在没有炎症的情况下,软骨细胞的增殖是大鼠因肉毒杆菌毒素引起的下颌骨附着区骨质增生的根本原因

时间:2026年3月12日
来源:Biochemical and Biophysical Research Communications

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肉毒杆菌毒素注射至咬肌引发大鼠下颌骨吸收及附件骨增生,通过显微CT和病理学分析发现骨增生与炎症无关,但存在增殖活跃的软骨细胞。

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莫尔甘·梅尔梅(Morgane Mermet)、昆廷·马西科(Quentin Massiquot)、纳丁·加博里特(Nadine Gaborit)、斯蒂芬妮·莱米埃(Stéphanie Lemiere)、让-丹尼尔·昆-达尔布瓦(Jean-Daniel Kün-Darbois)、海伦·利布班(Hélène Libouban)
安格斯大学(Univ Angers)、南特大学(Nantes Université)、奥尼里斯(Oniris)、法国国家健康与医学研究院(Inserm)、RMeS、REGOS、SFR ICAT,法国安格斯市F-49000

摘要

将肉毒杆菌毒素注射到咀嚼肌中会导致牙槽骨丢失,同时伴随着肌肉附着处的骨质增生。这一现象背后的组织和细胞机制尚不清楚。由于在脊柱关节炎等关节疾病中观察到附着处因炎症而出现新骨形成,我们推测炎症过程可能解释了肉毒杆菌毒素模型中的骨质增生现象。本研究旨在验证这一假设,并确定IL-17A是否参与其中。
36只成熟的斯普拉格-道利(Sprague-Dawley)雄性大鼠被随机分为4组。其中3组在右侧咬肌和颞肌中接受了肉毒杆菌毒素注射;其中一组同时接受了抗IL-17A抗体治疗(BTX31+antiIL17A),另外两组分别在注射后21天(BTX21)和31天(BTX31)被处死。未接受肉毒杆菌毒素注射的对照组也接受了31天的抗IL-17A抗体治疗(control+antiIL-17A)。通过显微计算机断层扫描(microcomputed tomography)观察了牙槽骨丢失和附着处的骨质增生情况,并通过组织学和免疫组化(histology and immunohistochemistry)分析了炎症的存在及IL-17A的作用。
对骨质增生的定量测量(包括骨体积和厚度)显示3组之间没有显著差异。组织学检查发现增生区域存在软骨细胞,但未观察到炎症浸润细胞。免疫组化结果证实不存在炎症过程,但Ki67染色呈阳性,表明存在活跃生长的软骨细胞。
肉毒杆菌毒素引起的咀嚼肌萎缩导致附着处软骨细胞增生,但未伴随炎症过程。

引言

肉毒杆菌毒素(BTX)被广泛用于诱导肌肉萎缩,以研究低应力对骨骼的影响。该模型最初用于研究后肢废用性骨质疏松症及肌肉-骨骼相互作用[1]。在该模型中,肉毒杆菌毒素注射到大鼠或小鼠的股四头肌(Mus. Quadriceps Femoris)中,导致胫骨和股骨的皮质和松质层骨量减少[2]、[3]、[4]、[5]。随后该模型也被应用于下颌骨,发现注射后一个月出现骨量丢失[6]。在咀嚼肌(颞肌和咬肌)中注射肉毒杆菌毒素也会引起严重的肌肉萎缩。有趣的是,在辅助肌肉(Mus. Digastricus)的附着处还观察到了由纤维骨构成的增生区域。
这一现象仅出现在接受肉毒杆菌毒素注射的半侧下颌骨;作为对照的另半侧下颌骨未出现骨增生。此外,重复单侧注射肉毒杆菌毒素后,附着处的骨增生现象仍持续存在[7]。
附着处的新骨形成过程类似于骨折修复过程,其中初始炎症阶段之后是间充质组织的反应,随后形成纤维骨[8]。
我们推测附着处新骨形成的病理生理机制可能与辅助肌肉(Mus. Digastricus)承受的机械应力增加有关,以补偿主要咀嚼肌(Mus. TemporalisMus. Masseter)的功能丧失。因此,我们重点研究了Mus. Digastricus的附着处,以探讨肉毒杆菌毒素引起的咬肌功能障碍对骨骼的次级生物力学影响。这一假设也与先前的研究结果一致,即在脊柱关节炎(SpA)模型中,附着处炎症和新骨形成是由机械应力驱动的[9]。SpA中的附着处炎症病理机制表明,机械应力会触发免疫激活,进而引发间充质细胞增殖和新骨形成[8]。此外,通过计算机断层扫描图像分析发现,当肉毒杆菌毒素同时注射到颞肌和咬肌时,Mus. Digastricus的附着处也会出现骨沉积[10]。因此,我们的动物模型能够准确反映机械应力引起的附着处纤维骨增生现象。该模型也有助于研究附着处组织反应的病理生理特征。
附着处炎症是脊柱关节炎的主要特征。类风湿性关节炎(RA)的特点是骨破坏严重且修复缺陷,而强直性脊柱炎(AS)则表现为异常骨化,银屑病关节炎(PA)中这两种现象同时存在。在这些疾病中,白细胞介素-17(IL-17)水平升高会促进骨骼病变[11]。IL-17A被认为是连接机械应力与附着处骨重塑和新骨形成的关键介质[8]。附着处炎症的起源尚不明确,可能涉及多种机制。在SpA中,炎症可能是由反复的机械应力或损伤引起的[8]。IL-23是炎症的关键介质之一,它可激活Th17细胞产生IL-17A和IL-22,从而导致炎症、骨丢失和骨化[13];IL-17A还能促进人类间充质细胞向成骨细胞的分化[15],说明其在附着处骨形成中的作用。
已开发出多种IL-17A抑制剂用于治疗风湿性和炎症性疾病,但对已确诊的AS患者进行的2-4年随访研究未显示TNFi药物对放射学进展有抑制作用[16]、[17]、[18]。相反,一项为期2年的临床研究表明,抗IL-17A药物(secukinumab)可减缓脊柱放射学变化的进展[19]。
关于附着处炎症的人类数据有限。尽管如此,已有几种SpA的动物模型(主要是转基因模型),但这些模型中的附着处炎症并未伴随新骨形成[20]。不过,最近有研究报道,IL-17A疫苗可减少转基因大鼠模型中的骨破坏并促进新骨形成[21]。
目前用于治疗附着处炎症的药物均旨在抑制炎症和缓解症状,但人们对附着处炎症消退对新骨形成的影响了解不足[8]。由于缺乏对附着处骨质增生机制的研究,以及SpA中观察到的新骨形成现象的相似性,我们推测炎症过程可能参与了这一过程。
因此,本研究的目的在于:(i)确定肉毒杆菌毒素注射到咀嚼肌后附着处的骨增生是否与Mus. Digastricus的炎症有关;(ii)通过评估抗IL-17A抗体对肉毒杆菌毒素模型的影响,确定附着处骨增生是否与IL-17A相关。

