椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進展

1、椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進展椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進展【關鍵詞】椎間盤退變動物模型進展【摘要】：椎間盤退變疾病越來越被大家所重視，但退變的生物學機制尚不明確，構建椎間盤退變模型是研究的根底和關鍵。近年來國內(nèi)外報道的新型椎間盤模型分為動物體外模型和動物體內(nèi)模型兩大類。動物體外模型包括椎間盤細胞模型和椎間盤組織塊模型；動物體內(nèi)模型有機械力學模型和外傷模型等。該文就近年來新型椎間盤退變模型的研究現(xiàn)狀與進展作一綜述。【關鍵詞】椎間盤退變動物模型進展studyprgressfanialdelabutintervertebraldisdegeneratinlving,zhangying,pengba-g

2、an.graduateddepartentflianingedialllege,121001,hinaabstrat:thedisdegeneratindiseasehasbeenainresearhfusinspinalsurgery,butthepathgenesisfdisdegeneratinisstillntlear.apprpriateanialdelsareiprtantfrthestudyfpathgenesisfdisdegeneratin.presently,delsfdisdegenetatinareainlylassifiedinttategaries:vitrdels

3、andvivdels.theanialvitrdelsinludediselldelsanddistissuedels.thevivdelsinludeehanisdelsandtrauadels.thisrevietriestgiveashrtintrdutinabutthestatusandprgressfanialdelabutdisdegeneratin.keyrds：disdegeneratin;anialdel;ngress椎間盤退變性疾病(disdegeneratindisease,ddd)是中老年人的常見病和多發(fā)病，隨著人們勞動方式和生活方式的改變，椎間盤退變的發(fā)病正逐年上升，

4、且有年輕化的趨勢。雖然國內(nèi)外相關研究較多，但病因和發(fā)病機制尚不完全明確。而在實驗動物上復制椎間盤退變，通過對動物模型的研究，來提醒椎間盤退變的病因和發(fā)病機制等，有必要建立可靠的椎間盤退變模型。本文對國內(nèi)外報道的椎間盤退變動物模型作一綜述。1動物體外模型1.1椎間盤細胞模型椎間盤細胞實驗室培養(yǎng)技術旨在研究椎間盤細胞的生物學行為和不同刺激或干預對椎間盤細胞產(chǎn)生的影響。椎間盤細胞培養(yǎng)主要分為平面培養(yǎng)和三維培養(yǎng)。ihiura等1較早進展鼠髓核細胞和纖維環(huán)細胞的平面培養(yǎng)。preradvi等2進展人椎間盤髓核細胞的平面培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)原代細胞的型膠原及蛋白聚糖(aggrean)rna表達程度較低，傳代細胞的型膠

5、原及蛋白聚糖rna程度保持穩(wěn)定，但型膠原rna表達程度持續(xù)降低。平面培養(yǎng)的椎間盤細胞的形態(tài)維持不佳，活力下降快，基質蛋白表達不穩(wěn)定。在三維培養(yǎng)方面，gan等3從成年兔椎間盤別離出髓核細胞進展平面培養(yǎng)，傳代細胞轉入試管中行微粒串珠培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)微粒串珠培養(yǎng)的髓核細胞與體內(nèi)髓核細胞一樣，均可表達白聚糖和d44，表達i、型膠原，但不表達x型膠原。iashina等4在低強度超聲波對椎間盤細胞增殖及蛋白聚糖合成影響的實驗研究中，用兔椎間盤細胞進展藻酸鹽凝膠、瓊脂糖和膠原凝膠。her等5研究發(fā)現(xiàn)，膠原凝膠比藻酸鹽凝膠更適于培養(yǎng)纖維環(huán)細胞。新型三位支架也用于椎間盤組織工程研究，如ang等6采用二相彈性支架材料較

6、為先進，其外相支架由環(huán)狀脫鈣骨基質明膠(bg)構成，內(nèi)相支架由同心狀、種入軟骨細胞的聚已酸內(nèi)酯蘋果酸三醇(ppl)構成，分別模擬外、內(nèi)層纖維環(huán)，實驗結果顯示該二相支架有良好的機械強度和生物相容性。1.2椎間盤組織塊模型牛尾椎間盤被視為適于研究腰椎間盤的生物力學模型。牛尾椎間盤(直徑為1422，厚510)與人腰椎間盤外形相似，牛尾肌肉組織保持其椎間盤承受一定的壓力，這種壓力與人腰椎間盤在俯臥時承受的壓力相近(0.10.3pa)。lee等7在體外培養(yǎng)牛椎間盤，并使牛椎間盤細胞的活力和生物合成才能維持了1周，但發(fā)現(xiàn)需在靜止壓力下進展培養(yǎng)，必須去除上下椎體終板。gantenbein等8提出牛椎間盤模型

