编辑推荐：
骨关节炎早期变化与骨软骨界面力学关联研究，结合microCT和同步辐射CT成像技术，揭示关节软骨下骨硬化与矿化软骨异常扩张的早期关联，发现生长板结构动态变化及力学分布特征，数字体积相关分析证实OA易感小鼠关节在载荷下应变累积早于软骨退变，为干预提供新靶点。
安德鲁·A·皮蒂西利德斯（Andrew A. Pitsillides）
英国伦敦皇家兽医学院比较生物医学科学系骨骼生物学小组，皇家学院街（Royal College Street），NW1 0TU
摘要
本研究通过结合实验室显微计算机断层扫描（microCT）和高分辨率同步辐射CT（sCT）成像技术，探讨了关节和生长板骨软骨界面的相互作用机制。研究发现，在人类晚期骨关节炎（OA）以及骨关节炎小鼠模型（STR/Ort）中，骨硬化现象之前，关节钙化软骨（ACC）会局部扩张；在这些区域，负荷诱导的损伤最为严重。此外，与健康对照组相比，骨关节炎前期和骨关节炎区域的骨细胞腔数量和大小均发生了显著变化，这突显了基于CT的技术在揭示早期骨关节炎变化方面的价值。我们的研究结果表明，过度形成的ACC是软骨内骨化过程受阻的早期后果，这种障碍可能进一步引发骨硬化、骨赘形成乃至关节软骨损伤。通过对处于生理状态下的小鼠膝关节sCT图像进行数字体积相关性（DVC）分析，我们发现健康对照组小鼠的膝关节能够有效分散压缩应力，而易患骨关节炎的STR/Ort小鼠的骨骺区在软骨退化前就出现了高应力集中现象，这表明早期应力积累可能加剧关节脆弱性，并促进随年龄增长的退行性变化。最后，我们研究了负责骨骼纵向生长的软骨生长板（GP）对关节机械稳定性的贡献。通过对矿化生长板结构的分析，发现其具有动态特性，并受到机械负荷和骨形成因子的影响。通过对接受相同生理负荷的小鼠膝关节sCT图像进行DVC分析，发现生长板中的应力分布存在区域差异，且这种差异与桥梁结构的位置密切相关；这一关系通过有限元模拟得到了验证。综上所述，生长板中的桥梁结构具有可调节性且对机械刺激敏感，能够协调局部应力的传递，从而增强骨骺稳定性，最终促使纵向生长停止。
引言
本文重点关注两个骨骺界面：一是透明软骨与钙化软骨的交界处（通常称为“分界线”），这是未钙化的关节软骨与下方钙化软骨之间的明显波状边界；二是形成骨骺生长板（GP）的骨-软骨-骨连接（图1）。这些骨软骨界面对于维持骨骺在整个生命周期内的机械生物学完整性至关重要，从早期纵向生长到成熟阶段都起着关键作用。本文认为，它们还决定了关节完整性何时以及如何开始受损。为此，我们从跨学科角度探讨了三个尚未解答的问题，这些问题是通过解剖结构的影像学评估得出的。首先，研究了易患自发性骨关节炎（OA）的小鼠关节中，变化是否首先发生在钙化软骨（ACC）或其下方的软骨下骨中；其次，易患骨关节炎的关节中的结构变化是否与负荷诱导的骨骺内部应力模式变化有关；最后，生长板界面中的哪些结构特征在保持骨骺机械稳定性的同时允许骨骼纵向生长。
重点：关节钙化软骨与透明软骨的界面
传统上，骨关节炎（OA）的特点是非钙化透明软骨的逐渐退化[1, 2, 图1]。然而，越来越多的证据表明，这种软骨退化并非骨关节炎的初始诱因（Burr和Gallant，2012a）。本文提出了另一种观点，即易患骨关节炎的关节中，主要变化实际上发生在骨骺的其他部位，例如薄层矿化的钙化软骨（ACC）中。
结论及未来研究方向
任何研究视角都必须展望未来及其可能产生的影响。未来的研究应关注性别差异带来的启示，以期发现特定患者亚群中骨关节炎易感性的关联（例如，女性绝经后及年轻男孩股骨头骨骺滑脱与骨关节炎的关联）。利用这些新发现，有望为骨关节炎的预防和治疗提供新的线索。
伦理批准
本文无需伦理批准，因为它不涉及新数据的收集或直接涉及人类受试者，仅对现有文献进行总结和解读，未进行新的实验研究。
资金支持
实验设施由皇家兽医学院骨骼生物学小组、布莱顿大学（University of Brighton）和哈韦尔研究综合体（Research Complex at Harwell）提供。感谢曼彻斯特大学哈韦尔分校的C. Reinhardt和L. Sinclair协助使用Deben CT500机械测试设备，以及欧洲同步辐射设施（European Synchrotron Radiation Facility）的E. Burke O’Leary、C. Berruyer和V. Schoeppler在实验期间的支持（提案编号LS-3124）。本研究得到了欧盟“地平线计划”（Horizon）的资助。
未引用的参考文献
Burr和Gallant（2012b）；Herbst等人（2023）；A??rdil（2020）；Meyers（2019）
利益冲突声明
作者不存在利益冲突
本文的信息汇总过程中使用了人工智能辅助技术，但在整个过程中都有人类监督和控制，并经过了仔细审查和编辑。作者对本文内容负全责。
致谢
作者感谢Leopoldina研讨会的组织者提供了这次演讲的机会。同时，也非常感谢所有参与研究工作的团队成员，他们为研究的开展提供了支持。特别感谢我的长期合作者——布莱顿大学的Katherine Staines教授和伦敦大学学院的Peter D Lee教授，他们在资金获取、项目管理和研究进展方面发挥了重要作用。
