应用纤连蛋白片段建立椎间盘退变动物模型

目的:探讨应用N端30kDa纤连蛋白片段(Fn-f)建立模拟人类椎间盘退变规律的椎间盘退变动物模型的可行性,为椎间盘退变的防治提供实验模型及实验依据.方法:选取雄性6月龄新西兰大白兔28只,麻醉后使用30G微量注射针和微量注射器,在透视引导下经皮将25μl 1.5μmol/L Fn-f(Fn-f组)或25μl磷酸缓冲液(PBS,0.01mol/L,pH值7.2;PBS组)随机分别注射入不同节段的腰椎间盘中心区.分别于注射4、8、12、16周后获取椎间盘,对椎间盘进行组织学检测(HE、Masson三色及番红O染色),并以RT-PCR法对椎间盘聚集蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的基因表达水平进行分析.结果:与注射PBS椎间盘相比,注射Fn-f椎间盘造模后4周时椎间盘的髓核、纤维环结构以及胞外基质蛋白聚糖等无明显差别;8周时髓核细胞数量减少、细胞簇状分布,被胞外基质分隔开来,纤维环层状结构排列部分出现紊乱,蛋白聚糖染色变浅;12和16周时髓核细胞数量明显减少,细胞变圆,呈明显的成簇聚集分布,纤维环排列明显不规整,各层间出现裂隙,甚至断裂,蛋白聚糖染色明显变浅,甚至部分未见染色.Fn-f组椎间盘聚集蛋白聚糖mRNA表达水平在8、12和16周3个时间点均明显低于PBS组(P＜0.05);Ⅱ型胶原mRNA表达水平在12和16周时明显低于PBS对照组(P＜0.05).结论:透视引导下兔椎间盘内注射N端30kDa Fn-f可诱导椎间盘产生渐进性退行性病变,该法建立的动物模型可作为研究椎间盘退变的发病机制及防治的实验模板.     

兔椎间盘退变模型的研究进展

人类多种脊柱疾病例如颈椎病、腰椎间盘突出症等疾病的根本病理变化是椎间盘退变,但其确切病因及病理生理机制目前仍不十分清楚.因此建立椎间盘退变实验动物模型,对深入研究其病因和发生机制是十分重要也是十分必要的.自从20世纪三十年代,Lob在损伤兔椎间盘纤维环后观察到椎间盘产生与人类椎间关节病变相似的变化,到目前为止研究者们根据不同的原理建立了多种兔椎间盘退变的模型.参考Lotz[1]对椎间盘退变模型的分类,我们可以把已建立的兔椎间盘退变模型分为:改变力学特性模型、破坏椎间盘组织模型和其他模型,综述如下.     

终板下椎体缺血诱导兔椎间盘退行性变模型的建立及终板中内皮素1的表达

目的通过终板下注射无水乙醇阻碍椎体-终板营养,建立一种新型兔腰椎椎间盘退行性变模型,并观察终板退行性变过程中内皮素1(ET-1)的表达情况。方法健康4月龄新西兰兔32只,随机分成4组,每组8只,选取L5,6椎体(对应L4/L5及L5/L6椎间盘)注射300μL无水乙醇,选取L4椎体(对应L3/L4椎间盘)注射磷酸盐缓冲液(PBS)作为实验对照,L7椎体(对应L6/L7椎间盘)未注入任何物质作为正常对照。其中1组造模后1个月提取软骨终板细胞,行免疫细胞化学染色检测ET-1表达;余3组分别于造模后1、3和5个月进行椎间盘X线和MRI检查,取椎间盘组织行HE染色观察形态学改变,免疫组织化学染色观察ET-1表达。结果注射无水乙醇后,随着时间进展,X线片显示椎间隙高度显著下降、椎间隙变窄、边缘骨赘增生,MRI T2WI显示椎间盘低信号;苏木精-伊红染色(HE)显示终板的生长板厚度变薄,终板结构破损,同时软骨终板细胞退化、直至消失,髓核中细胞发生转化(由空泡细胞转变为软骨样细胞,进而形成纤维软骨样细胞)造成髓核纤维化,纤维环结构排列紊乱、纤维化程度逐步加重;免疫组织化学染色显示,发生退行性变的终板组织内有ET-1表达,但随着退行性变加剧,ET-1表达强度下降;提取的退行性变软骨终板细胞(造模后1个月)也显示细胞质内ET-1强表达。结论通过注射无水乙醇阻碍椎体-终板营养途径可成功建立兔椎间盘退行性变模型,终板退行性变过程中伴随ET-1的表达。     

