作者：句朝晖 北京积水潭医院

骨关节炎（OA）是最常见的关节疾病，约10%的男性和18%的女性在60岁以上发病。该疾病的流行病学是复杂的、多因素的，包括遗传、生物和生化成分。传统上，OA的治疗以疼痛管理为中心，在疾病的末期进行关节置换。尽管关节置换术在临床上取得了成功，但年轻患者的预后不太可预测，人们对疾病预防、早期诊断和早期疾病替代治疗策略的开发越来越感兴趣。因此，有兴趣确定OA的诊断生物标记物，其候选物包括血清COMP和II型胶原片段的C端肽。然而，这些生物标记物需要对血样进行生化分析，迄今为止，还没有建立直接检测早期OA的临床工具。
软骨是由分散的软骨细胞群和丰富的细胞外基质（ECM）组成的特殊组织。软骨ECM主要是II型胶原蛋白和聚集蛋白多糖（湿重约45%）。在OA中，这些成分被属于基质金属蛋白酶（MMP）家族的蛋白水解酶、去整合素和具有血小板反应蛋白基序的金属蛋白酶（ADAMTS）降解。胶原蛋白被属于MMP的胶原酶降解，而聚集蛋白聚糖被MMP和ADAMTS酶降解。据信，在早期OA中聚集蛋白聚糖降解先于胶原蛋白降解，这种早期聚集蛋白聚糖耗竭被认为是由于属于ADAMTS家族的聚集酶，包括ADAMTS4。事实上，在实验性OA模型7中，ADAMTS5缺失小鼠可避免软骨降解。这表明，清除聚集蛋白聚糖是OA进展的关键早期事件，因此，可以报告聚集蛋白聚糖缺失的微创工具对于OA的早期诊断具有重要意义。
自体荧光是生物组织中内源性荧光分子的光激发发射，此前已被探索为使用光谱分辨测量报告软骨降解的无标签方法。可通过软骨的自体荧光寿命（AFL）测量获得更多信息。荧光寿命是激发电子保持激发状态的平均时间，是一个光谱参数，可以区分本地化学或物理环境中的不同分子种类或变化。由于单个荧光物种的荧光寿命测量与激发效率和发射检测效率无关，因此它们比荧光强度测量更可靠，特别是在生物组织等复杂散射样品中。
2004年报道了荧光寿命读数在软骨自体荧光中的应用，随后对体外工程软骨组织的研究表明，自体荧光寿命（AFL）测量有潜力在胶原酶、软骨素酶ABC和核糖的特定治疗后提供软骨降解的无标签读数。我们以前曾报道过，胶原蛋白的降解和天然离体软骨中聚集蛋白的去除与细菌胶原酶、人MMP-1和胰蛋白酶治疗后软骨组织AFL的降低有关；以及通过维甲酸处理活软骨诱导凝集酶。
胶原蛋白通过其分子间交联是软骨自体荧光的主要贡献者。由于软骨组织中的聚集蛋白主要填满胶原纤维之间的间隙，因此清除聚集蛋白可能会影响胶原交联的化学微环境。这可能解释了为什么蛋白水解去除软骨中的聚集蛋白聚糖可以降低软骨胶原的AFL。在这里，我们扩展了我们之前的工作，以评估AFL测量的潜力，以提供软骨损伤的无标签读数，从而开发一种无创性软骨状态监测的临床仪器。具体而言，本研究集中于（1）化学诱导的聚集蛋白聚糖缺失如何影响完整小鼠、猪和人软骨的AFL；（2） AFL测量是否可以报告关节软骨表面的局部酶诱导损伤；（3） 确定AFL测量是否可用于检测人类胫骨平台软骨的自然侵蚀。
我们之前曾报道，用蛋白水解酶处理猪软骨碎片会降低组织的自体荧光寿命（AFL）。为了检查软骨的蛋白水解液损伤是否可以直接在关节上检测到，用活性基质金属蛋白酶-1处理整个小鼠膝关节，并用台式仪器测量AFL，以检测460℃时的自体荧光 纳米。MMP-1是一种胶原酶，可降解软骨胶原蛋白。经MMP-1治疗的小鼠膝关节表面软骨中的聚集蛋白聚糖含量减少。这与我们之前对牛软骨的研究一致。未经治疗的小鼠膝关节的AFL为6.2 ± 0.6 ns和MMP-1治疗导致统计学显著下降至4.9 ± 0.7 纳秒（p < 0.01，牛顿 = 10，）。虽然我们无法断定这种减少是否是由于聚集蛋白聚糖耗竭或胶原降解所致，但数据表明，AFL可以检测到小鼠关节软骨中MMP-1引起的蛋白水解损伤。