小鼠椎间盘退变模型实验进展

转化医学电子杂志（Ｅ⁃ＪＴｒａｎｓｌＭｅｄ）２０１８，５（３）

·综述·ＤＯＩ：１０．１２０９５／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５⁃６８９４．２０１８．０３．０１１

小鼠椎间盘退变模型实验进展

刘佳鑫１，崔　颖２，徐海栋２

（１维吾尔族自治区昌吉市９３８６４医院，昌吉８３１１１２；２南京军区南京总医院，江苏南京２１０００２）

Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｍｏｕｓｅｄｉｓｃｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ

ＬＩＵＪｉａ⁃Ｘｉｎ１，ＣＵＩＹｉｎｇ１，ＸＵＨａｉ⁃Ｄｏｎｇ２

１

９３８６４ＭｉｌｉｔａｒｙＨｏｓｔｉｐａｌ，Ｃｈａｎｇｊｉ８３１１１２，Ｃｈｉｎａ；２ＮａｎｊｉｎｇＧｅｎｅｒａｌＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＭｉｌｉｔａｒｙＣｏｍｍａｎｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００２，Ｃｈｉｎａ

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｎｉｍａｌｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ａｔｐｈｙｓｉｃａｌｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌ，ｇｅｎｅｋｎｏｃｋｏｕｔｍｏｄｅｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｍｏｄｅｌｓａｎｄｉｔｓｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃ；ａｎｉｍａｌｍｏｄｅｌ；ｉｎｊｕｒｙ

ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍｏｕｓｅｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｙｐｅｓ；ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌ，

【摘　要】建立动物椎间盘退变模型是研究椎间盘退行性变的重要方式。目前常用的小鼠椎间盘退变模型分为生物力学模型、物理损伤模型、基因敲除模型和化学损伤模型。本文就以上几种模型的内容及其特点作一综述。【关键词】椎间盘退变；动物模型；损伤【中图分类号】Ｒ６８１．５　　　【文献标识码】Ａ

０　引言

腰椎间盘突出是一种比较常见的疾病，而且随着社会节奏的加快，该病患者人数每年都有所增长，且呈现出年轻化发展的趋势［１］。随着人年龄的增长，椎间盘会逐渐发生退变，纤维环和髓核的含水量逐渐下降，髓核失去弹性，纤维环逐渐出现裂隙。由于其发病机制尚不明确，防治手段尤其是预防手段尚不完善。所以，建立有效、成熟的动物模型能够帮助我们更好地了解和研究该病的发病机制，并对治疗提供新的策略和方法。

因小鼠椎间盘与人类椎间盘在生理结构和病理改变上具有相似性，同时小鼠饲养周期较短，存活率较高，故使用小鼠建立椎间盘退变模型最为理想。本文旨在讨论一些近年来常用的、成功率较高的椎间盘退变模型实验进展。

其他方式改变小鼠的活动方式，使其变成与人类相同的双足直立，以此来改变其脊柱的生物力学状态，椎间盘因压力的增大和方向的变化逐渐发生退变，这与人类椎间盘退变的机制基本相同。刘盾等［２］将幼鼠双前肢血管及神经束结扎，然后将肱骨截断，缝合伤口后继续饲养。六月龄时处死并提取椎间盘标本，经染色后观察，髓核出现皱缩，与纤维环界限不清，椎体表面产生裂痕，软骨终板出现钙化，腰椎间盘软骨细胞发生变性、坏死，椎间盘高度降低。免疫荧光检测显示：ＣｏｌｌａｇｅｎⅠ、ＣｏｌｌａｇｅｎⅩ、ＴＮＦ⁃α阳性细胞比例较正常小鼠均有明显升高。

１．２　椎间盘加压模型　通过在小鼠腰椎上直接增大压力会导致小鼠椎间盘间压力增大，进而增大了髓核之间的压力，纤维环的压力也随之增大，当外界压力超过椎间盘所承受的压力上限时纤维环会逐渐发生破裂，髓核突出并发生退变。在此压力增大的基础上，髓核细胞会发生凋亡，纤维环破裂，融媒体的活性相应增加。Ｌｉｎｄｂｌｏｍ［３］构建了世界上最早的椎间盘

