创伤性骨关节炎是关节外伤后的常见并发症。关节创伤涉及到关节软骨,软骨下骨,韧带,半月板以及关节周围软组织等部位损伤。据文献报道,约20%的膝关节创伤病例在10～20年之后进展成为骨关节炎(osteoarthritis).在软骨损伤后极早期,各种前炎症因子(Pro-inflammatory cytokine)口白细胞介素-1(interleukin-1β, IL-1β)、肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor-α, TNFα)或脂多糖(LPS)等刺激软骨细胞通过一系列的免疫级联反应激活下游各种分解代谢基因,包括基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase, MMPs)和蛋白聚糖酶(Aggrecanase)的表达。在人体软骨组织中,MMPs和Aggrecanase的异常表达会降解破坏软骨基质,由此损伤软骨基质的完整性、降低基质的水合含量等,导致软骨组织的损伤老化,引起疼痛,活动障碍甚至关节畸形等症状,严重影响患者的生活质量。但目前临床上对于骨关节炎的治疗多关注于关节炎晚期止痛或手术治疗；而对于创伤后软骨损伤的极早期则很少进行干预,从而失去了预防与治疗法的最佳时机。各种前炎因子及其下游反应基因的快速激活表达,在创伤性软骨损伤的机制中发挥重要的作用。最新的基因转录研究显示,在各种快速反应基因表达过程中,转录聚合酶Ⅱ(polymerase Ⅱ, PolⅡ)在基因转录起始之前便已经结合到基因启动子上,并且启动了基因的转录,这为各种应激表达基因的快速反应打下了基础。随后基因转录在延长阶段以前会有一个暂停,需要正向转录因子b(Positive transcription elongation factor b, p-TEFb)的刺激才能继续基因转录的延长阶段。细胞周期依赖性激酶-9(cyclic dependent kinase-9, CDK-9)是p-TEFb的主要组成部分,在外界炎症信号的刺激下使p-TEFb与PolⅡ结合,开始基因转录延长。因此CDK9协助p-TEFb与PolⅡ结合的过程是基因转录延长阶段的限速步骤。研究显示使用Flavopiridol对P-TEFb的主要组成部分CDK-9的抑制能有效的降低基因转录的效率,达到抑制基因表达的作用。本研究的兴趣在于在软骨损伤后极早期使用药物抑制CDK9的活性,在细胞培养,组织块培养和动物在体实验3个层次观察(1),抑制CDK9的活性是否能抑制各种炎症因子及其下游效应基因的表达；(2),抑制CDK9的活性是否能对软骨细胞或软骨组织块起到保护作用；(3),抑制CDK9的活性是否能延缓创伤后骨关节炎的发生和发展。目的在软骨损伤后的极早期对炎症反应进行干预,探索治疗或者延缓创伤性骨关节炎发生发展的新策略。方法1.获取人膝关节软骨细胞进行体外培养,给予不同的炎症刺激(IL-1β,TNFa与LPS),伴随或不伴随CDK9抑制剂处理。收集细胞进行基因表达,蛋白合成和软骨细胞活性检测；2.获取牛新鲜后腿膝关节整体标本,从中分离软骨组织块,对其进行控制下机械压应力损伤造模。造模成功后分组行组织块培养,伴随或不伴随CDK9抑制剂处理,收集标本行基因表达,蛋白合成,软骨细胞活性和组织块生物力学性质检测；3.对C57BL/6小鼠行右下肢前交叉韧带损伤造模,造模成功后按实验预设给予腹腔内CDK9抑制剂注射。获取膝关节标本行基因表达,蛋白活性,骨量以及组织学等检测。结果1.CDK9活性抑制在软骨细胞培养体系中的作用1.1抑制CDK9活性可以抑制外界炎症因子对软骨细胞的刺激作用基因表达检测结果显示,用IL-1β, TNFa或者LPS对软骨细胞培养进行刺激,可以显著地提高首要反应基因iNOS的表达；同时也激发了炎症下游效应基因,如MMPs, ADAMTSs的表达。