7、的改良方法，如應用周期性壓力以影響其對流運輸，或應用抗凝膠劑減少凝膠構造等。許多學者利用動物的椎間盤進展體外組織塊培養(yǎng)。feng等9進展體外髓核組織的移植培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)髓核組織在培養(yǎng)14d后表達型膠原和蛋白聚糖的才能比新穎髓核強，該模型還適用于病毒或質粒轉染的研究。徐潤冰等10用藻酸鹽凝膠培養(yǎng)兔椎間盤組織塊模型，發(fā)現(xiàn)煙酰胺能減輕腫瘤壞死因子(taf)-對纖維環(huán)基質的破壞作用，這與煙酰胺可減少半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(aspase)-3依賴的纖維環(huán)細胞凋亡有關。此外，saer等11進展鼠椎間盤培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)鼠椎間盤在機械力學性質上與鼠腰椎間盤存在較大差異，這在延伸頸、腰或尾部椎間盤的研究結論時必須考慮。2

8、動物體內(nèi)模型2.1機械力學模型最常用的機械性干預為增加、減少壓力負荷，增加、減少活動或損傷。在施加可變壓力的模型中，壓力分為持續(xù)性壓力和周期性不同頻率的壓力。stkes等12進展椎間盤退變的壓力和活動性之間關聯(lián)的回憶性研究，指出許多機械性干預都只注意到改變壓力或活動，但忽略了應用壓力裝置也會降低椎間盤的活動性，而這是導致椎間盤退變的原因之一。在體內(nèi)機械性干預模型中，尾椎間盤因易干預、對周圍組織損傷小等優(yōu)點而被較多采用。小鼠、兔和牛的尾椎間盤干預模型較常用，包括早期的強迫性尾部彎曲模型、應用外部裝置產(chǎn)生動力軸向加壓模型及非對稱加壓模型等。動物尾椎間盤作為研究人椎間盤的模型，存有爭議：其機械負荷與

9、人腰椎間盤有差異。通常認為動物尾部承受的壓力(尤其是壓縮性壓力)小于人脊柱所產(chǎn)生的壓力，但shia等報道牛尾椎間盤的膨脹性壓力與人腰椎間盤類似，并指出牛尾椎間盤的壓縮性壓力很可能與人腰椎間盤類似。其解剖構造與人腰椎間盤有差異。有學者認為動物尾椎間盤較小較圓，厚度大于人椎間盤，但ellitt等13報道指出，鼠、兔、人椎間盤的外形和機械性行為根本相似。其生化和代謝與人椎間盤不同。除尾椎間盤外，頸、腰椎間盤也常被用于構建體內(nèi)模型。熊曉芊等14采用在兔腰椎間盤上、下椎體進展固定加壓的可控壓力退變模型來研究壓力對纖維環(huán)能量代謝的影響，發(fā)現(xiàn)持續(xù)壓力可顯著進步能量代謝相關基因低氧誘導因子(hif)-1、葡萄

10、糖轉運蛋白1(glut1)和血管內(nèi)皮生長因子(vegf)的表達，這三種基因對纖維環(huán)在壓力損傷下的適應和修復起重要作用。tapier等15對置于液壓伺服測試裝置上的豬頸椎間盤進展軸向和成角負荷試驗，認為椎間盤退變的進展過程是從髓核沿纖維環(huán)內(nèi)層小裂隙逐漸向外擠壓所致，而這與纖維環(huán)損傷理論不同。2.2外傷模型脊柱的力學改變和纖維環(huán)損傷在人椎間盤退變中起重要作用。流行病學研究證實，脊柱受力和椎間盤退變之間存在關聯(lián)，一些動物模型中可觀察到在外力經(jīng)常作用的部位易發(fā)生椎間盤退變。破壞各種椎骨關節(jié)面和棘突來誘導脊柱失穩(wěn)引發(fā)椎間盤退變所需要的時間不一致，且脊柱可能隨著時間延長而發(fā)生纖維環(huán)性穩(wěn)定，影響建模。脊柱局

