Smad3和Smad7在大鼠椎间盘退变过程中的表达及相关性分析

背景和目的颈椎病、椎管狭窄、腰腿疼痛等椎间盘退变性疾病（degenerative disc disease,DDD）发病率极高,并且具有明显的增加趋势,解剖学研究表明成年人尸体83%95%存在椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IVDD）。IVDD主要受年龄、遗传、力学、免疫等因素的影响,并最终导致椎间盘内部分子生物特性的改变如细胞凋亡、细胞外基质改变等。白细胞介素（IL）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、转化生长因子-β（TGF-β）等细胞因子在IVDD中的作用有着广泛的研究,而Smad3和Smad7作为TGF-β信号在细胞内的传导介质,关于其在IVDD中的作用的研究相对较少。本实验通过建立动物模型,检测退变椎间盘中Smad3、Smad7的表达情况,观察其在IVDD过程中的变化,分析研究其与IVDD的关系,从而为防治DDD提供新的思路和方法。材料和方法选择成年健康雄性无特定病原体（SPF）级SD大鼠60只,随机分为实验组和对照组,每组再分为1个月、3个月、5个月三个观察阶段,每组每个阶段10只。实验组采用动静力失衡大鼠颈椎椎间盘退变模型,横向切断附着于棘突及椎板的肌肉,然后依次切除颈2至颈7棘突、棘上和棘间韧带,直接缝合;对照组采用假手术处理,仅切开皮后直接缝合。分别于1个月、3个月、5个月时处死大鼠,取出颈椎椎间盘;采用HE染色观察分析IVDD程度;采用免疫组织化学法检测Smad3和Smad7蛋白的表达;采用RT-PCR技术检测Smad3和Smad7m RNA表达。数据采用SPSS21.0软件进行统计分析。结果1.一般情况:在实验过程中实验组大鼠1月死亡2只,2月死亡1只,对照组1月死亡1只。2.大鼠椎间盘组织学评分:实验组三个阶段椎间盘组织学评分分别为（1.67±1.23、3.56±1.13、4.44±0.88）高于对照组（0.56±0.73、0.78±0.83、1.22±0.97）,差异有统计学意义（P<0.05）;实验组大鼠椎间盘细胞数目普遍少于对照组并且排列不整齐,纤维环出现纤维排列不整齐,纤维环和髓核边界模糊,板层结构出现裂隙,髓核胶样结构内脊索细胞丢失,软骨样细胞增多,髓核粘液样变,裂隙形成等,椎间盘内出现成骨反应,上述情况随时间增加而加重;对照组椎间盘纤维环及髓核细胞排列相对整齐,裂隙、粘液样变、成骨反应较轻,三个阶段差异较小。3.大鼠椎间盘Smad3、Smad7蛋白表达情况:实验组三个阶段Smad3蛋白的表达（22.90±2.72、33.52±4.99、46.48±10.42）均高于对照组（18.13±3.09、19.06±5.06、20.96±3.38）,差异有统计学意义（P<0.05）;实验组三个阶段Smad7蛋白的表达（18.61±7.52、42.68±15.50、24.46±9.20）均高于对照组（11.44±3.75、14.46±6.43、15.08±6.31）,差异有统计学意义（P<0.05）;实验组1、3、5个月Smad3蛋白各阶段表达差异均有统计学意义（P<0.05）,实验组Smad7蛋白1月和3月、3月和5月表达差异有统计学意义（P<0.05）;实验组Smad7蛋白1月和5月表达及对照组Smad3、Smad7蛋白各阶段表达水平差异均无统计学意义（P>0.05）。4.大鼠椎间盘Smad3、Smad7 m RNA表达情况:实验组三个阶段Smad3 m RNA表达（0.441±0.111、0.532±0.153、0.794±0.090）均高于对照组（0.346±0.101、0.409±0.122、0.413±0.114）,差异有统计学意义（P<0.05）;实验组三个阶段Smad7 m RNA表达（0.351±0.124、0.610±0.206、0.430±0.165）均高于对照组（0.181±0.066、0.208±0.072、0.223±0.089）,差异有统计学意义（P<0.05）;实验组1月和5月、3月和5月Smad3 m RNA表达水平差异有统计学意义（P<0.05）,实验组Smad3 m RNA 1月和3月及对照组各阶段表达水平差异无统计学意义（P>0.05）;实验组Smad7 m RNA 1月和3月、3月和5月表达差异有统计学意义（P<0.05）,实验组Smad7 m RNA 1月和5月表达及对照组各阶段表达水平差异均无统计学意义（P>0.05）。5.大鼠椎间盘组织学评分及Smad3、Smad7表达情况相关性分析:大鼠椎间盘Smad3蛋白和m RNA表达与组织学评分关联系数分别为r=0.527、r=0.640,两者呈正相关,有统计学意义（P<0.05）;Smad7蛋白和m RNA表达与椎间盘组织学评分相关系数分别为r=0.118、r=0.276,无统计学意义（P>0.05）;Smad3和Smad7蛋白表达相关系数为r=0.203,无统计学意义（P>0.05）;Smad3和Smad7 m RNA表达相关系数为r=0.249,无统计学意义（P>0.05）;椎间盘中Smad3的表达与椎间盘退变呈正相关,而Smad7的表达随着椎间盘退变的加重及Smad3表达的增高先增高后又呈现下降趋势。结论1.Smad3在退变的椎间盘中呈高表达状态,其表达与IVDD程度呈正相关。2.Smad7在退变的椎间盘中呈高表达状态,其表达随IVDD加重先呈增高趋势后呈下降趋势。3.Smad3和Smad7在IVDD过程中无明确的相关性,但Smad7的表达随着Smad3的表达先呈增高趋势后呈下降趋势,两者在IVDD中的表达不仅只受对方的反馈调节。4.调节Smad3和Smad7在椎间盘中的表达可能为IVDD的防治提供新的方法。