关节软骨样本中总RNA进行测序。将获得的差异表达基因进行分析,筛选出LncRNA MSTRG.118244.38顺式靶向预测出的TRPS1基因作为LWXG治疗OA的候选致病基因。接下来将对LncRNA MSTRG.118244.38及TRPS1基因在OA发病过程中的作用机制进行探讨,为筛选LWXG发挥药物治疗作用的靶点提供帮助。