目的:(1)通过正常人和早期骨关节炎病人的血清标记物与MRI中的骨髓水肿,探讨其可能的临床意义;分析骨性关节炎患者胫骨平台关节软骨完整处及软骨部分缺损位置处TGF-β1的表达,研究TGF-β1在骨性关节炎中可能的作用。(2)通过建立比格犬骨关节炎模型,阐述血清生物标志物及MRI早期诊断价值,探讨TGF-β1在OA中的作用机制。(3)通过建立比格犬骨关节炎模型,局部软骨下骨注射常山酮,探讨常山酮对OA生物和影像学的影响及其机制。方法:(1)通过正常人和早期骨关节炎病人的血清中II型胶原和Ⅹ型胶原的代谢产物即血清IIA型前胶原氨基端肽(PIIANP)和Ⅹ型胶原α1链(COL10A1)的对比,联合早期骨性关节炎病人的疼痛症状与MRI中的骨髓水肿BML的关系,验证OA早期的血清及影像学变化;通过大体观察膝关节置换术病人胫骨平台关节软骨完整及关节软骨部分磨损两处标本,使用番红固绿染色,OARSI-Modified Manking评分及免疫组化检测MMP-13、TGF-β1在关节软骨中的表达量,结合micro-CT对比两处标本中软骨下骨的微观结构,验证两处标本中关节软骨的状况。(2)通过建立成年比格犬前十字韧带横切(ACLT)+内侧半月板切除的动物模型,建立骨关节炎模型以及Sham对照组,术后4周、8周、12周和16周的纵向研究以测量血清CTX-II和COL10A1两种血清标志物的水平以及变化,通过MRI软件对胫骨平台软骨体积进行定量评估,测量两组间随着时间的推移关节软骨体积的变化。术后16周比格犬处死后,利用Micro-CT扫描从微观层面研究软骨以及软骨下骨的结构,以及观察OA模型软骨以及软骨下骨微结构的变化;在Micro-CT检查的基础上,结合软骨番红固绿染色,OARSI-Modified Manking评分评估软骨破坏程度,通过免疫组化观察转化生长因子β1在两组标本的关节软骨以及软骨下骨中的表达量是否不同。(3)通过建立成年比格犬前十字韧带横切(ACLT)+内侧半月板切除的动物模型,建立骨关节炎模型组、Sham对照组以及常山酮治疗组,术后4周、8周、12周和16周的纵向研究以测量血清CTX-II和COL10A1两种血清标志物的水平以及变化,通过MRI软件对胫骨平台软骨体积进行定量评估,测量治疗组与另外两组间随着时间的推移关节软骨体积的变化。术后16周比格犬处死后,利用Micro-CT扫描从微观层面研究软骨以及软骨下骨的结构,以及观察OA模型软骨以及软骨下骨微结构的变化;在Micro-CT检查的基础上,结合软骨番红固绿染色,OARSI-Modified Manking评分以及苏木素-伊红染色评估关节软骨破坏程度,通过免疫组化观察转化生长因子β1在两组标本的关节软骨以及软骨下骨中的表达量是否不同。结果:(1)膝OA组患者血清COL10A1浓度水平(1.30±0.65)ng/ml高于对照组(0.46±0.15)ng/ml,且差异具有显著性统计学意义(P<0.01);膝OA组患者血清PIIANP浓度水平(13.22±4.74)ng/ml低于对照组(23.88±4.68)ng/ml,且差异具有显著性统计学意义(P<0.01)。对照组血清COL10A1水平低于膝OA各亚组,且差异具有统计学意义(P<0.05);对照组血清PIIANP浓度水平高于于膝OA各亚组,且差异具有统计学意义(P<0.01)。无疼痛组与疼痛组之间的骨髓水肿程度有差异,疼痛分级越高,骨髓水肿更严重(p<0.01),三个不同级别疼痛组的骨髓水肿分级情况间的两两样本比较提示:无疼痛组和轻度疼痛组及中重度疼痛组相比较,差异具有显著的统计学意义(p<0.01)。番红固绿染色及OARSI-Modified Manking评分提示胫骨平台软骨不完整标本的软骨破坏程度较完整标本更重(p<0.01)。免疫组化显示,MMP-13,TGF-β1及p-Smad2/3在关节软骨部分磨损标本的关节软骨及软骨下骨中表达量更高。Micro-CT显示,软骨部分磨损标本的软骨下骨骨体积分数,软骨下骨板厚度更高,骨小梁模式因子更低(p<0.01)。(2)比格犬的OA造模中,血清标记物显示,COL10A1水平在8周达到峰值,之后水平降低,但仍显著高于对照组。OA组与对照组在8周与12周时差异有显著性(均P<0.05)。CTX-Ⅱ的最高水平是在12周,之后降低,但仍显著高于对照组(P<0.05)。OA组和对照组在三个时间点之间观察到显著差异,除手术后4周(P=0.335,<0.01,<0.01和<0.01)外。