软骨与软骨下骨WISP1调控TGFβ/Wnt信号交互作用所介导的骨关节炎发展机制及多模态影像学研究

The biologic and/or mechanical crosstalk between cartilage and subchondral bone, being involved in the whole progression of osteoarthritis (OA), contributes to create a vicious circle in the degenerative process. The interaction between TGF beta and WNT pathways mediated by WISP-1 may play a critical role during OA progression at the bone-cartilage interface. The mechanism remains unclear. Our previous study demonstrated that the abnormal crosstalk in the bone-cartilage interface has been an important cause of the OA. Meanwhile, synchrotron radiation micro-CT（SR Micro-CT）and Magnetic Resonance Imaging (MRI) have the potential to reveal microstructure in human articular cartilage, including a true cellular resolution for human articular cartilage, the three-dimensional structure of collagen framework and quantitative study of bone and cartilage of the different stage of OA. In present study, we will use the SR Micro-CT and MRI, immunohistochemistry and cDNA microarray analysis technologies on anterior cruciate ligament transection (ACLT) osteoarthritis mouse models and WISP1-deficient mices, to explore: 1) Under the abnormal pressure, if the regulating of WISP1 and TGFβ/Wnt signal could influence the biologic and/or mechanical crosstalk between cartilage and subcondral bone, leading to the occurrence and development of OA. And furthermore the whole process could be evaluated by the quantitative imaging modality at the cellular level; 2) whether the regulation of TGFβ /Wnt signaling in WISP1-deficient mices could change the occurrence and development of osteoarthritis. Our study will not only provide a new avenue to understand the WISP1 as an emerging candidate for the targeted therapy, but also provide a noninvasive imaging assessment method for OA.

软骨与软骨下骨间信息交流在骨关节炎发病机制中起重要作用。研究表明WISP1是调控软骨和软骨下骨间TGFβ/Wnt关键信号通路，但机制尚不明确。我们前期工作发现异常应力下软骨和软骨下骨间信息交流异常是导致骨与软骨共同致病重要原因，同时同步辐射显微CT及磁共振可定量显示骨关节炎软骨成份、软骨细胞排列方式、胶原纤维形态及软骨下骨改变。本课题将制作稳定骨关节炎模型及利用WISP1基因敲除老鼠，通过磁共振/同步辐射显微CT/ 双光子显微镜等多模态影像及分子生物技术，探索：1）影像学定量评估在异常压应力下WISP1如何调节TGFβ/Wnt信号以影响膝关节骨关节炎软骨细胞和软骨下骨病变发生发展及微观结构 ；2）是否WISP1基因敲除老鼠中调控TGFβ/Wnt信号通路可以改变骨关节炎发生与发展。本研究将为WISP1作为骨关节炎靶向治疗靶点提供实验基础，为先进影像技术无创研究骨关节炎机制提供有效手段。

目的：通过多模态影像学方法对兔膝骨关节炎（OA）模型软骨和软骨下骨损伤进行评估并探究 Wnt信号通路抑制剂 SM04690对 OA软骨和软骨下骨的治疗价值。 .内容:选取45只新西兰大白兔随机分为3组：（1）治疗组 (n=15)：改良 Hulth法建立兔 OA模型，术后2周膝关节腔 注射 SM04690 5μg/0.2ml （2）实验组 n=15）：改良Hulth法建立兔 OA模型，术后 2周膝关节腔注射安慰剂溶液（0.2ml）（3）对照组 n=15）：手术切开兔右膝关节腔，不作任何处理关闭关节腔，术后 2周膝关节腔注射安慰剂溶液（0.2ml）。分别在术后 4、 8、12周时每组随机选取 5只动物进行双能量 CT及 MR检查，处死动物，解剖膝关节，将标本固定及干燥后进行同步辐射显微断层成像（SR-μCT）扫描及组织学检查。 .结果:（1）影像学定量参数：术后 4、 8、 12周钙浓度（ CaD）、钙的 CT值（CM）、骨体积分数 BV/TV）及骨小梁厚度（Tb.Th）的结果为实验组＜对照组、实验组＜治疗组（P＜0.05），治疗组与对照组没有统计学差异（ P＞0.05）；T2值的结果为实验组＞治疗组＞对照组（P＜0.05）；膝关节股骨髁、胫骨平台及平均软骨厚度的结果为，术后 4周三组间两两比较没有统计学差异（P＞0.05）, 8周、12周实验组＜对照组、实验组＜治疗组（P＜0.05）。（2）SR-μCT软骨成像：治疗组术后 4周软骨细胞排列整齐，软骨表面光滑； 8周软骨细胞排列稍紊乱，软骨表面稍毛糙； 12周软骨细胞排列紊乱，软骨表面毛糙，局部软骨微裂隙形成。实验组术后 4周软骨细胞排列整齐，软骨表面欠光滑； 8周软骨细胞排列紊乱，软骨表面略毛糙； 12周软骨细胞排列紊乱，软骨表面磨损严重，软骨表面裂隙增大，软骨下骨暴露。对照组软骨细胞排列整齐，软骨表面光滑。（3）组织学结果：治疗组术后 4周软骨表面稍欠光整； 8周软骨表面稍毛糙； 12周软骨表面纤维化，软骨表面微裂隙形成，软骨细胞排列紊乱。实验组术后4周软骨表面稍毛糙； 8周软骨表面磨损，软骨微裂隙形成；12周软骨表面磨损严重，裂隙明显增大增宽，软骨下骨外露。对照组软骨表面光滑，软骨细胞排列 有序。 Mankin评分结果为实验组＞对照组、实验组＞治疗组（P＜0.05），术后 4周治疗组与对照组无统计学差异（P＞0.