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目的观察膝骨性关节炎(OA)患者胫骨平台硬化区与非硬化区软骨和软骨下骨微结构和ERK1/2信号蛋白的改变,探讨OA的发病机制,并为进一步研究血友病骨关节病的病理生理发病机制奠定基础。方法收集2016年1月-2016年4月在同济大学附属杨浦医院OA患者行全膝关节置换术后遗弃的胫骨平台组织(n=22),大体观察后,区分硬化与非硬化区软骨和软骨下骨,在相应区域取材骨软骨组织,分成两组,一组通过硬组织甲苯胺蓝染色观察病理结构改变;通过扫描和透射电镜观察组织和细胞微结构改变;通过Micro-CT检测软骨下骨骨小梁微观结构,并评价其骨组织计量学改变(n硬化区=22,n非硬化区=18)。另外一组将软骨与软骨下骨分离,通过Western blot法测定硬化区与非硬化区软骨及软骨下骨ERK1/2总蛋白以及磷酸化蛋白的表达(n硬化区=22,n非硬化区=18)。结果1 OA患者膝关节胫骨平台硬化区软骨和软骨下骨与非硬化区相比,硬组织甲苯胺蓝染色观察显示,硬化区软骨形态结构混乱,软骨层变薄、纤维化、局部可有断裂,形成深达软骨下骨的微裂隙,软骨细胞减少且层次不清排列欠佳,软骨下骨骨小梁密实,数量及厚度增加。扫描电镜观察显示与非硬化区相比,硬化区软骨形态结构混乱、变薄,胶原纤维排列紊乱、裸露、局部断裂,可见深达软骨下骨的裂隙,软骨表面胶原包被的细胞球萎缩呈畸形;软骨下骨骨板增厚,骨小梁增粗、间隙变窄,呈编织样,内有微骨折裂隙;骨陷窝较少,分布不均匀,胶原纤维表面粗糙,呈麦麸状,排列紊乱,表面成骨细胞更为狭长。透射电镜观察显示与非硬化区相比,硬化区软骨细胞的细胞核皱缩不规则,粗面内质网扩张呈池状,高尔基体不发达,线粒体水肿,脂低减少,糖原减少,软骨囊水肿,骨基质胶原纤维稀疏,排列欠佳;骨细胞核固缩,核膜不清,包体皱缩,无细长突起,细胞器少见,骨基质胶原纤维稀疏排列欠佳;破骨细胞线粒体不规则,线粒体水肿,次级溶酶体较多,亮区微丝减少,骨基质胶原纤维稀疏,排列欠佳;成骨细胞包体皱缩,表面有细小突起,与相邻成骨细胞形成缝隙连接,粗面内质网丰富、含有许多基质小泡,高尔基体发达,骨基质中胶原纤维分布均匀;软骨下骨可见多个微血管形成。MicroCT检测显示,与非硬化区相比,2D及3D重建图可见硬化区软骨下骨板增厚及密度增高,骨小梁结构呈厚板状结构,骨小梁厚度增加和小梁间隙变小;骨组织形态计量学参数统计学分析示与非硬化区相比,硬化区软骨下骨骨矿化密度(t=7.931,P<0.001)、骨体积分数(t=11.959,P<0.001)、骨小梁数目(t=6.212,P<0.001)、骨小梁厚度(t=8.070,P<0.001)增高,骨小梁间隔(t=8.566,P<0.001)及结构模型指数(t=10.803,P<0.001)降低,差异有统计学意义。2 OA胫骨平台硬化区的软骨及软骨下骨分别与非硬化区相比ERK1/2总蛋白(t=1.926,P=0.062;t=1.753,P=0.088)表达量无明显差异,但硬化区软骨及软骨下骨分别与非硬化区相比ERK1/2磷酸化蛋白(t=15.038,P<0.001;t=20.368,P<0.001)明显高于非硬化区,差异有统计学意义。结论OA硬化区软骨和软骨下骨微结构和ERK1/2信号蛋白都不同于非硬化区,硬化区软骨和软骨下骨微结构和ERK1/2信号蛋白的变化是OA患者病变的重要特征之一。