１　生物力学模型

１．１　去双前肢直立模型　去双前肢是指通过手术或

收稿日期：２０１７－０１－０２；接受日期：２０１７－０１－２０

基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（８１５０１９２５）；中国博士后科学基金（２０１６Ｍ５９３０３８）作者简介：刘佳鑫。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉａｘｉｎｌｉｕ１０１３＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ

通讯作者：徐海栋。博士，副主任医师。研究方向：脊柱外科、生物材料。Ｅ⁃ｍａｉｌ：Ｘｕｈａｉｄｏｎｇ１９８０＠１６３．ｃｏｍ

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加压模型。孙春光等［４］通过手术方法，以尾椎Ｃ５、Ｃ６为中心，将两枚交叉克氏针钻入尾椎。相继固定定制碳纤维环于交叉克氏针上，给予弹簧螺帽固定加压。压缩４枚弹簧均为１０ｍｍ／ｋｇ体质量（模拟小鼠直立行走时腰椎所承受的自身体质量）弹。术后两个月在ＭＲＩ下发现椎体间椎间盘信号强度呈低强度改变，椎体周围纤维环弯曲变形，椎间盘部位出现压迹。

生物力学模型其优势在于能很好地模拟人类脊柱的生理特性，使小鼠椎间盘退变符合人类椎间盘退纤维环建立椎间盘退变模型是一种经济有效、操作简便、成功率高、重复性好的方法，模型椎间盘的缓慢退变与人类椎间盘退变的发展规律相似。

２．２　脊柱失稳模型　在脊柱的稳定因素中，骨骼和韧带维持关节平衡和稳定的作用称为静力平衡，肌肉维持该作用称为动力平衡。脊柱失稳法是通过手术切除脊柱的棘突、关节突、椎板间韧带等结构，破坏静力平衡和动力平衡，改变正常脊柱和椎间盘的受力大小和分布，从而间接诱发ＩＤＤ发生。Ｍｉｙａｍｏｔｏ变的过程，可重复性高，可控性强。

２　物理损伤模型

２．１　纤维环穿刺法　纤维环穿刺法是目前最常用的动物椎间盘造模方法。通过纤维环穿刺可以同时损伤纤维环和髓核，导致椎间盘的高度显著下降，硬度明显降低，同时内部压力减小

［５］

鼠麻醉后在Ｘ线引导下用２０ｇ针经皮穿入。Ｉｓｓｙ等

［６］

将Ｗｉｓｔａｒ

６－７、８－９尾椎椎间盘。针头穿过髓核直到对侧纤维环，然后３６０°ＭＲＩ旋转两次使用苏木素染色和胶原纤维取向进行组织学检查引导下测量损伤，静置３０７、３０ｓ后拔出ｄ后的椎间盘高度。之后，在Ｘ。线和同时。

最终影像学与组织学评分都能表明椎间盘的显著退变。Ｏｈｎｉｓｈｉ等［７］在经典纤维环穿刺的基础上加以改进，利用Ｍｉｃｒｏ⁃ＣＴ对小鼠Ｌ４⁃５椎间盘进行平面重建，确定椎间盘上的针刺区域。为了明确针刺的位置，将椎间盘平面正中的矢状径分为三部分，同心椭圆为中心区（ｃｅｎｔｒａｌ），外围被分成腹侧（ｖｅｎｔｒａｌ）和背侧（ｄｏｒｓａｌ）（图１）。

图１　椎间盘平面示意图

　盘发生退变性改变　数周后处死小鼠，将针刺部位椎间盘固定，通过ＭＲＩ分析证实针刺椎间、包埋、切片、染色后利用四种经典组织学分析方法分析，证明其退变性改变。这种通过针刺损伤中心区域的方法更有效地损伤纤维环，导致椎间盘的退变。利用针刺

等［８］建立了小鼠的脊柱失稳椎间盘模型，主要是咬除棘突组织并同时松解椎旁肌肉组织，对模型行免疫组化及影像学检查发现骨赘增生，纤维结缔组织形成，纤维环破碎。陈德胜等［９］通过切除鼠Ｌ１⁃Ｌ６棘突，关节突，棘上、棘间韧带，切断双侧竖脊肌来破坏脊柱后柱的稳定性。在Ｘ线下发现，与对照组相比，实验组椎间隙狭窄，椎体不稳，软骨终板钙化。病理示髓核细胞减少，外周纤维环纤维化样变。