11、部交融會導致鄰近節(jié)段活動增加及椎間盤退變，但構建基于這種原理的退變模型需行手術并只能誘導單節(jié)段發(fā)病，而且這種手術技術很難廣泛應用于實驗室。應用較廣泛的手術模型是纖維環(huán)損傷模型。key等早在1948年用手術刀刺穿動物椎間盤來誘導椎間盤退變，這種刺穿模型可分為全纖維環(huán)損傷模型和淺表纖維環(huán)損傷模型，前者誘導椎間盤退變的速度較快。ki等16認為全纖維環(huán)損傷模型可作為研究椎間盤再生和治療(如生長因子)的較好選擇。淺表纖維環(huán)損傷模型誘導椎間盤退變的速度較慢，但其包含了椎間盤自然退變的過程。elrse等17認為淺表纖維環(huán)損傷模型適用于研究椎間盤退變的病理生理過程。在兔椎間盤損傷模型中，兔椎間盤纖維環(huán)在針刺傷

12、后28周內(nèi)就出現(xiàn)修復和退變的改變，這些改變可通過放射學檢查量化記錄，其退變原因可能與纖維環(huán)損傷后椎間盤內(nèi)脊索細胞、髓核細胞等發(fā)生組織學改變有關。羊椎間盤損傷模型的建模時間較兔椎間盤損傷模型明顯延長，前者終板微血管的改變、小關節(jié)的骨關節(jié)炎和椎間盤細胞的代謝病理變化在損傷后69個月才變得明顯。2.3酶化學模型有學者提出對椎間盤進展蛋白酶消化或去除其糖胺聚糖(gag)多肽鏈，如注射木瓜凝乳蛋白酶或硫酸軟骨素裂解酶，這可能是一種有效模擬椎間盤退變的方法。ltz18在直視下向椎間盤髓核內(nèi)注射1g木瓜凝乳蛋白酶，注射后3周x線片顯示椎間隙變窄，ri顯示t2加權像信號強度降低，提示椎間盤退變。雖然蛋白酶注射

13、法可導致椎間盤基質中蛋聚糖喪失，但在生理狀態(tài)下哺乳動物的椎間盤細胞不能產(chǎn)生木瓜凝乳蛋白酶或硫酸軟骨素裂解酶，且酶化學模型不能完全模擬退變椎間盤中蛋白聚糖喪失的典型改變，故此方法并不能很好的模擬椎間盤的生理退變。大劑量木瓜凝乳蛋白酶的蛋白水解活性會對椎間盤造成大面積破壞，只有使用最正確劑量才能產(chǎn)生理想的效果，單次最正確劑量還未確定。還有學者采用直接浸泡法建模。rberts等19將牛尾椎間盤置于含不同濃度的蛋白水解酶-胰島素-木瓜蛋白酶混合物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)3周，以構建退變模型，結果發(fā)現(xiàn)處理組與對照組相比，前者椎間盤中央?yún)^(qū)易染性喪失、糖胺聚糖含量下降，認為該模型對治療椎間盤退變新方法的研究具有一定意

14、義。2.4缺血模型營養(yǎng)障礙被視為椎間盤退變的原因之一，但在正常椎間盤內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)。huttn等20進展犬椎間盤缺血模型的研究，向實驗組椎間盤單側或雙側終板處注射骨水泥誘導血供障礙，注射后70周實驗組椎間盤與對照組相比，未見明顯的退變性改變，未記錄這種干預方法所致營養(yǎng)物質運輸?shù)囊种屏?。krebs等21進展羊模型試驗來觀察多節(jié)段椎體成形術對椎間盤的影響，術后12個月發(fā)現(xiàn)與早期椎間盤退變相關的組織學修復改變，此實驗也未評估有椎體成形術所引起的營養(yǎng)物質運輸?shù)母淖?。erf等22建立羊椎間盤營養(yǎng)障礙誘導椎間盤退變模型。切斷終板血供并植入鈦制薄片以阻止血管再生，證實此種干預措施可嚴重影響終板的血流灌注，并與對

15、照組相比后抑制因子一氧化氮(n2)與此種改變相關；還觀察了此種干預措施的力學影響，發(fā)現(xiàn)髓核在生理上承受的軸向負荷并未改變。雖然缺血性干預措施的長期作用還有待觀察，但它提示了營養(yǎng)障礙在椎間盤退變中起作用的重要信息。此外，缺血模型對于評估新的椎間盤退變和修復的生物學干預措施也有重要意義。2.5基因敲除模型基因敲除模型較適于研究退變椎間盤內(nèi)特定的蛋白突變，比方單倍體蛋白聚糖低表達的小鼠頸椎間盤退變模型。sahlan等23研究l2a1基因(編碼型膠原)在小鼠生長發(fā)育和椎間盤退變中的作用，結果顯示l2al基因敲除組小鼠的四肢、頭部和脊柱骨骼較正常小鼠短小，終板不規(guī)那么增厚，纖維環(huán)、終板和椎骨內(nèi)糖胺聚糖含

