椎间盘退变动物模型的建立及评价

【目的】椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IDD)是一个复杂的多因素过程,主要表现为细胞外基质分解增多,基质合成异常,导致水化减少,椎间盘高度丢失,吸收能力下降。椎间盘退变造成的盘源性疼痛是下腰痛的重要原因,但其具体过程和机制尚未完全阐明,因此建立可靠的动物模型显得尤为重要。本研究通过大鼠改良腰椎后路减压并后肢直立法建立椎间盘退变的动物模型,采用影像学、病理组织学和免疫组织化学检测退变相关蛋白等方法对建立的动物模型进行评价,探索构建一种模拟人类直立体位下椎间盘退变的新型动物模型。【方法】48只雌性Wistar大鼠随机分为4个组:A组,假手术非直立组12只;B组,假手术直立组12只;C组,减压非直立组12只;D组,减压直立组12只。假手术A、B组:切开皮肤及筋膜,分离椎旁肌并显露椎板,然后逐层关闭伤口,术后1周B组开始直立;改良腰椎后路减压C、D组:逐层切开皮肤肌肉及筋膜,切除腰1～3棘上韧带、棘间韧带及两侧上下关节突关节,逐层缝合肌肉、皮下及皮肤伤口,术后1周D组开始直立。B、D组大鼠每日直立时间为8个小时,上、下午各4个小时。A组和C组动物正常饲养。设定开始直立后4周、8周、12周分别进行以下评估:取减压节段椎间盘标本,通过HE、Masson及免疫组织化学等染色方法检测四组动物椎间盘组织病理学改变;对各组动物行核磁共振成像(MRI)检查,在T2加权像下观察各组动物腰椎间盘的高度及信号值变化。【结果】1.组织学结果:A组(假手术非直立组)、B组(假手术直立组)HE、Masson染色显示中间的髓核区域与纤维环之间有明显的界限,外层纤维环排列紧密,髓核组织内存在有大量呈均匀分布的正常形态的髓核细胞,A、B两组间组织学特征没有明显区别;C组(减压非直立组)HE、Masson染色显示部分纤维环排列杂乱,失去正常的规则结构;D组(减压直立组)HE、Masson染色显示纤维环存在断裂及破坏,靠近髓核组织的纤维环明显增生,髓核组织被压缩而相应减小,髓核区域缩小。2.退变相关蛋白表达水平:与A组相比较,C组和D组基质金属蛋白酶-2(MMP-2)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)蛋白表达明显增高,缺氧诱导因子(HIF-1α)蛋白表达明显减少,差异具有统计学意义(P<0.05),B组与A组之间无明显差异(P>0.05),4组中,D组蛋白表达水平变化最显著;TUNEL染色结果显示:与A组相比较,C组和D组可见明显的细胞凋亡数增加,出现凋亡小体,差异具有统计学意义(P<0.05),B组与A组之间无明显差异(P>0.05),4组中,D组细胞凋亡数增加最明显,出现大量的凋亡小体。3.影像学结果(核磁共振成像):4周时,影像学变化最明显的是C、D组,L1/2、L2/3椎间盘MRI T2信号呈低强度信号改变,与A组比较明显减低,少部分出现椎间盘向后突出,部分椎间隙变狭窄,D组比C组椎间盘信号值减低更明显,B组变化不明显;8周、12周时,C、D组相比A组椎间盘MRI T2信号均出现明显的退变表现,椎间盘变灰,T2信号值明显降低,差异具有统计学意义(P<0.05),4组椎间盘信号值均随时间进行性减低,D组T2信号值降低最明显,椎间盘退变程度最重,差异具有统计学意义(P<0.05)。【结论】本研究成功应用改良腰椎后路减压并后肢直立的方法建立了大鼠腰椎间盘退变动物模型,观察了大鼠腰椎间盘退变后发生的影像学改变、组织学改变以及免疫组化改变。减压并直立法造模可使腰椎间盘发生进行性退变,尤其手术节段腰椎髓核信号强度明显减低,退变相关蛋白表达水平明显增高。该模型稳定、有效、简便易行。本模型的建立为进一步揭示椎间盘退变的机制和干预,以及进一步研究盘源性腰痛及临床前期治疗提供了可靠的动物模型。