３　基因敲除模型

相比于手术方法获得小鼠椎间盘模型，基因敲除模型具有数量多，可控性强等优点。目前报道的基因敲除模型主要分为两类，一类是敲除对椎间盘结构决定性的相关基因，例如Ｃｏｌ９ａ１［１０］糖［１１］基因进。还有一类是对椎间盘正常代谢过程中的相关、双糖链蛋白聚行敲除，如核苷酸切除修复交叉互补基因（ＥＲＣＣ１）［１２］失会导致早衰症或者是疾病的加速进展。ＤＮＡ切除修复基因ＥＲＣＣ１⁃ＸＰＦ，影响到皮的缺肤、神经系统、肾脏、肝脏、肌肉骨骼、血液和内分泌系统［１３］都会加速小鼠的老化。相似的，Ｅｒｃｃ１［１４和－１６］ＸＰＦ苷酸切除修复交叉互补基因和着色性干皮病基因，Ｈｅｒｎ􀅡ｎｄｅｚ之中任何一个的缺失等［１７］将缺乏核的小鼠模型和野生型老鼠共同饲养，２０周后在Ｍｉｃｒｏ⁃ＣＴ复交叉互补基因和着色性干皮病基因的小鼠的椎间

和Ｘ线下进行观察，发现缺乏核苷酸切除修盘减少的高度相当于正常两岁的小鼠，同时会表现出病理性的脊柱后凸，还包括骨矿物质减少，椎体多孔性增加。

基因敲除模型是具有广阔前景的建模办法，其稳定性强，可控性强，可获得模型数量较大。但目前由于技术，其所花费的时间和经费要多于其他方式。

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转化医学电子杂志（Ｅ⁃ＪＴｒａｎｓｌＭｅｄ）２０１８，５（３）

建立［Ｊ］．中国实验外科杂志，２００４，２１（１）：１０５－１０７．

［６］ＩｓｓｙＡＣ，ＣａｓｔａｎｉａＶ，ＣａｓｔａｎｉａＭ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｏｆｉｎｔｅｒ⁃

ＪＭｅｄＢｉｏｌＲｅｓ，２０１３，４６（３）：２３５－２４４．

ｖｅｒｔｅｂｒａｌｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｂｙｎｅｅｄｌｅｐｕｎｃｔｕｒｅｉｎＷｉｓｔａｒｒａｔｓ［Ｊ］．Ｂｒ

４　化学损伤模型

（ＰＢＳ）注入到椎间盘中，４周后在影像学、组织学及免疫组化检测下提示鼠椎间盘发生了退变，同时发现椎间盘退变速度与注入的ＰＢＳ剂量成正相关。Ｍａｎｕ⁃ｓｃｒｉｐｔ［１９］将三个月大的小鼠直接暴露于烟草烟雾中来模拟人类的长期吸烟，结果发现这些小鼠椎间盘内蛋白聚糖含量降低，细胞衰老加快，椎体骨质疏松、终板孔隙度增大，进而导致椎间盘退变。化学损伤模型虽Ｍａｏ等［１８］将不同剂量的磷酸盐缓冲盐溶液

［７］ＯｈｎｉｓｈｉＴ，ＳｕｄｏＨ，ＩｗａｓａｋｉＫ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｉｖｏｍｏｕｓｅｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ

ｄｉｓｃｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎａｎｅｗｈｉｓｔｏｌｏｇｉｃａｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰＬｏＳＯｎｅ，２０１６，１１（８）：ｅ０１６０４８６．

［８］ＭｉｙａｍｏｔｏＳ，ＹｏｎｅｎｏｂｕＫ，ＯｎｏＫ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｅｒｖｉｃａｌｓｐｏｎｄｙｌｏｓｉｓ［９］陈德胜，金群华，李　燕，等．大鼠腰椎间盘退变模型的建立及Ｘ

线和病理学观察［Ｊ］．宁夏医学院学报，２００６，２８（３）：１９９－２０１．ｉｎｔｈｅｍｏｕｓｅ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ，１９９１，１６（１０Ｓｕｐｐｌ）：４９５－５００．