LMP-1基因与椎间盘退变

细胞内信号转导分子LIM矿化蛋白-1(LMP-1)基因是近年证实与椎间盘退变相关的基因之一,其表达产物为一种细胞内非分泌性骨诱导蛋白。它可通过调节各种细胞因子的生成和其他相关基因的表达,来实现其所诱导的透明样基质的合成增加。研究证明LMP-1基因在椎间盘细胞过度表达,以及通过骨形态发生蛋白介导机制,在体内外条件下均可增加蛋白聚糖、硫酸氨基葡聚糖及Ⅱ型胶原的合成,从而减缓甚至逆转椎间盘细胞的退化。     

CT引导下经皮纤维环穿刺建立兔腰椎间盘退变模型

【摘要】 目的：在CT引导下经皮纤维环穿刺建立兔腰椎间盘退变模型,并通过影像学和病理学验证其退变过程及效果。方法：3月龄新西兰大白兔18只,体重2.7~3.3kg,雌雄不限,术前均行X线及MRI检查。每只兔在螺旋CT引导下,用18G穿刺针经侧方皮下穿刺兔L5/6椎间盘（穿刺组）,确认刺入椎间盘纤维环深度约为5mm,并对L4/5椎间盘进行假性穿刺（穿刺达椎间盘边缘,但不刺入纤维环内;假穿刺组）,L3/4椎间盘作为对照椎间盘（对照组）。术后4周、8周、12周随机选取6只兔行X线片及MRI检查,观察各组椎间隙高度、邻近骨质改变及椎间盘信号改变,以“术后椎间隙高度/术前椎间隙高度×100”计算椎间盘高度相对值(DHRV),并进行椎间盘改良Thompson分级法分级;X线片及MRI检查结束24h内处死动物,选取对照、假穿刺和穿刺组椎间盘进行组织形态学及免疫组织化学分析。结果：对照组及假穿刺组术后4、8、12周,X线片示椎间隙高度无降低,无终板骨质硬化与骨赘形成;MRI T2加权成像图像示各椎间盘均呈高信号;组织学检查见髓核细胞数量较多,分布均匀,纤维环排列呈同心圆层状;免疫组化分析髓核呈Ⅰ型胶原染色强阳性,Ⅱ型胶原染色阴性,在各时间点表现无明显差别。穿刺组椎间盘在术后4周X线片即可见椎间隙高度轻度降低（DHRV=70.78±4.55）,MRI示椎间盘信号强度轻度下降,组织学上见纤维环结构紊乱、髓核细胞轻度减少;术后8周椎间隙高度明显降低（DHRV=50.63±4.04）,开始出现终板骨质硬化,MRI示椎间盘信号强度明显下降,组织学上髓核被胶原组织分裂为含较多椭圆形细胞的细胞岛,出现纤维软骨细胞,纤维环层状结构变形、部分断裂;术后12周椎间隙高度继续下降（DHRV=44.78±2.61）,骨赘形成、终板骨质硬化明显,MRI示椎间盘信号强度继续减弱,组织学上见髓核被纤维软骨组织所代替,纤维环层状组织碎裂、解体;免疫组织化学分析示术后4、8、12周髓核Ⅰ型胶原染色逐渐增强,Ⅱ型胶原染色逐渐减弱。各时间点对照组椎间盘的DHRV及改良Thompson分级与假穿刺组比较均无统计学差异（P＞0.05）;穿刺组在术后不同时间点的DHRV降低、改良Thompson分级增高与对照组及假穿刺组比较均有统计学差异（P<0.05）;随着穿刺时间的延长,穿刺组DHRV呈进行性降低趋势,改良Thompson分级进行性升高,两者在术后4、8、12周间均有统计学差异（P<0.05）。结论：CT引导下经皮纤维环穿刺法诱导兔椎间盘退变模型构建成功,操作方法简单、创伤小,经影像学及病理学证实其退变过程为渐进性。     

纤维环穿刺诱导椎间盘退变动物模型的实验研究

目的：探讨纤维环穿刺诱导椎间盘退变建立动物模型的可行性。方法：新西兰大白兔24只，用持针器夹持18G皮肤穿刺针从左前外侧刺人L3/4、L4/5、L5/6椎间盘的纤维环，深度控制在5mm。术前及术后3、6、10周对造模后的椎间盘及对照的椎间盘（L2／3）行MRI检查，并行免疫组化及组织学观察。结果：术后第3周到第10周，造模后的椎间盘MRI T2WI信号呈现持续减弱趋势，免疫组化及组织学观察发现髓核细胞的数量及Ⅱ型胶原含量较对照间盘进行性减少（P〈0．01）。结论：纤维环穿刺法可以诱导兔椎间盘的缓慢退变，为研究椎间盘的退行性变提供有效的动物模型。     

