小型实验动物颞下颌关节骨关节炎动物模型的研究进展魏欣;杨禾丰;胡瑜;杨春【摘要】颞下颌关节骨关节炎(TMJOA)是颞下颌关节紊乱病的重要类型之一.动物模型是研究疾病的重要手段,合适的动物模型有助于研究TMJOA的发病机制,探索有效的治疗措施.目前由于大型动物获得成本较高,特殊自发性TMJOA动物较少,小型动物中的鼠类及兔类常被用于制备TMJOA动物模型,目前常用的建模方法包括化学诱导(关节上腔注射碘醋酸钠、完全弗式佐剂、血管内皮生长因子、Ⅱ型胶原酶)、外科手术(关节盘部分切除、关节盘穿孔)、机械负荷刺激(被动大张口、改变咀嚼负荷)以及基因工程等.【期刊名称】《医学综述》【年(卷),期】2019(025)007【总页数】5页(P1375-1379)【关键词】颞下颌关节;骨关节炎;动物模型;建模方法;基因工程【作者】魏欣;杨禾丰;胡瑜;杨春【作者单位】昆明医科大学附属口腔医院口腔修复科,昆明650500;昆明医科大学附属口腔医院口腔修复科,昆明650500;昆明医科大学附属口腔医院口腔修复科,昆明650500;昆明医科大学附属口腔医院口腔修复科,昆明650500【正文语种】中文【中图分类】R332颞下颌关节骨关节炎(temporomandibular joint osteoarthritis,TMJOA)属于颞下颌关节紊乱病[1]，主要表现为张闭口时面部关节区疼痛、关节弹响呈摩擦音、张口受限等，对患者的日常生活产生影响，严重者可危及生命。
TMJOA可能是关节内部分区域无症状的退行性病变，发病晚，早期无症状，病理改变不可逆转[2]。
骨关节炎是一种多病因，累及关节软骨及软骨下骨、韧带、肌肉等的疾病，病理改变包括关节软骨变性、软骨下骨硬化、滑膜炎症、骨赘形成、周围结构异常等关节退行性改变。
手术创伤、机械负荷、胶原蛋白、细胞因子、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)均可影响骨关节炎的发生和持续[3]。
动物模型是研究TMJOA的重要实验载体，有助于研究者更深入地认识TMJOA的发病机制、致病因素、疾病进展过程以及寻找有效的治疗措施，从而提高治疗效果，减缓疾病进展[4]，保护关节功能。
选择某种实验动物作为疾病研究模型时，研究人员需要考虑该动物是否在解剖结构和生理功能上与人类有相似性，该动物是否容易获得、实验成本是否合适等。
由于大型动物实验成本较高，特殊自发性TMJOA 的动物较少，兔类及鼠类等啮齿类动物仍是常见的模型动物。
目前，构建TMJOA 动物模型的主要方法有化学诱导、外科手术、机械负荷、基因工程等，现就此进行综述。
1 颞下颌关节解剖结构颞下颌关节是人体内最复杂的关节，包括颞骨关节面(关节窝和关节结节)、关节盘、髁突、关节囊以及关节韧带。
颞下颌关节左右联动，支持咀嚼、吞咽、语言以及部分表情等下颌运动[5]。
与身体的其他关节相比，颞下颌关节具有不同的形态、功能、生物力学和生物学特性，且只承受有限的承载力[6]。
组织学上，与由Ⅱ型胶原蛋白构成透明软骨的其他关节相比，颞下颌关节髁突最浅的细胞层是纤维软骨，主要由Ⅰ型胶原蛋白组成，而其余较深的细胞区则含有Ⅱ型胶原蛋白[3]。
颞下颌关节纤维软骨的发育也不同于透明软骨的发育，既是关节软骨也是软骨下骨矿化的场所。
因此，与其他关节相比，颞下颌关节软骨和软骨下骨内发生的细胞改变更有可能影响组织内的动态平衡[7]。
鼠类是建立TMJOA模型最为常用的动物。
大鼠颞下颌关节由纤维组织和滑膜衬里组成的关节囊包裹。
关节囊从上颌关节窝的边缘延伸到髁突颈。