然易操作，创伤小，但实验结果受到单一变量的，同时又不符合人类的生理规律。

５　结语

以上建模方法是目前使用率和成功率较高的几种方法，除此之外，汪国宏等［２０］还利用人巨细胞病毒（ｈｕｍａｎ下见椎间盘组织局部灶性淋巴细胞浸润等慢性炎症ｃｙｔｏｍｅｇａｌｏｖｉｒｕｓ，ＨＣＭＶ）感染小鼠，ＨＥ染色反应，纤维环板层结构紊乱，关节软骨钙化层增厚，大量黏液及泡沫细胞，软骨下血管明显减少，证明了ＨＣＭＶ模型的建立对于了解人椎间盘的退变机制可以感染小鼠椎间盘组织。动物椎间盘退变，对临床治疗和预防人椎间盘退变具有十分重要的的意义。年龄相关导致的变性疾病重要却充满了挑战，因为在人类中受制于研究时间长和样本量的大小，同时要考虑遗传和环境的变量。所以，动物模型的建立在现在以及未来的科研工作中都占据重要角色。【参考文献】

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［１１］ｃｏｌｌａｇｅｎ［Ｊ］．ＦｕｒｕｋａｗａｔｈｅｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅＴ，ＡｒｔｈｒｉｔｉｓＩｔｏＫ，ｐｒｏｃｅｓｓＮｕｋａＲｈｅｕｍ，２００９，６０（９）：２６８４ｉｎＳ，ｍｏｕｓｅｅｔａｌ．ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌＡｂｓｅｎｃｅｏｆｂｉｇｌｙｃａｎ－２６９３．ｔｙｐｅⅨｄｉｓｃ［Ｊａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓ

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］．Ｓｐｉｎｅ，

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３）：

［１５］ＷｅｅｄａｒｅｓｕｌｔｓＧ，ＤｏｎｋｅｒＩ，ｄｅＷｉｔＪ，ｅｔ［１６］ｍａｌｉｔｉｅｓｉｎ杨　斐，ａｎｄａｎｏｖｅｌａｌ．ＤｉｓｒｕｐｔｉｏｎｏｆｍｏｕｓｅＥＲＣＣ１

赵建宁ｓｅｎｅｓｃｅｎｃｅ［Ｊ］．ｒｅｐａｉｒｓｙｎｄｒｏｍｅｗｉｔｈｇｒｏｗｔｈｆａｉｌｕｒｅ，ｎｕｃｌｅａｒａｂｎｏｒ⁃，徐海栋．椎间盘髓核细胞修饰的相关研究进ＣｕｒｒＢｉｏｌ，１９９７，７（６）：４２７－４３９．展［Ｊ］．转化医学电子杂志，２０１７，４（２）：５３－５６．

［１７］Ｍｉｌｌｅｃａｍｐｓｏｆｔｙａｘｉａｌ２０１５，１５（１２）：２５２４ｏｆｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｌｏｗＭ，ｂａｃｋＣｚｅｒｍｉｎｓｋｉｐａｉｎＪＴ，ＭａｔｈｉｅｕＡＰ，ｅｔａｌ．Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌｓｉｇｎｓ

ｄｉｓｃａｎｄｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｔｏｒｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｉｎａｍｏｕｓｅｃｏｒｒｅｌａｔｅｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ｗｉｔｈｔｈｅＳｐｉｎｅｓｅｖｅｒｉ⁃Ｊ，

［１８］ＭａｏｄｉｓｃＨＪ，ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｈｅｎＱＸ，－ｉｎＨａｎ２５３７．

ａｒａｔＢ，ｔａｉｌｅｔａｌ．ｍｏｄｅｌＴｈｅ［ｅｆｆｅｃｔＪ］．Ｓｐｉｎｅ，ｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎ２０１１，ｖｏｌｕｍｅ３６（１６）：

ｏｎ

［１９］Ｅ１０６２Ｗａｎｇ－ｍｕｒｉｎｅＤ，Ｅ１０６９．

ｍｏｄｅｌＮａｓｔｏｏｆｃｈｒｏｎｉｃＬＡ，ＲｏｕｇｈｌｅｙｈｕｍａｎＰ，ｅｔａｌ．Ｓｐｉｎｅｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎａ

［２０］Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，２０１２，２０（８）：８９６汪国宏－９０５．

ｔｏｂａｃｃｏｓｍｏｋｅｒｓ［Ｊ］．Ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ

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－１３１．