基质金属蛋白酶家族在骨关节炎软骨组织中表达的研究

基质金属蛋白酶家族在骨关节炎软骨组

织中表达的研究

（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）

作者：王玉彬，陈安民，郭风劲，夏玉军

【摘要】目的］观察骨关节炎关节软骨中MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的表达，探讨其与软骨退变的关系及可能的作用机制。［方法］选取20例因骨关节炎行关节置换的软骨组织，常规HE染色观察其组织学形态，ABC免疫组化法观察关节软骨MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的表达，2例因意外受伤截肢患者的正常膝关节软骨标本作为对照。统计采用Mann Whitney U非参数检验及相关分析。［结果］骨关节炎关节软骨出现裂隙、纤维化，软骨细胞增多、排列紊乱，并出现大量簇聚软骨细胞和肥大软骨细胞。MMP7和MMP13在正常软骨全层均呈低表达，但在退变软骨中的表达则明显增多，光密度值行U检验，两组差异有显著性(P＜0.01)。在正常与OA软骨的浅层，MMP9和TIMP1的表达无显著性差异(P＞0.05)；但在深层软骨中，OA软骨MMP9和TIMP1的表达较正常软骨明显增多，两组差异有显著性(P＜0.01)。［结论］MMP7，13在OA软骨

全层表达均多于正常软骨；MMP9，13仅在OA软骨深层出现过多表达。MMPs与TIMPs的失衡是导致关节软骨发生组织学退变的原因之一。

【关键词】 MMP7； MMP9； MMP13； TIMP1；骨关节炎

本研究通过观察MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1在骨关节炎(osteoarthritis，OA)和正常软骨中的表达及改变，探讨基质金属蛋白酶及其抑制剂在OA发病中的作用，为OA病因研究提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 临床资料

OA患者共计20例，年龄在46～72岁，其中男性9例，女性11例。OA病人均符合Altman等〔1〕的OA诊断标准。分别行人工膝关节置换术及全膑切除术，术中留取关节软骨。对照组为因意外受伤截肢患者2例(男女各1例)，年龄分别为23岁和28岁，无OA 病史，术中取正常关节软骨。

1.2 研究方法

手术后1 h内，关节软骨用生理盐水冲洗，切成1.0 cm×0.8 cm×0.5 cm小块，用10％中性多聚甲醛固定，常规石蜡包埋，5 μm切片。一部分切片行HE染色，光镜下观察关节软骨软骨细胞的组织形态。一部分切片行免疫组化ABC法染色，光镜下选取不同视野观察并照相，运用显微图像分析系统测定软骨组织中MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1的平均光密度值。

1.3 统计学分析

应用SPSS 10.0软件进行统计学处理，计量资料用x-±s表示。用Mann Whitney U非参数检验。

2 结果

2.1 HE染色结果

OA早期关节软骨有小裂隙，少量簇聚的软骨细胞和单个肥大的软骨细胞，潮线断裂，或出现双重潮线。中期有裂隙深达中、深层，细胞致密，核膜不清，排列紊乱，有大量簇聚软骨细胞和肥大软骨细胞。后期软骨有深至软骨下骨的裂隙，表层不完整甚至缺失，软骨下骨外露，有骨赘或象牙骨形成；细胞少，排列无层次感，有大量簇聚软骨细胞，潮线消失；基质染色明显不均，细胞的电子密度明显

增加，胞核、胞质结构无法辨认，可见核固缩，碎裂或溶解，可见坏死软骨细胞。

2.2 免疫组化染色检测结果

MMP7、MMP9、MMP13和TIMP1免疫组化染色检测结果见表1～4。

表1 MMP-7免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）

*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）

表2 MMP-9免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）

*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）

表3 MMP-13免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）

*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）

表4 TIMP-7免疫组化染色的ABSORBANCE值结果（略）

*与正常软骨相比差异有显著性（P＜0.01）

3 讨论

导致OA患者膝关节软骨细胞的改变的原因有很多，归结起来大致有以下几种因素：即肥胖、运动不当、气候不佳和不良的生活习惯等外界因素，内分泌紊乱，损伤，免疫学异常，细胞凋亡，细胞因子及酶的作用等〔2、3〕。当关节软骨受损后，胶原纤维所形成的“网状拱形结构”受到破坏，受压的软骨细胞则出现退行性变，大量

簇聚软骨细胞、肥大软骨细胞产生；到后期随着软骨细胞受压的继续加重，软骨内环境的持续性恶化，甚至出现软骨细胞的坏死。

在正常软骨中，软骨细胞会把合成的大量II型胶原、蛋白多糖(PG)等物质分泌到细胞外基质(ECM)中，构成细胞外纤维网架，给细胞提供支持与保护〔4〕。这些物质最终在基质金属蛋白酶(MMPs)的作用下降解。当软骨受损后，软骨细胞所产生的MMPs的量发生了改变，导致了ECM的产生与降解之间的平衡被打破，ECM被大量降解，软骨细胞周围的环境和胶原网络遭到了破坏，从而导致OA的发生。

已知MMPs有10余种，主要可分为胶原酶(MMP1，8，13)，基质溶解素(MMP3，7，10，11)〔5〕，明胶酶(MMP2，9)等亚家族，不同的MMPs对ECM不同组分降解的特异性有所不同。MMPs的特异性抑制因子为TIMPs(Tissue lnhibitor of Matrix Metalloproteinases)，已报道的有4种，其中TIMP 1主要抑制MMP1、MMP3、MMP9，它能与MMP9的酶原通过每个分子的羧基端形成一种分泌络合物，从而抑制其活性。

研究发现，正常情况下MMP13只在表层软骨细胞中有表达；而在骨关节炎关节软骨中，MMP13不仅仅是在表层，甚至在中层以及深层的簇积软骨细胞中均有较正常关节软骨细胞的过量表达。龙厚清〔6〕的研究也说明，胶原酶在OA软骨中出现的异常性表达增多，促进了软骨组织中胶原的降解，尤其是Ⅱ型胶原。同时发现MMP7