膝骨关节炎（OA）是全球最常见的关节疾病，但它的确切致病机制仍不清楚。最近的一项荟萃分析显示，低维生素D水平与膝关节间隙变窄和膝OA进展之间存在显著的相关性，但活性维生素D缺乏在膝OA发生发展中的机制尚不清楚。为了研究活性维生素D缺失在膝骨关节炎发生发展中的作用及机制，我们开展了如下三方面的研究。　　为了明确活性维生素D缺失在膝骨关节炎发生发展中的作用，2月龄高钙磷饮食野生型(WT)和1α(OH)ase-/-小鼠施行 Sham或膝前交叉韧带离断术(ACLT)，利用影像学、病理组织学和分子生物学等方法比较分析了6月龄各组小鼠膝关节的表型差异。结果显示：高钙磷饮食补充能纠正活性维生素D缺失引起的低钙低磷血症和继发性甲旁亢；活性维生素D缺失和ACLT均能引起膝关节软骨丢失，软骨基质糖胺聚糖含量降低，Ⅱ型胶原基因和蛋白表达水平降低，X型胶原基因和蛋白表达水平升高，OARSI评分显著增加，表现为膝骨关节炎的表型，而活性维生素 D缺失能够进一步加重 ACLT引起的膝骨关节炎的表型；活性维生素 D缺失和 ACLT均会诱发关节炎性骨赘形成，而活性维生素 D缺失能够加速膝骨关节炎性骨赘的形成。活性维生素 D缺失和 ACLT均能引起软骨细胞衰老和衰老相关表型(SASP)增加，而活性维生素D缺失能够进一步加重ACLT引起的软骨细胞衰老和SASP增加;活性维生素D能够通过VDR介导促进软骨细胞基质蛋白的合成和抑制软骨细胞基质蛋白的降解。这些结果说明，活性维生素D缺失能够通过加速软骨细胞衰老和SASP，抑制软骨基质蛋白的合成，促进软骨基质蛋白的降解，加速膝关节软骨丢失和骨赘形成，进而促进膝骨关节炎的发生和发展。　　为了明确外源性活性维生素D或抗氧化剂NAC补充是否能够预防活性维生素D缺失引起的膝骨关节炎的发生，断奶后WT小鼠给予高钙磷饮食，1α(OH)ase-/-小鼠给予高钙磷饮食或皮下注射1,25(OH)2D3补充(1μg/kg),每周三次,或联合高钙磷饮食和饮水补充抗氧化剂 NAC(1mg/L)至6月龄，利用影像学、病理组织学和分子生物学等方法比较分析了6月龄各组小鼠膝关节的表型差异。结果显示：活性维生素D或NAC补充均能矫正活性维生素 D缺失引起的膝关节软骨丢失，软骨基质糖胺聚糖含量降低，Ⅱ型胶原基因和蛋白表达水平降低，X型胶原基因和蛋白表达水平升高，OARSI评分显著增加，骨赘形成增加，软骨细胞衰老和 SASP增加。这些结果说明活性维生素 D能够通过抑制氧化应激、软骨细胞衰老和SASP，促进软骨基质蛋白的合成，抑制软骨基质蛋白的降解，防止关节软骨丢失和骨赘形成，发挥预防活性维生素 D缺失引起的膝骨关节炎发生。　　为了明确MSC过表达Sirt1是否能够预防活性维生素D缺失引起的膝骨关节炎的发生，我们首先检测了内源性活性维生素 D缺失和外源性活性维生素D补充对Sirt1蛋白表达水平的影响，使用染色体免疫共沉淀的方法验证了维生素D受体是否能够与Sirt1启动子区域结合。我们还通过建立间充质干细胞(MSC)过表达 Sirt1转基因的1α(OH)ase-/-小鼠(1α(OH)ase-/-Sirt1Tg)模型，利用影像学、病理组织学和分子生物学等方法比较分析了它们与1α(OH)ase-/-、Sirt1Tg和WT小鼠膝关节的表型差异。结果发现：活性维生素D能够通过VDR介导转录上调Sirt1表达；MSC过表达Sirt1能矫正活性维生素D缺失引起的膝关节软骨丢失，软骨基质糖胺聚糖含量降低，Ⅱ型胶原基因和蛋白表达水平降低，X型胶原基因和蛋白表达水平升高，OARSI评分显著增加，骨赘形成增加，软骨细胞衰老和SASP增加,衰老相关基因p16、p19、p21、p53表达水平上调，抗氧化相关转录因子Nrf2蛋白表达水平下调，衰老相关乙酰化p53,及炎症相关乙酰化p65蛋白表达水平上调。这些结果说明，MSC过表达Sirt1能够通过抑制p53和p65乙酰化，灭活p16和p19-p53-p21信号通路，抑制软骨细胞衰老和SASP，促进软骨基质蛋白的合成，抑制软骨基质蛋白的降解，防止关节软骨丢失和骨赘形成，从而发挥预防活性维生素D缺失引起的膝骨关节炎发生的作用。　　本研究不仅揭示了活性维生素D缺失在诱发膝OA中的作用机制，而且为活性维生素D、抗氧化剂和Sirt1激动剂用于临床防治膝OA提供了理论和实验依据。