与骨关节炎相关的结构变化的新见解

　　骨关节炎是最常见的退行性关节疾病，影响全球22%的40岁以上成年人。虽然这种情况已经从医学角度进行了广泛的研究，但与骨关节炎相关的分子变化仍不清楚。在一项新的研究中，研究人员使用了多种技术来追踪疾病的进展以及与之相关的变化。

　　

骨关节炎是最常见的退行性关节疾病，影响全球22%的40岁以上成年人。虽然这种情况已经从医学角度进行了广泛的研究，但与骨关节炎相关的分子变化仍不清楚。在一项新的研究中，研究人员使用了多种技术来追踪疾病的进展以及与之相关的变化。

关节中的软骨，连同一种被称为滑液的润滑剂，提供了一个光滑的表面，帮助承受负重运动。这种液体含有几种分子，包括透明质酸(HA)和磷脂。由于软骨环境不能迅速愈合或修复，研究人员试图通过监测HA的分子量和浓度来诊断关节疾病的早期阶段。

Donald Biggar Willett学院学者、环境工程与科学、材料科学与工程教授Rosa Espinosa-Marzal (EIRH)说:“尽管我们知道健康关节的摩擦非常低，但尚不清楚还有哪些其他分子参与其中，以及它们在骨关节炎期间是如何变化的。”“在骨关节炎的早期阶段，软骨开始退化，以前的研究表明，滑液的分子组成发生了变化。我们想看看这两种变化是否相互关联。”

在健康关节中，HA的分子量在2-20 MDa之间变化，浓度在1-4 mg/ml之间。然而，在患病关节中，透明质酸被分解，导致分子量降低。此外，其浓度也降低了十倍。基于其他研究人员的这些观察，该研究着眼于透明质酸的浓度和分子量如何影响健康和患病关节的结构。

为此，研究人员将小泡与高分子量和低分子量的透明质酸结合在一起。利用中子散射和光散射，他们发现透明质酸的分子量可以极大地改变囊泡的结构。低分子量的透明质酸，模拟骨关节炎患病关节，导致更大的囊泡大小。他们还观察到，透明质酸的分子量改变了关节中磷脂层的厚度。

研究人员还研究了这些差异如何影响保护膜的形成;在关节中，这层膜为无阻碍运动提供了非常低的摩擦力。再一次，他们使用了石英晶体微天平和原子力显微镜技术的组合，来研究这些分子是如何在金表面聚集的。

“只有当透明质酸和磷脂达到最佳浓度时，才有可能形成薄膜。埃斯皮诺萨-马扎尔说:“尽管黄金表面与软骨几乎没有共同之处，但我们的研究表明，在生物条件下也可能存在最佳浓度。”“这是一个重要的观察结果，因为我们可以将浓度变化用作诊断工具。”

“我们正处在一个需要在这样一个复杂系统上使用多种技术的时刻，”荷兰皇家理工学院(KTH Royal Institute of Technology)表面科学教授马克·拉特兰(Mark Rutland)说。“单靠这些技术都不能给我们任何启示。关键是要观察所有不同的影响，并将这些影响拼凑在一起，以表明透明质酸的分子量对磷脂形成的层的特征有巨大影响。”

研究人员现在正致力于用软骨来了解他们对金表面的观察是否也适用于生物相关系统。他们也有兴趣研究在关节中发现的其他分子成分，以建立与骨关节炎相关的更全面的变化模型。

Journal Reference:

1. Kangdi Sun, Tooba Shoaib, Mark W. Rutland, Joesph Beller, Changwoo Do, Rosa M. Espinosa-Marzal. Insight into the assembly of lipid-hyaluronan complexes in osteoarthritic conditions. Biointerphases, 2023; 18 (2) DOI: 10.1116/6.0002502