应力改变型椎间盘退变小鼠模型

应力改变模型的建立常常通过改变小鼠的体态或活动方式，使其脊柱特定节段椎间盘受力方式或大小发生改变，从而导致椎间盘退变的发生。

Lotz等［3］利用外部压缩装置在小鼠尾部椎间盘给予负载，分别以0.4 MPa和0.8 MPa压应力施加7天，另外以1.3 MPa压应力分别施加1天、3天和7天后，经DNA断端末端标记 (TUNEL)法检测分析细胞凋亡程度与负载大小和持续时间的关系，发现持续地脊柱非生理性负载造成椎间盘细胞的死亡，且凋亡细胞的数量随负载和时间的增加而增加。Court等［4］通过对小鼠尾部椎间盘施加异常弯曲应力1周后，发现弯曲应力造成椎间盘纤维环细胞凋亡，且聚集蛋白聚糖表达减少优先发生在弯曲凹面，而Ⅱ型胶原基因则是对称性减少。此外，纤维环细胞的凋亡与过度基质压缩存在相关性，其中静态负载对Ⅱ型胶原基因的表达影响较大。Hsieh等［5］通过对小鼠尾部椎间盘分别施加静态压应力1天、4天和7天，发现4天后有活性的金属基质蛋白酶-2增加，然而RTPCR检测发现力学负载1天、4天时金属基质蛋白酶-2基因的表达未发生变化，因此，他们认为持续力学负载诱导金属基质蛋白酶-2的激活，从而使椎间盘基质降解，促使椎间盘退变的发生，而金属基质蛋白酶-2活性的调节主要通过增强分子激活酶原而不是通过提高基因的表达或翻译来实现的 (图6-1)。

Court等［6］采用两根钢针分别钻入小鼠第9、第10尾椎，使其固定在一个特定的角度 (45°)(图6-2)，造成异常的力学负载1周，去除负载后3周、3个月分别处死，发现椎间盘凹面的纤维环细胞丢失，软骨样细胞出现在凹面纤维环的内层，而纤维环的结构和生物力学特征与正常组相比没有统计学差异，表明生理性压力的恢复能在一定程度上防治压力所致的椎间盘内层纤维环退变，但在压力去除后，椎间盘纤维环不能恢复到正常的细胞构成，然而生物力学性能得到恢复，因此相对于基质损害而言，细胞水平的损害是相对独立的。

图6-1　静态压缩装置作用于小鼠尾部的影像学表现

［本图引自Hsieh AH，et al.Spine(Phila Pa 1976)，2003，28(16)：1781-8.］

图6-2　小鼠尾部椎体固定的X线片

［本图引自Court C，et al.Eur Spine J，2007，16(11)：1899-906.］

最近，Sakai等［7］报道了一种新型的椎间盘退变的应力改变模型，该模型用0.8mm的不锈钢丝将小鼠第5和第13尾椎固定起来呈环形 (图6-3)。该模型中尾椎2-3和3-4椎间盘作为对照组(Group C)，尾椎7-8和8-9椎间盘作为重度模型组 (Group S)，尾椎10-11和11-12椎间盘作为中轻度模型组 (Group D)，分别在4周、8周、12周处死，番红O染色发现针刺部位的椎间盘髓核中糖胺聚糖阳性较弱，且在12周后椎间盘髓核中未发现明显阳性，表现出椎间盘退变的特征。该模型的建立在同一个体上可同时获得不同程度应力改变的椎间盘，大大减少了模型动物的使用量。(https://www.daowen.com)

图6-3　小鼠尾部椎间盘环形固定示意

［本图引自Sakai D，et al.Spine J，2015，15(6)：1356-65.］

小鼠尾部椎间盘是本身在轴向并不受力的结构，而人类腰椎间盘则是负载着人类一部分体重的重要结构，以上模型的建立都是通过对小鼠特定脊柱节段活动度的改变，使得椎间盘受到非生理的力学刺激，从而导致椎间盘退变的发生，能较成功地获得椎间盘退变模型。但是上述动物实验的研究者都是采用弯曲小鼠尾椎的方法来提供给椎间盘异常应力，而并没有真正提高两段椎骨间的轴向作用力，因此此类模型并不能很好地模拟人类椎间盘退变的发生发展过程。