动物与实验程序

动物护理和实验方案均获得了法国研究部的批准,并遵循法国伦理委员会的指导原则(协议编号APAFIS#15987-2018071012291155 v3),在授权研究人员的监督下进行。
本研究使用了36只17/18周大、体重567±34克的成熟斯普拉格-道利雄性大鼠(来源:Janvier-Labs,Le Genest-Saint-Isle,法国)。这些大鼠在本地动物实验室中饲养。

体重与颌面区域解剖学检查

在研究期间,各组之间的体重无显著差异。但在处死时(BTX组为21天,其他组为31天),与初始时间(第0天)相比,体重存在显著差异(图2)。
解剖过程中发现,无论是否接受IL-17A治疗,BTX31组中有5只大鼠的切牙存在不对称现象;而BTX21组和未接受IL-17A治疗的对照组大鼠未出现切牙不对称。

讨论

本研究的目标之一是确定抗IL-17A抗体治疗是否能够抑制或减少Mus. Digastricus附着处的骨质增生。显微计算机断层扫描结果对此问题提供了答案。
我们原本计划通过统计每组中出现骨质增生的大鼠数量来回答这个问题,但最终未发现组间差异。

作者贡献声明

让-丹尼尔·昆-达尔布瓦(Jean-Daniel Kün-Darbois):撰写、审稿与编辑、资源准备、方法设计、实验实施。海伦·利布班(Hélène Libouban):撰写、审稿与编辑、初稿撰写、实验监督、资金获取、数据分析、概念构思。莫尔甘·梅尔梅(Morgane Mermet):方法设计、实验实施、数据分析。昆廷·马西科(Quentin Massiquot):方法设计、实验实施、数据分析。纳丁·加博里特(Nadine Gaborit):方法设计、实验实施、数据分析。斯蒂芬妮·莱米埃(Stéphanie Lemiere):

利益冲突声明

莫尔甘·梅尔梅、昆廷·马西科、纳丁·加博里特、斯蒂芬妮·莱米埃、让-丹尼尔·昆-达尔布瓦、海伦·利布班均无需要声明的利益冲突。

数据获取

本研究的数据可向相应作者索取。

资金来源

本研究由诺华制药(Novartis Pharma SAS)资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能的利益冲突:海伦·利布班(Helene Libouban)表示,诺华制药提供了资金支持、实验设备及药物。若存在其他作者,他们声明自己没有可能影响本文研究的利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢诺华制药(Novartis Pharma)对整个研究的资助,以及提供的抗IL-17抗体(BZN035)。作者感谢克里斯特尔·达里厄托-拉菲特(Christelle Darrieutort-Laffite)在审稿过程中的帮助,感谢安格斯大学(University of Angers)的HiMolA平台在骨骼评估方面的协助,以及SCAHU平台在IL-17A抗体免疫组化检测中的支持。

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