关节腔被关节盘分隔为关节上腔和关节下腔。
髁突的关节面为髁突软骨和软骨下骨。
大鼠髁突轴是推进运动的矢状轴，而人体的髁突轴是三维运动的横向轴[8]。
大鼠颞下颌关节的关节盘为双凹形，中部较小，由纤维结缔组织组成，其将关节分为上下两腔，与人类相似[9]。
颧弓从颞骨延伸到下颌骨髁突上，覆盖髁突的前半部分,直至髁突颈和髁突外侧，这与人体结构存在差异。
在组织学上，大鼠颞下颌关节与人体的颞下颌关节有相似性，但人体髁突表面的软骨细胞层次更多。
因大鼠与人类颞下颌关节在解剖学和组织学上的相似性，能够较好地再现颞下颌骨关节炎的病程，此外，鼠类还具有经济、易获得、易实施等优点，使其最常用于TMJOA的研究。
2 化学诱导模型自发骨关节炎模型较难获得，手术骨关节炎模型操作较复杂，而药物诱导TMJOA 是采用较为广泛的方法之一。
在人体和动物中，因关节下腔空间狭小，行关节腔注射较为困难，因而通常行关节上腔注射，诱发骨关节炎样病变，建立TMJOA模型。
目前常用的药物有碘醋酸钠(monosodium iodine acetate，MIA)、完全弗氏佐剂(complete Freund′s adjuvant，CFA)、血管内皮生长因子、Ⅱ型胶原酶等。
关节内注射MIA诱发骨关节炎被大部分学者采用[10]。
MIA通过抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶的活性抑制糖酵解，造成关节软骨细胞坏死，导致软骨损伤和蛋白多糖丢失，从而损害关节功能，类似于人类骨关节炎的病因[10]。
有研究者使用MIA 40 μL(25 mg/mL)Wistar大鼠颞下颌关节注射诱导TMJOA，7周后大鼠髁突出现典型的骨关节炎样病变，如软骨细胞紊乱、髁状软骨变薄、血管增生、软骨下骨破坏等[11]。
有学者将50 μL (10 mg/mL)碘乙酸钠注射至新西兰公兔颞下颌关节，60 d后可观察到髁突表面扁平、不规则，软骨基质严重丢失，关节盘穿孔，软骨组织和骨异位，骨赘形成，该模型60 d后病程稳定无进展，类似于人类TMJOA的病理表现[12]。
也有学者采用CFA建立SD大鼠TMJOA模型[13]。
研究发现，将50 μL CFA注射至SD大鼠颞下颌关节发现，关节区出现明显肿胀，软骨细胞排列不规则，蛋白多糖明显丢失[13]。
血管内皮生长因子也可诱发SD小鼠TMJOA。
研究发现，将50 μL(0.05 mg/mL)血管内皮生长因子165注射至SD大鼠颞下颌关节，每周1次，4周后可观察到明显的软骨下骨吸收，大量破骨细胞，骨体积分数和骨小梁厚度明显降低，蛋白多糖逐渐丢失，软骨细胞排列不规则，软骨细胞团簇，无细胞区增多[14]。
Ⅱ型胶原酶也可用于建立SD大鼠TMJOA模型[15]。
有研究将0.05 mL 2%的Ⅱ型胶原酶注射至SD大鼠颞下颌关节，4周后观察到关节盘和髁突软骨表面胶原纤维崩解，软骨细胞减少，细胞层次模糊，髁突软骨厚度变薄，骨小梁变窄，骨髓腔变大[16]。
3 外科模型切除部分关节盘会显著影响颞下颌关节髁突表面的承受力和吸收载荷的能力，导致髁突表面在小范围内承受过多的机械力，诱发TMJOA。
鼠类动物是制备TMJOA外科模型的常用动物之一。
有学者报道，显微手术切除C57BL/6J小鼠颞下颌关节外侧部分关节盘，术后可见蛋白多糖染色增加,8周时出现软骨细胞团簇、12周时出现骨软骨裂纹、16周时髁突软骨明显丧失，此外，软骨退变的严重程度与关节盘切除的大小无关，而与手术后的时间有关[17]。