16、量較正常小鼠少，并出現(xiàn)與人類相似的椎間盤退行性改變?；蚯贸Ｐ驮谧甸g盤退變研究方面是否能廣泛應用，還有待證明。2.6吸煙模型da等24進展鼠被動吸煙模型的研究，制作了被動吸煙裝置，并將8周齡鼠置于其中被動吸煙，8周后檢測鼠血中尼古丁程度并觀察鼠椎間盤細胞，發(fā)現(xiàn)吸煙可使細胞炎性因子分泌增加和細胞分解活動增強，提示吸煙可能與椎間盤退變相關。net等25的鼠吸煙模型研究也提示吸煙可能與椎間盤退變有關。3結語椎間盤退變的實驗動物模型是一項長期的探究性工作，它是研究椎間盤退變發(fā)活力制和治療的基矗目前國內(nèi)外報道的動物體內(nèi)、體外模型各有應用局限，尚無公認的完全模擬人椎間盤退變的標準模型。研究椎間盤退變及修

17、復的動物模型關鍵在于確立動物椎間盤退變模型和人椎間盤退變之間的相關性和可比性。隨著近年來對各種動物椎間盤退變模型研究的進展，對椎間盤退變生物學機制的研究也將更深化，對動物椎間盤退變模型的研究意義那么更重大，任務更重?！緟⒖嘉墨I】1ihiurak,tsujih,atsuih，etal.ellultureftheintervertebraldisfrats，fatrsinflueningulture,prteglyan.llagen,and,dexyribnuleiadsyntbesisj.jspinedisrd,1991，4:428-436.2preradvia,kleinpeterg,feih

18、tingerh,etal.quantitatinfllageni,llagenii，andaggreanrnaandexpressinftherrespndingprteinsinhuannuleuspulpsusellsinndayerulturesellj.tissueres,2022,3:459-464.3ganj,duheynep,vresilviej,ervertebraldistissueengineerinii，ulturesfnuleuspulpsusellsj.linrthp,2022,411:315-324.4iashinat,hidaj,iyazakjt,

19、etal.l-intensitypulsedultrasundstiulatesellprliferatinandprteglyanprdutininrabbitinintervertebraldisellsulturedinalginatej.biaterials,2022,3:354-361.5herha,rbertss,bielbyr,etal.ellsfrdifferentreginsftheintervertebraldis-effetfulturesystenatrixexpressinandellphentypespinej.2002,10:1018-1028.6angy,fen

20、gg,shenfh,etal.biphasifrannulusfibrsustissueregeneratinj.baterials,2022,6:643-652.7leer,latridisj,pvedal,etal.invitrrganulturefthebvineintervertebraldis，effetsfvertebralendplateandptentialfrehanbilgystudiesj.spine,2022,5:515-522.8gantenbeinb,grunhagent,leer,etal.invitrrganultuningsystefrintervertebr

21、aldisexplantsithvertebralendplates：afeasibilityithvineaudaldisj.spine,2022,23:2665-2673.9fengg,any,shenfh,etal.nuleuspulpsusexplantulturedelj.jrthpres,2022.10徐潤冰，邵增務，熊曉芊，等.煙酰胺對腫瘤壞死因子誘導纖維環(huán)基質降解的抑制作用j.中國組織工程研究與臨床康復，2022，2：305-308.11saerjj,ellittd.ehanialdifferenesbeteenlunberandtaildisintheusej.jrbpres

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24、rsej,rbertss,siths,etal.inreasednerveandbldvesselingrthassiatedithprteglyandepletininanvineanularlesindlefexperientaldisdegeneratinj.spine,2002,12:1278-1285.18ltzj.anialdelsfintervertebaldisdegeneratin：lessnslearnedj.spine,2022,23:2742-2750.19rbertss,enagej,sivans,etal.bvineexliantdelfdegeneratinftheintervertebraldisj.busulskeletdisrd,2022,9:24.20huttn,urakaih,lij,etal.theeffetfblkinganutrititnalpeathayttheintervertebraldisinthedgdelj.jspinedisrdteh,2022,1:53-63.21krebsj,fergusnsj,gssb