透明质酸大小如何影响润滑与关节退化

关节润滑是自然界高效的水基润滑系统，例如髋关节在高压下摩擦系数可低至约0.001。透明质酸（HA）和磷脂（PLs）是关节滑液的关键成分，其相互作用对润滑至关重要。骨关节炎（OA）患者滑液中HA的分子量降低，以往认为这会削弱PL的锚定能力从而损害润滑，但本研究揭示了不同机制。

研究使用不同分子量的HA（低分子量30-50 kDa和高分子量100-1000 kDa）与磷脂（DPPC）混合，模拟健康（高低分子量HA比例1:2）和OA（比例2:1）滑液组成。通过动态光散射、石英晶体微天平（QCM）和原子力显微镜（AFM）等技术发现：健康条件下，HA-PL组装形成界面层状结构，这种结构在生理剪切速率下能维持超低摩擦；而OA条件下则以混合囊泡为主，囊泡在剪切时易被移除，导致摩擦增加十倍。

进一步研究表明，层状结构比囊泡更坚固，表面覆盖度更高（约37.7% vs 12.61%），且在高滑动速度下仍能保持低摩擦；囊泡在高速度下会发生不可逆的变形或移除，无法自我修复。这一发现解释了HA分子量如何通过改变HA-PL组装结构影响润滑性能，虽然该简化系统未完全涵盖滑液的生物化学复杂性，但为理解OA病理机制、设计结构导向的治疗策略和仿生润滑剂提供了重要框架。