椎间盘退变基因治疗进展

椎间盘退变作为一种与年龄相关的退变性疾病,在脊柱外科最为常见。目前临床治疗仍然致力于退变终末期(例如椎间盘突出症、椎管狭窄症、椎体滑脱症等),不能延缓椎间盘退变的进展。近年来,随着人们对椎间盘退变研究的不断深入,对椎间盘退变的治疗也有了新的发现。基因治疗为延缓椎间盘退变提供了新方法,现就目前的研究状况做一综述。     

椎间失稳致兔椎间盘退变磁共振影像计量分析

目的 :探讨由于椎间失稳诱发的椎间盘退变在磁共振成像 (magneticresonanceimaging ,MRI)中的表现。方法 :选用新西兰兔 15只 ,随机分为手术组 9只、对照组 6只 ,手术组沿L3～ 6棘突作后正中切口 ,剥离骶棘肌和关节突附丽肌肉 ,切除棘上、棘间韧带和关节突关节外后 1/ 2 ;对照组作相同皮肤切口即缝合。所有动物在标准条件下饲养 ,分别于术后 2、 4、 8个月行腰椎MRI检查及髓核信号值测量。结果 :术后 2～ 8个月 ,对照组腰椎未见异常 ,而手术组L3～ 6椎间盘则相继出现T2 加权像低信号、腰椎后凸畸形、T1加权像低信号、椎间盘后突和硬膜囊受压等改变。对手术组手术节段及其邻近节段椎间盘髓核信号值的定量分析显示 ,T2 加权像信号值减低在术后 2、 4、8个月均具有统计学意义 ,而T1加权像信号值减低在术后 8个月具有统计学意义 ;T2 信号值减低主要发生于术后 2个月 ,T1信号值减低发生于术后 8个月。结论 :脊柱失稳可诱发椎间盘退变。髓核T2 加权像低信号是椎间盘退变的早期和先发征象 ,T1加权像显示形态改变较好 ,但T1信号值在退变早期变化不明显。     

基因治疗椎间盘退变的实验研究

椎间盘退变是下腰痛的常见病因.椎间盘退变分子机制的研究发现,白介素-1α和β、肿瘤坏死因子-α、一氧化氮、环氧化酶-2、基质金属蛋白酶等细胞因子和炎症介质在退变椎间盘中有较高活性,转化生长因子-β及Sox9基因等表达降低,可能是椎间盘退变发生发展的重要原因之一.基因治疗为椎间盘退变带来了希望,将骨形态发生蛋白-2和骨诱导蛋白-1基因,转化生长因子-β、胰岛素样生长因子-1和生长分化因子-5等生长因子基因,以及Sox9基因成功导入人或动物椎间盘细胞中发现,这些外源基因可促进Ⅱ型胶原和(或)蛋白多糖不同程度的表达上调;将白介素-1受体拮抗剂和组织基质金属蛋白酶抑制因子-1基因成功导入椎间盘细胞,可从抑制分解代谢方面为基因治疗提供另一条可行的途径.基因治疗也存在一些问题与不足.随着研究的深入与转基因技术方法的提高,基因治疗可望进入临床为椎间盘退变开辟新的治疗途径.     

椎间盘退变基因治疗的研究动态

椎间盘退变疾病(disc degeneration diease,DDD)是一种发病率及致残率很高的疾病,目前常规的治疗方法包括：药物治疗、类固醇注射封闭、理疗以及手术治疗等。近来微创手术方面取得长足进步,出现了如椎间盘镜(endoscopic discectomy)和经皮椎间盘切除术(percutaneous discectomy)等方法。但是,这些治疗措施仅着眼于改善疾病的临床症状,而不是从根本上减缓或中止退变进程。基因治疗作为近年来兴起的一种治疗方法,可在分子水平进行调控,从而为延缓或逆转疾病进程提供了可能。本文就目前椎间盘退变基因治疗的研究现状及进展进行综述。     