使用药物抑制CDK9的活性5小时,可以完全抑制炎症刺激后极早期iNOS与炎症下游效应基因的表达。蛋白印记检测结果显示抑制CDK9的活性可以减少MMP13蛋白的合成。1.2抑制CDK9活性对健康软骨细胞无损伤作用抑制软骨细胞CDK9活性5小时以后,软骨细胞的存活率与对照组相比差异没有统计学意义；软骨基质组成成分(Aggrecan, Col2al)与对照组相比差异没有统计学意义。2.抑制CDK9的活性保护软骨组织块避免机械性压应力后炎症反应的损伤2.1抑制CDK9活性可以减少软骨组织块机械损伤后的炎症反应对软骨组织块施加瞬间30%应力的机械损伤,可以显著增加前炎症因子如IL-1β和TNFa的表达,同时也显著增加软骨基质分解酶如MMPs和ADAMTSs的表达。使用药物抑制CDK9活性5小时,可以显著抑制机械损伤后软骨块中前炎症因子与软骨基质分解酶的表达。2.2抑制CDK9活性可以减少机械损伤后软骨细胞的死亡30%应力的机械损伤,可以显著增加软骨细胞的死亡,差异与对照组相比有显著的统计学意义。使用药物抑制CDK9活性,可以显著减少损伤后软骨细胞的死亡数,软骨细胞存活率与对照组差异没有统计学意义。2.3抑制CDK9活性可以在机械损伤后减少软骨块基质的分解机械损伤可以显著增加软骨组织块中GAG的分解；机械应力破坏了软骨基质,降低了软骨组织块的硬度,改变了软骨块的力学特性。抑制CDK9的活性,可以减少损伤后软骨组织块中GAG的分解,保持软骨基质完整,并且保存软骨组织块的生物力学性质。3.体内抑制CDK9的活性可以减轻小鼠膝关节损伤后早期局部的炎症反应,延缓小鼠模型骨关节炎的发生3.1抑制CDK9活性减少小鼠膝关节损伤局部早期前炎症因子及其下游效应基因的表达小鼠膝关节损伤后极早期,即2个小时后伤侧膝关节局部前炎症因子如IL-1β,IL-6的表达显著增加,4个小时时出现表达量最高值；各种下游基因如MMPs, ADAMTSs等均出现表达量增加。使用CDK9抑制剂腹腔注射后,伤后局部前炎症因子与下游效应基因的表达均被显著抑制,未见明显表达上抬和高峰。直到伤后7天,目的基因的表达均没有提高。3.2抑制CDK9活性能够减少膝关节损伤后软骨下骨量丢失对小鼠伤侧膝关节行Micro-CT扫描结果显示,伤后早期即有大量的软骨下骨量丢失,在伤后第七天出现骨量最低值；而后骨量有所恢复,约2周后达到与伤前相当的水平。腹腔注射CDK9抑制剂可以明显减少伤侧膝关节的软骨下骨量丢失。在伤后第三天能够保持损伤组与对照组的骨量相当；且直到伤后第7天均没有出现骨量明显丢失。3.3抑制CDK9活性减少局部炎性组织的侵润小鼠膝关节标本石蜡切片组织学染色结果显示,伤后第三天局部即有明显的巨核细胞侵润,软组织纤维化以及血管翳形成；直到伤后第七天,组织学变化呈恶化进展。腹腔注射CDK9抑制剂明显遏制巨核细胞,软组织纤维化和血管翳的形成。结论1.在体外细胞培养中,抑制软骨细胞CDK9可以显著减弱IL-1β,TNFα与LPS等多条炎症信号通路的传导,并降低下游各种基质分解基因的表达。且软骨细胞CDK9活性的抑制不具细胞毒性并不会影响软骨细胞的存活率和合成代谢能力；2.在体外软骨组织块培养中,抑制CDK9能遏制软骨组织块机械损伤后的炎症反应；减轻软骨细胞的凋亡,提高细胞的存活率；减少软骨基质的分解；从而维持了软骨组织块的力学特性。且抑制CDK9同样没有明显的软骨细胞毒性；3.在小鼠骨关节炎的模型中抑制CDK9能遏制损伤关节局部前炎症因子IL-1β,IL-6与TNFα及其下游效应基因MMPs,ADAMTS的表达,保存软骨下骨量,减少局部炎症组织的浸润。在伤后早期能有效地延缓和减轻创伤性骨关节炎的发生与发展。