椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進(jìn)展的論文

1、椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進(jìn)展的論文椎間盤退變模型研究現(xiàn)狀與進(jìn)展【關(guān)鍵詞】 椎間盤退變動(dòng)物模型進(jìn)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(xué)機(jī)制尚不明確，構(gòu)建椎間盤退變模型是研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。近年來國內(nèi)外報(bào)道的新型椎間盤模型分為動(dòng)物體外模型和動(dòng)物體內(nèi)模型兩大類。動(dòng)物體外模型包括椎間盤細(xì)胞模型和椎間盤組織塊模型；動(dòng)物體內(nèi)模型有機(jī)械力學(xué)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(jìn)展作一綜述。 【關(guān)鍵詞】 椎間盤退變動(dòng)物模型進(jìn)展study progress of animal model about intervertebral disc degenerationl

2、v ming,zhang ying,peng bao-gan.graduated department of liaoning medical college,121001,china abstract:the disc degeneration disease has been main research focus in spinal surgery, but the pathogenesis of disc degeneration is still not clear. appropriate animal models are important for the study of p

3、athogenesis of disc degeneration. presently, models of disc degenetation are mainly classified into two categaries:vitro models and vivo models.the animal vitro models include disc cell models and disc tissue models.the vivo models include mechanics models and trauma models.this review tries to give

4、 a short introduction about the status and progress of animal model about disc degeneration. key words：disc degeneration; animal model; congress 椎間盤退變性疾病(disc degeneration disease,ddd)是中老年人的常見病和多發(fā)病，隨著人們勞動(dòng)方式和生活方式的改變，椎間盤退變的發(fā)病正逐年上升，且有年輕化的趨勢(shì)。wwW.11665.cOM雖然國內(nèi)外相關(guān)研究較多，但病因和發(fā)病機(jī)制尚不完全明確。而在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上復(fù)制椎間盤退變，通過對(duì)動(dòng)物模型

5、的研究，來揭示椎間盤退變的病因和發(fā)病機(jī)制等，有必要建立可靠的椎間盤退變模型。本文對(duì)國內(nèi)外報(bào)道的椎間盤退變動(dòng)物模型作一綜述。 1 動(dòng)物體外模型1.1 椎間盤細(xì)胞模型 椎間盤細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)技術(shù)旨在研究椎間盤細(xì)胞的生物學(xué)行為和不同刺激或干預(yù)對(duì)椎間盤細(xì)胞產(chǎn)生的影響。椎間盤細(xì)胞培養(yǎng)主要分為平面培養(yǎng)和三維培養(yǎng)。ichimura等1較早進(jìn)行鼠髓核細(xì)胞和纖維環(huán)細(xì)胞的平面培養(yǎng)。preradovic等2進(jìn)行人椎間盤髓核細(xì)胞的平面培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)原代細(xì)胞的、型膠原及蛋白聚糖(aggrecan)mrna表達(dá)水平較低，傳代細(xì)胞的型膠原及蛋白聚糖mrna水平保持穩(wěn)定，但型膠原mrna表達(dá)水平持續(xù)降低。平面培養(yǎng)的椎間盤細(xì)胞的形態(tài)

6、維持不佳，活力下降快，基質(zhì)蛋白表達(dá)不穩(wěn)定。 在三維培養(yǎng)方面，gan等3從成年兔椎間盤分離出髓核細(xì)胞進(jìn)行平面培養(yǎng)，傳代細(xì)胞轉(zhuǎn)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(xì)胞與體內(nèi)髓核細(xì)胞一樣，均可表達(dá)白聚糖和cd44，表達(dá)i、型膠原，但不表達(dá)x型膠原。iwashina等4在低強(qiáng)度超聲波對(duì)椎間盤細(xì)胞增殖及蛋白聚糖合成影響的實(shí)驗(yàn)研究中，用兔椎間盤細(xì)胞進(jìn)行藻酸鹽凝膠、瓊脂糖和膠原凝膠。homer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(xì)胞。新型三位支架也用于椎間盤組織工程研究，如wang等6采用二相彈性支架材料較為先進(jìn)，其外相支架由環(huán)狀脫鈣骨基質(zhì)明膠(bmg)構(gòu)成，內(nèi)相支架由同心狀、種入軟

7、骨細(xì)胞的聚已酸內(nèi)酯蘋果酸三醇(ppclm)構(gòu)成，分別模擬外、內(nèi)層纖維環(huán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該二相支架有良好的機(jī)械強(qiáng)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(xué)模型。牛尾椎間盤(直徑為1422 mm，厚510 mm)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(shí)承受的壓力相近(0.10.3 mpa)。lee等7在體外培養(yǎng)牛椎間盤，并使牛椎間盤細(xì)胞的活力和生物合成能力維持了1周，但發(fā)現(xiàn)需在靜止壓力下進(jìn)行培養(yǎng)，必須去除上下椎體終板。gantenbein等8提出牛椎間盤模型的改進(jìn)方法，如應(yīng)用周期性壓力以影響其對(duì)流運(yùn)輸，或應(yīng)用