Cohen 等[18]通过手术切除C57BL小鼠一侧的部分关节盘发现，手术侧出现骨关节炎的病理表现，对侧则表现出颞下颌关节早期关节软骨变性。
兔类因体积较鼠类大，手术操作相对更容易而被广泛用于手术建模。
有学者采用手术方法造成新西兰兔颞下颌关节的关节盘穿孔，12周后可见髁突软骨厚度明显变薄，软骨细胞明显减少，出现骨关节炎改变，从而成功建立TMJOA模型[19]。
研究显示，关节盘穿孔对髁突软骨下骨的三维显微结构有显著影响，软骨下骨参与了骨关节炎的发展[19]。
兔颞下颌关节盘宽的直径为3.0～3.5 mm，有学者通过在新西兰兔颞下颌关节盘外侧部分造成直径为2.5 mm 的穿孔，从而建立颞下颌关节髁突软骨退行性改变和颞下颌关节盘异位骨形成的动物模型[20]。
4周时髁突表现出广泛的表面不规则，12周时髁突肿胀畸形，表面出现糜烂、溃疡，髁突宽度增加2 mm；4周和8周时可见髁突表面软骨细胞团簇形成、软骨增厚、番红O 染色消失，12周时软骨损伤明显，软骨侵蚀至软骨下骨，细胞弥漫性丢失，蛋白多糖含量增加，颞下颌关节盘穿孔部位周围有骨性组织生成[20]。
4 机械负荷手术模型和化学炎症模型往往损害关节本身的结构。
基于过度的机械力负荷是导致TMJOA的主要病因，同时为阐明过度机械力与骨关节炎的病理关系，不当力学加载被用于TMJOA动物模型的建立。
有学者对雌性Holtzman大鼠施加3.5 N的负荷(每日60 min，连续7 d)以保持稳定的大张口，在撤去负荷7 d后可观察到髁突软骨变薄部分软骨截断，呈现典型的TMJOA病理学改变，从而建立一种非侵入性的TMJOA模型[21]。
通过饮食硬度改变咀嚼负荷以建立TMJOA模型也是目前常用的造模方法之一[22]。
有学者给予Wistar大鼠流质饮食并连续稳定张口0.9 mm，每日3 h，连续5 d发现，流食组髁突各区域的骨体积分数及上、后区的骨小梁厚度均显著低于正常饮食组小鼠，进食流食且稳定张口组以上参数更低，骨关节炎标志物MMP-13的水平明显升高，可见骨关节炎样改变(软骨厚度减低，软骨细胞层不规则)[23]。
该复合模型提示，咀嚼刺激对正常颞下颌关节的发育以及颞下颌关节抵抗负荷的能力是必不可少的[23]。
导致的力学改变是引起人类TMJOA的一个重要因素，有研究者曾通过破坏小鼠、大鼠以及家兔的咬合研究TMJOA[24]。
有学者在6周龄C57BL/6J雌性小鼠左侧上下颌切牙粘接金属管，造成下切牙135°唇倾导板，分别喂食小颗粒饲料和圆筒状饲料以建立小、大咀嚼负荷组，3周后发现软骨变薄、降解，软骨细胞密度降低、Ⅱ型胶原和蛋白质多糖表达降低，软骨下骨丢失，破骨细胞活性增强，且大负荷组的表现较小负荷组更加明显，从而建立了前牙单侧及不同负荷下小鼠颞下颌关节骨关节炎复合模型[25]。
也可通过改变后牙接触方式制备TMJOA模型。
有学者在8周龄BALB/c WT小鼠的上颌磨牙黏结2.5 mm长的“U”金属丝，8周后可观察到软骨细胞聚集，蛋白多糖水平明显降低，软骨细胞数量减少，早期骨关节炎标志物高温必需因子A1水平升高，出现软骨退行性改变[26]。
这是一种廉价、高效、高重复性以及无创伤性的小鼠颞下颌关节早期骨关节炎模型。
有学者在新西兰白兔单侧磨牙放置1 mm的金垫，6周后取出，然后恢复3 d，运动学分析发现，双侧关节及下颌活动度减小，其中工作侧髁突活动度减少约20%，关节间隙整体变窄，其中前后间隙变窄的更加明显，并可见髁突纤维软骨退行性改变，从而建立了兔TMJOA模型[27]。
综上，创伤或口腔负荷功能改变引起的关节运动或运动路径改变是进行性TMJOA 的潜在机制之一。
