髌骨脱位后股骨滑车发育不良的实验动物模型研究

Patellofemoral joint instability as a common clinical disease, not only affects the quality of life of patients, but also for patients suffering from early osteoarthritis hidden dangers. At present, scholars think that dysplasia of the femoral trochlear is an important factor leading to instability of the patellofemoral joint. However, the applicant applied the rabbit patellar dislocation model to prove the new theory of the relationship between patellar dislocation and femoral trochlear dysplasia: the early patellar dislocation resulted in the femoral trochlear dysplasia, if the dysplasia of the femoral trochanter cannot be corrected, it will aggravate the patellofemoral joint instability, therefore, the patellar dislocation and femoral trochlear dysplasia forms a vicious cycle. However, at present, there are no reports on the mechanism of how patellar dislocation causes dysplasia of the femoral trochlea, especially on the basis of gene control. One of the important factors is the lack of a scientific experimental animal model. This project will use C57BL / 6 mice to establish the model of patellar dislocation, according to the basic principles of animal model design to make patellar dislocation model mice as close as possible to the patellar dislocation of young people, to further study the pathogenesis of patellofemoral instability, provide scientific control methods experimental animal model to promote the development of the study of patellofemoral joint instability.

髌股关节不稳作为临床常见疾病，不但影响着患者的生活质量，而且还会为患者更早罹患骨关节炎埋下隐患。目前，学者们认为股骨滑车发育不良是导致髌股关节不稳的重要因素，然而，申请人应用兔髌骨脱位模型证明了髌骨脱位与股骨滑车发育不良之间关系的新理论：早期的髌骨脱位导致了股骨滑车发育不良，在股骨滑车发育不良得不到纠正的情况下，又加重了髌股关节不稳，因此，形成一个髌骨脱位与股骨滑车发育不良的恶性循环，而早期复位髌骨可以改善或逆转股骨滑车发育不良。然而，目前对于髌骨脱位如何导致股骨滑车发育不良的机制性研究，尤其是基于基因控制水平的研究还未有报道，其中一个重要的因素是缺乏科学的实验动物模型。本课题将选用C57BL/6小鼠建立髌骨脱位模型，根据动物模型设计的基本原则使模型小鼠尽可能接近人类发育期髌骨脱位状况，为进一步研究髌股关节不稳的发病机制、防治方法提供科学的实验动物模型，推动髌股关节不稳研究的发展。

本项目研究时间为4年，资助金额为75万元，课题组围绕髌骨脱位动物模型不仅圆满完成既定目标，还建立了模拟骨骼发育各个阶段髌股关节发育的动物模型，证实了异常应力是影响髌股关节正常发育的主要原因，推动了髌股关节不稳疾病的研究进展，为临床诊疗提供了重要的理论依据。.课题组选用C57BL/6小鼠建立了易行且具有广泛适用性的髌骨脱位模型，实验组小鼠股骨滑车宽度及深度、股骨滑车骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度以及组织骨密度均会出现下降趋势，该现象在模型小鼠中稳定出现并且与临床研究具有高度的一致性，达成了根据动物模型设计的基本原则使模型小鼠尽可能接近人类发育期髌骨脱位状况的预期目标。此外，课题组对该模型进行了转录组基因测序，RNA-seq分析结果提示：髌骨脱位共有69个基因出现差异表达，其中表达上调的基因有17个，表达下调的基因有52个，为后续的基因水平研究髌股关节不稳的发生机制提供科学可靠的数据基础。富集分析提示差异基因在JAK/STAT 信号通路和免疫反应中显著富集。蛋白质-蛋白质相互作用网络确定了10个与髌骨不稳相关的关键基因，这些基因均参与了JAK/STAT信号通路或炎症相关通路。课题组进一步用RT-qPCR结果和免疫组织化学验证RNA-seq结果，结果提示在髌骨不稳中JAK1和STAT3的表达水平均升高。本项目揭示了髌骨不稳后股骨滑车发育不良的潜在基因变化，为后续机制研究提供理论依据和研究方向。.在完成计划任务的基础上，课题组对髌骨脱位动物模型进行了拓展和完善：通过建立臀先露动物模型，模拟胎儿屈伸膝位的髌股关节发育情况；通过建立襁褓位动物模型，模拟新生儿及婴幼儿期伸髋伸膝位的髌股关节发育情况，通过股骨内旋截骨动物模型，模拟下肢力线旋转异常对髌股关节发育的影响。以上动物模型是对C57BL/6小鼠髌骨脱位模型的补充，共同证实了异常应力是影响髌股关节正常发育的主要原因。课题组将对应力异常导致髌股关节发育的机制进行下一步研究，从细胞层面和分子层面阐释髌股关节发育不良的致病机制。