8、抗凝膠劑減少凝膠結(jié)構(gòu)等。許多學(xué)者利用動(dòng)物的椎間盤進(jìn)行體外組織塊培養(yǎng)。feng等9進(jìn)行體外髓核組織的移植培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)髓核組織在培養(yǎng)14 d后表達(dá)型膠原和蛋白聚糖的能力比新鮮髓核強(qiáng)，該模型還適用于病毒或質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的研究。徐潤(rùn)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(duì)纖維環(huán)基質(zhì)的破壞作用，這與煙酰胺可減少半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3依賴的纖維環(huán)細(xì)胞凋亡有關(guān)。此外，sawer等11進(jìn)行鼠椎間盤培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)鼠椎間盤在機(jī)械力學(xué)性質(zhì)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(jié)論時(shí)必須考慮。 2 動(dòng)物體內(nèi)模型2.1 機(jī)械力學(xué)模型 最常用的

9、機(jī)械性干預(yù)為增加、減少壓力負(fù)荷，增加、減少活動(dòng)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。stokes等12進(jìn)行椎間盤退變的壓力和活動(dòng)性之間關(guān)聯(lián)的回顧性研究，指出許多機(jī)械性干預(yù)都只注意到改變壓力或活動(dòng)，但忽略了應(yīng)用壓力裝置也會(huì)降低椎間盤的活動(dòng)性，而這是導(dǎo)致椎間盤退變的原因之一。在體內(nèi)機(jī)械性干預(yù)模型中，尾椎間盤因易干預(yù)、對(duì)周圍組織損傷小等優(yōu)點(diǎn)而被較多采用。小鼠、兔和牛的尾椎間盤干預(yù)模型較常用，包括早期的強(qiáng)迫性尾部彎曲模型、應(yīng)用外部裝置產(chǎn)生動(dòng)力軸向加壓模型及非對(duì)稱加壓模型等。動(dòng)物尾椎間盤作為研究人椎間盤的模型，存有爭(zhēng)議：其機(jī)械負(fù)荷與人腰椎間盤有差異。通常認(rèn)為動(dòng)物尾部承

10、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oshima等報(bào)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。其解剖結(jié)構(gòu)與人腰椎間盤有差異。有學(xué)者認(rèn)為動(dòng)物尾椎間盤較小較圓，厚度大于人椎間盤，但elliott等13報(bào)道指出，鼠、兔、人椎間盤的外形和機(jī)械性行為基本相似。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(gòu)建體內(nèi)模型。熊曉芊等14采用在兔腰椎間盤上、下椎體進(jìn)行固定加壓的可控壓力退變模型來研究壓力對(duì)纖維環(huán)能量代謝的影響，發(fā)現(xiàn)持續(xù)壓力可顯著提高能量代謝相關(guān)基因低氧誘導(dǎo)因子(hif)-1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(glut1)和

11、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vegf)的表達(dá)，這三種基因?qū)w維環(huán)在壓力損傷下的適應(yīng)和修復(fù)起重要作用。tampier等15對(duì)置于液壓伺服測(cè)試裝置上的豬頸椎間盤進(jìn)行軸向和成角負(fù)荷試驗(yàn)，認(rèn)為椎間盤退變的進(jìn)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(xué)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(xué)研究證實(shí)，脊柱受力和椎間盤退變之間存在關(guān)聯(lián)，一些動(dòng)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(guān)節(jié)面和棘突來誘導(dǎo)脊柱失穩(wěn)引發(fā)椎間盤退變所需要的時(shí)間不一致，且脊柱可能隨著時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生纖維環(huán)性穩(wěn)定，影響建模。脊柱部分融合會(huì)導(dǎo)致鄰近節(jié)段活

12、動(dòng)增加及椎間盤退變，但構(gòu)建基于這種原理的退變模型需行手術(shù)并只能誘導(dǎo)單節(jié)段發(fā)病，而且這種手術(shù)技術(shù)很難廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室。應(yīng)用較廣泛的手術(shù)模型是纖維環(huán)損傷模型。key等早在1948年用手術(shù)刀刺穿動(dòng)物椎間盤來誘導(dǎo)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(dǎo)椎間盤退變的速度較快。kim等16認(rèn)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(zhǎng)因子)的較好選擇。淺表纖維環(huán)損傷模型誘導(dǎo)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。melrose等17認(rèn)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)在針刺傷后28周內(nèi)就出現(xiàn)

