骨关节炎(osteoarthritis,O,A)是一种以关节软骨的变性、破坏、骨赘形成及关节间隙变窄为特征的慢性关节疾病,膝关节是最常见受累外周关节。OA是影响中老年人最常见的关节病,也是致成人残疾和活动受限的主要病因。骨性关节炎的病理特征是关节软骨发生原发性或继发性改变和由此导致的关节软骨变性、软化以至逐渐消失。所以,关节软骨病变是骨性关节炎病理演变的出发点。OA的发病机制目前尚未完全阐明。目前,临床普遍认同的观点是骨关节炎软骨发生退行性病变,最常见的为降解性的退行性变,即软骨细胞丧失合成胶原蛋白的能力,导致软骨结构破坏,软骨细胞坏死,功能逐渐丧失。而另一观点认为,骨性关节炎发病并非完全退行性改变,而是病变部位既有增生修复又有退行性改变,增生性修复贯穿病程始终。认为骨性关节炎软骨细胞在受到损伤之后,修复紊乱改变较退行性变更能说明骨性关节炎的发病机制。具体表现为:(1)软骨细胞受损后局部软骨中存在细胞分裂、增殖表现。但是增殖细胞表型发生异常改变,既可以向肥大软骨细胞分化造成软骨钙化,也可以向纤维样细胞分化,生成纤维化软骨。(2)由于异常表型软骨细胞不能正常分泌软骨基质,所以不能完全修复成熟软骨细胞受损所形成的缺损及其形态结构,使软骨表层的纤维母细胞在缺损内增殖表现为不完全性修复。(3)骨性关节炎软骨细胞受损后,基质金属蛋白酶等降解酶类调节紊乱,使胞外基质降解加快,软骨正常结构和功能逐渐丧失,软骨磨损变薄乃至剥脱,骨性关节炎发生。综上,软骨细胞的正常表型表达,是软骨基质保持稳定的基础,软骨细胞功能的异常是骨性关节炎变化的开始和关键。本研究利用家兔骨关节炎模型分离获得骨关节炎软骨细胞,对骨关节炎软骨细胞和正常软骨细胞的细胞周期、增殖、凋亡、表型和胞外基质分泌行了对比实验。结果发现:(1)单层培养骨关节炎软骨细胞G2/M期细胞比例增加,增殖速率加快,提示骨关节炎软骨细胞的确存在明显的分裂增殖;(2)胞外基质中正常的Ⅱ型胶原减少而Ⅰ型胶原增加,提示软骨细胞向纤维样细胞分化;而X型胶原mRNA表达量的增加,提示出现软骨细胞向肥大软骨细胞分化,软骨细胞出现了异常表型表达;(3)基质金属蛋白酶家族中的MMP-1、MMP-3、MMP-13表达均增加,蛋白酶抑制剂TIMP-1表达增加幅度小,基质金属蛋白酶及其抑制剂比例失衡,提示软骨分解代谢增强;(4)早期凋亡细胞比例上升,提示在损伤因素的刺激下,骨关节炎软骨细胞开始走向早期凋亡。由以上变化可知,骨关节炎软骨细胞有明显的分裂增殖,但增殖细胞表型异常,增殖的结果形成纤维化软骨和钙化软骨;而分解酶类活动增强和炎性因子的调控,使得关节软骨基质降解加强,最终导致软骨组织破坏,骨关节炎的发生。在上述研究基础上,本课题组在骨关节炎软骨细胞中加入不同浓度的鹿茸多肽进行干预,结果发现:(1)骨关节炎软骨细胞周期、增殖均无明显改变,提示鹿茸多肽对骨关节炎软骨细胞的增殖无明显调控:(2)Ⅰ、Ⅹ型胶原mRNA表达减少,Ⅱ型胶原表达增加,提示鹿茸多肽能够调控软骨细胞的表型,抑制软骨细胞向肥大细胞或纤维样细胞分化,从而抑制纤维化软骨和钙化软骨的生成;(3)基质金属蛋白酶MMP-1和MMP-13表达降低,MMP-3和TIMP-1表达无明显改变。提示鹿茸多肽能够在一定程度上纠正软骨细胞降解酶类的过度表达,抑制胞外基质的过度降解;(4)早期凋亡细胞比例降低,提示鹿茸多肽抑制软骨细胞凋亡,对早期损伤的软骨细胞有一定保护作用。以上结果提示,鹿茸多肽对骨关节炎软骨细胞的增殖无显著影响,但有助于维持软骨细胞的正常表型,同时抑制胞外基质的过度降解,减少细胞凋亡,因此对软骨有保护作用。最后,本课题组从抗氧化损伤方面对鹿茸多肽的保护作用机制进行了初步探讨。结果发现,鹿茸多肽能够抑制骨关节炎软骨细胞中活性氧(ROS)的升高;降低骨关节炎软骨细胞培养上清中NO含量,并提高SOD、GSH-Px的活性;降低软骨细胞培养上清中TNF-α、IL-1β水平;抑制NF-κB的活化入核。以上结果提示,鹿茸多肽对软骨细胞的保护作用可能是通过其抗氧化来实现。鹿茸多肽的抗氧化作用可能是通过NF-κB信号传导途径实现的。本项研究探讨了骨性关节炎的发病机制,证明骨关节炎早期有明显的软骨细胞代偿性增生修复过程,而不是简单的软骨退行性变。同时也证明,骨性关节炎代偿增殖的软骨细胞出现异常表型,导致软骨细胞异常分化,生成钙化软骨和纤维化软骨等异常结构,最终软骨正常结构破坏,关节功能丧失。鹿茸多肽对骨关节炎软骨细胞有一定的保护作用,可能与其抗氧化作用有关。