糖尿病通过调控软骨代谢促进骨关节炎大鼠软骨损伤

【作者】 陈鸿； 董奕含； 苗雪； 杨雯越； 邱迪； 马天文； 张建涛；

【机构】 东北农业大学动物医学学院黑龙江省动物疾病致病机制与比较医学重点实验室；

【摘要】 旨在研究高糖(HG)环境在体内和体外对软骨细胞骨关节炎(OA)进展和代谢水平的影响,探究糖尿病(DM)促进OA进展的具体机制。将32只雄性Sprague-Dawley大鼠随机分为4组:C组(n=8)、OA组(n=8)、DM组(n=8)和DM+OA组(n=8)。DM和DM+OA组大鼠高脂饲喂4周后,腹腔注射链脲佐菌素(STZ)建立大鼠DM模型,3d后检测血糖和尿糖水平。DM模型建立成功后,OA组和DM+OA组大鼠进行前十字韧带切断(ACLT)建立大鼠OA模型。每周检测血糖水平验证模型成功,称量体重并进行Von-Frey机械疼痛敏感性检测,持续8周。试验结束后收集各组大鼠膝关节和血清样本。我们发现,OA组和DM+OA组大鼠疼痛敏感性显著提高,OA组与DM+OA组大鼠关节表面粗糙且光泽丧失,出现明显的软骨破坏,暴露软骨下骨,蛋白聚糖丢失,且DM+OA组大鼠的软骨损伤比OA组更严重。OA组和DM+OA组大鼠血清中血清炎症因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)水平显著上调;DM+OA组与OA组相比,大鼠血清中炎症因子上调更显著。Micro-CT扫描及三维重建分析结果显示,OA组和DM+OA组软骨下骨的骨质溶解及骨赘形成增加;与OA组相比,DM+OA组软骨下骨损伤更严重。在体外,我们发现HG环境能促进IL-1β刺激的软骨细胞外基质(MMP3、MMP13和COLⅡ)降解,提高细胞凋亡水平。软骨细胞非靶向代谢组学结果显示,HG刺激能显著调控软骨细胞代谢水平,其中精氨酸(ARG)显著下调。通过进行软骨细胞的精氨酸补充和剥夺实验,我们发现精氨酸能正向调节ECM代谢,其缺乏加重了软骨变性。以上结果表明,DM能够通过调控软骨细胞代谢促进OA进展,其中ARG代谢可能在DM加速OA的发展中有关键作用,精氨酸补充治疗可能是其可能的治疗方案。更多还原