通过定量MRI检查,术后8周与对照组比较,胫骨平台软骨体积明显减小,术后16周胫骨平台的软骨体积显着减少。OA组与对照组在8周和16周时差异有统计学意义(所有P值<0.01)。除基线值和4周值外,OA组与对照组在不同时间间隔内的差异有统计学意义(分别为P=0.659,0.436;<0.01和<0.01)。比较比格犬的术后评分,术后4周、8周、12周及16周,OA组比sham组的Lameness评分高,差异有统计学意义(P<0.01)。番红固绿染色及OARSI-Modified Manking评分提示,相较于sham组的标本,模型组的标本中软骨破坏程度更加严重,两组间差异有统计学意义(p<0.01)。免疫组化显示,MMP-13,TGF-β1在OA模型组的关节软骨、软骨下骨中表达量更高。MicroCT显示,OA模型组的软骨下骨骨体积分数增加,骨小梁分离度降低,骨小梁模式因子更低(p<0.01)。(3)比格犬的常山酮干预试验中,OA组COL10A1水平在8周与12周显著高于治疗组和sham组,差异具有统计学意义(P<0.01);治疗组与sham组在8周与12周时无显著性差异(P>0.05)。CTX-Ⅱ的水平除手术后4周(P=0.295,<0.01,<0.01和<0.01)以外,OA组和sham组、治疗组在三个时间点之间观察到显著差异,OA组高于治疗组和sham组差异具有统计学意义(P<0.01)。sham组与治疗组之间无显著性差异(P>0.05),说明常山酮延缓、阻止了OA早期关节软骨细胞的增生肥大。通过定量MRI检查,治疗组和sham组中未发现有明确的骨髓水肿表现,在OA组中发现3例骨髓水肿。OA组术后12周、16周胫骨平台的软骨体积显着减少,OA组与治疗组、sham组在12周和16周时差异有统计学意义(所有P值<0.01);治疗组与sham组在12周和16周时无明显统计学差异,说明常山酮起到了保护关节软骨的作用。通过番红固绿染色及OARSI-Modified Manking评分发现,相较于治疗组和sham组的标本,OA模型组的标本中OARSI-Modified Manking评分更高,表明软骨破坏程度更加严重,与其它两组间差异有统计学意义(p<0.01),治疗组与sham组之间没有统计学差异(p>0.05)。免疫组化显示,与治疗组和sham组的标本相比,OA模型组的标本中,MMP-13、转化生长因子β1的表达量更多,差异有统计学意义(p<0.01),治疗组与sham组之间未发现差异。这也证明了转化生长因子β1在骨关节的早期的表达的异常增高与骨关节发生可能的关系,局部软骨下骨注射常山酮后关节软骨是受到保护的。通过Micro-CT检查,与另外两组的标本相比,OA组的标本中,其软骨下骨的骨体积分数(BV/TV)有所增加,软骨下骨骨小梁分离度(Sp.Tb)降低,骨小梁模式因子(Tb.Pf)有所减小,OA组与其它两组间差异具有统计学意义(p<0.01),在治疗组和sham组之间上述检测指标未发现明显的统计学差异(p>0.05)。说明局部软骨下骨注射常山酮后起到了保护关节软骨下骨的作用。结论:(1)联合检测COL10A1和PIIANP表达水平结合影像学K-L分级系统,能够对早期OA的诊断及病情预后做出预测;膝关节骨性关节炎疼痛与MRI骨髓水肿影像学改变相关,且呈中等程度相关,疼痛程度级别越高,骨髓水肿的级别也越高。在与关节软骨完整的标本对比中,关节软骨发生退变、磨损时,其软骨下骨骨异常重塑,微观结构发生改变,同时,软骨下骨中TGF-β1活性也有所增加,有成为治疗骨性关节炎的一个靶点的可能。(2)在比格犬的OA组和对照组中,检测血清标志物变化联合定量MRI评估胫骨平台软骨体积用于监测OA的进展,证明采用切断膝关节前交叉韧带可以成功建立比格犬的关节炎模型。在OA模型组的标本中,关节软骨中转化生长因子β1表达量更多,软骨下骨微观结构的改变,导致了骨关节炎的发生。(3)比格犬OA组的血清学的生物标记物COL10A1以及CTX-II水平较常山酮治疗组有明显的增高变化,通过核磁共振的定量的软骨测定也发现关节软骨量的丢失,通过局部注射给药的方式,常山酮可以有效保护关节软骨,抑制软骨退变的发生;通过局部软骨下骨注射给予常山酮治疗时,关节软骨及软骨下骨中异常升高的转化生长因子β1活性得到抑制,延缓了关节炎的进展;可以纠正骨吸收及骨形成偶联,抑制了软骨下骨中异常活跃的骨吸收,从而维持了软骨下骨微观结构的稳定,对关节软骨起到保护作用。