腺相关病毒介导的骨形态发生蛋白-2体内转染兔退变椎间盘的实验研究

目的 观察腺相关病毒介导的骨形态发生蛋白-2(AAV-BMP-2)基因对兔退变腰椎间盘的治疗作用.方法 将36只新西兰大白兔L2-3、L3-4、L4-5、L5-6椎间盘针刺制造退变模型后随机分为3组,其中12只注射AAV-BMP-2作为实验组,12只注射AAV作为实验对照组,12只注射生理盐水作为空白对照组.注射后的2、4、8周各组随机抽取4只兔行腰椎MRI扫描,扫描后将其处死,取L2-3、L3-4、L4-5、L5-6椎问盘髓核组织,用间苯三酚分光光度法检测髓核组织中的蛋白多糖含量.结果 在MRI影像学Thompson分级评估中,实验组各时间点椎间盘MRI信号比较,差异无统计学意义.实验对照组和空白对照组各时间点MRI信号比较,差异有统计学意义.实验组和实验对照组、实验组和空白对照组各时间点MRI髓核信号比较,差异有统计学意义;实验对照组和空白对照组比较,差异无统计学意义.在蛋白多糖含量测定中,实验组蛋白多糖含量在各时间点均高于实验对照组和空白对照组,实验对照组和空白对照组蛋白多糖均随时间的变化逐渐减少,各时间点两组比较无明显区别.结论 AAV-BMP-2对兔退变的腰椎间盘有治疗作用.     

直立体位下无创轴向加载建立兔椎间盘退变动物模型

目的:通过直立体位下无创性轴向加载的方式,建立一种新型兔腰椎间盘早期退变的动物模型。方法:24只4月龄雄性新西兰大白兔随机分为实验组及对照组。将实验组动物置于特制筒内使之保持直立体位,并自颈部施以600g轴向载荷,每日6h;对照组动物不接受任何处理而常规饲养。在实验开始前及实验开始后4周、8周、12周时对全部动物行X线及MRI检查,观察实验组动物在筒内时腰椎的骨性结构,通过椎间盘高度指数(disc height index,DHI)测量,比较两组动物侧卧位时L2/3、L4/5和L6/7节段椎间隙高度改变;通过髓核相对灰度值测量比较两组动物髓核含水量变化。14周后全部动物处死,取L5/6节段胶冻状髓核组织,应用rtPCR检测Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原及蛋白多糖表达水平;取L6/7节段椎间盘连同上、下各1mm软骨下骨,应用HE及天狼星红染色观察各组动物椎间盘组织结构改变。结果:2只实验组动物在实验过程中死亡,其对应的实验数据从结果中剔除。腰椎X线片显示,在直立体位负重条件下,实验组兔腰椎形成明显后凸,较侧卧位下腰椎间隙明显变窄,在L2/3节段,直立体位下椎间隙高度为侧卧位时的75.1%(P0.05);在L4/5节段为54.8%(P0.05);在L6/7节段为47.9%(P0.05)。DHI测量显示两组动物腰椎各节段DHI在任何时间点均无显著差异(P0.05)。MRI结果显示,在L2/3节段,实验组与对照组髓核灰度值在任何时间点均无统计学差异(P0.05),在L4/5节段,实验组与对照组髓核相对灰度值在12周时开始具有显著差异(P0.05);在L6/7节段,两组间在8周时即开始有显著性差异(P0.05)。rt-PCR结果显示,实验组Ⅰ型胶原m RNA表达明显高于对照组(3.57倍,P0.05);而Ⅱ型胶原及蛋白多糖表达明显低于对照组(分别为0.35倍和0.43倍,P0.05)。病理学检查显示对照组与实验组椎间盘组织结构存在显著差异,对照组髓核组织与纤维环间边界清晰,髓核内富含均匀分布的髓核细胞;实验组内层纤维环明显增生,而髓核区域相应减小。结论:直立体位下无创性轴向加载方式可显著加速兔腰椎间盘的退变进程,其在发病机理上与人类椎间盘退变更加相似,该腰椎间盘退变动物模型操作简单、可重复性强。     

椎间盘退变相关的生物应力刺激

正椎间盘(intervertebral disc,IVD)位于相邻椎体之间,协助维持机体站立姿势及保证脊柱的活动性。椎间盘受到来自脊柱、椎旁肌肉等活动产生的动态负荷以及机体重力的静态负荷的共同作用~([1])。随着年龄的增长,椎间盘会发生退变,同时,举重、肥胖及振动等应力作用会加速椎间盘退变。作用在椎间盘上的应力负荷使椎间盘细胞受到压力性应力、牵张应力、静水压、渗透压以及剪切应力等各种应力刺激~([2]),值得注意的是,椎间盘内髓核、纤维环以及软骨终