13、修復(fù)和退變的改變，這些改變可通過放射學(xué)檢查量化記錄，其退變?cè)蚩赡芘c纖維環(huán)損傷后椎間盤內(nèi)脊索細(xì)胞、髓核細(xì)胞等發(fā)生組織學(xué)改變有關(guān)。羊椎間盤損傷模型的建模時(shí)間較兔椎間盤損傷模型明顯延長(zhǎng)，前者終板微血管的改變、小關(guān)節(jié)的骨關(guān)節(jié)炎和椎間盤細(xì)胞的代謝病理變化在損傷后69個(gè)月才變得明顯。2.3 酶化學(xué)模型 有學(xué)者提出對(duì)椎間盤進(jìn)行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仿椎間盤退變的方法。lotz18在直視下向椎間盤髓核內(nèi)注射1 mg木瓜凝乳蛋白酶，注射后3周x線片顯示椎間隙變窄，mri顯示t2加權(quán)像信號(hào)強(qiáng)度降低，提示椎間盤退變。雖然蛋白酶注射法可

14、導(dǎo)致椎間盤基質(zhì)中蛋聚糖丟失，但在生理狀態(tài)下哺乳動(dòng)物的椎間盤細(xì)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(xué)模型不能完全模擬退變椎間盤中蛋白聚糖丟失的典型改變，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(huì)對(duì)椎間盤造成大面積破壞，只有使用最佳劑量才能產(chǎn)生理想的效果，單次最佳劑量還未確定。還有學(xué)者采用直接浸泡法建模。roberts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(gòu)建退變模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組與對(duì)照組相比，前者椎間盤中央?yún)^(qū)易染性丟失、糖胺聚糖含量下降，認(rèn)為該模型對(duì)治療椎間盤退變新方法的研究具有一定意義。2

15、.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)。hutton等20進(jìn)行犬椎間盤缺血模型的研究，向?qū)嶒?yàn)組椎間盤單側(cè)或雙側(cè)終板處注射骨水泥誘導(dǎo)血供障礙，注射后70周實(shí)驗(yàn)組椎間盤與對(duì)照組相比，未見明顯的退變性改變，未記錄這種干預(yù)方法所致營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)囊种屏?。krebs等21進(jìn)行羊模型試驗(yàn)來觀察多節(jié)段椎體成形術(shù)對(duì)椎間盤的影響，術(shù)后12個(gè)月發(fā)現(xiàn)與早期椎間盤退變相關(guān)的組織學(xué)修復(fù)改變，此實(shí)驗(yàn)也未評(píng)估有椎體成形術(shù)所引起的營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)母淖?。werf等22建立羊椎間盤營養(yǎng)障礙誘導(dǎo)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(shí)此種干預(yù)措施可嚴(yán)重影響終板的血流灌注，并與

16、對(duì)照組相比后抑制因子一氧化氮(n2o)與此種改變相關(guān)；還觀察了此種干預(yù)措施的力學(xué)影響，發(fā)現(xiàn)髓核在生理上承受的軸向負(fù)荷并未改變。雖然缺血性干預(yù)措施的長(zhǎng)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(duì)于評(píng)估新的椎間盤退變和修復(fù)的生物學(xué)干預(yù)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，比如單倍體蛋白聚糖低表達(dá)的小鼠頸椎間盤退變模型。sahlman等23研究col2a1基因(編碼型膠原)在小鼠生長(zhǎng)發(fā)育和椎間盤退變中的作用，結(jié)果顯示col2al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)則增厚，纖維環(huán)、終板和

17、椎骨內(nèi)糖胺聚糖含量較正常小鼠少，并出現(xiàn)與人類相似的椎間盤退行性改變。基因敲除模型在椎間盤退變研究方面是否能廣泛應(yīng)用，還有待證明。2.6 吸煙模型 oda等24進(jìn)行鼠被動(dòng)吸煙模型的研究，制作了被動(dòng)吸煙裝置，并將8周齡鼠置于其中被動(dòng)吸煙，8周后檢測(cè)鼠血中尼古丁水平并觀察鼠椎間盤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)吸煙可使細(xì)胞炎性因子分泌增加和細(xì)胞分解活動(dòng)增強(qiáng)，提示吸煙可能與椎間盤退變相關(guān)。nemoto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(guān)。 3 結(jié)語 椎間盤退變的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型是一項(xiàng)長(zhǎng)期的探索性工作，它是研究椎間盤退變發(fā)生機(jī)制和治療的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外報(bào)道的動(dòng)物體內(nèi)、體外模型各有應(yīng)用局限，尚無公認(rèn)的完全模擬人椎間

18、盤退變的標(biāo)準(zhǔn)模型。研究椎間盤退變及修復(fù)的動(dòng)物模型關(guān)鍵在于確立動(dòng)物椎間盤退變模型和人椎間盤退變之間的相關(guān)性和可比性。隨著近年來對(duì)各種動(dòng)物椎間盤退變模型研究的進(jìn)展，對(duì)椎間盤退變生物學(xué)機(jī)制的研究也將更深入，對(duì)動(dòng)物椎間盤退變模型的研究意義則更重大，任務(wù)更重?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1ichimura k,tsuji h,matsui h，et al.cell culture of the intervertebral disc of rats，factors in fluencing culture,proteoglycan.collagen,and,deoxyribonucleicaod syntbesisj

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