由于生理老化和病理损害导致的椎间盘退变(discdegenrativedisease,DDD)常使椎间盘破坏，其破坏后不但可引起椎间盘源性疾病，并将引起脊柱的生物力学紊乱，由椎间盘退变导致的下腰痛是现代社会中的常见问题。椎间盘是脊柱运动功能单位中最关键的结构，椎间盘在维持椎体关节稳定、充分发挥顺应性、缓冲及吸振、防止脆性等方面起着重要的作用。而上述力学性能的维持和发展有赖于椎间盘细胞及其外在基质特殊的生物材料成分、比例及功能结构。椎间盘退变是以椎间盘变性、椎体力学性能异常为始发因素的一个连续过程，椎间盘退变引起椎体退变生物力学改变的研究已较为深入，但分子生物学机制至今还不清楚。 金属蛋白酶是椎间盘退变中发挥作用的最重要的一组酶，MMP-1、MMP-2、MMP-3、Timp-1、Timp-2等基因被发现与人类椎间盘退变关系密切，而且各基因之间有相互拮抗抑制作用，关于MMPs/Timps在椎间盘退变过程中的表达情况目前还没有统一的结论。近年来，越来越多的研究发现细胞凋亡在椎间盘的衰老和退变中起重要作用，Fas是位于细胞膜上Ⅰ型跨膜糖蛋白，又称Apo-1或CD95，是一条已被公认的程序性细胞死亡信号传递通路，当Fas与FasL或Fas抗体结合时，Fas可导致细胞调亡。基因多态性(polymorphism)的产生源于基因水平上的变异，Fas蛋白表达增高或缺失可使细胞的凋亡变化，因此凋亡与增殖失衡会导致疾病的发生。 在分子水平证实动物退变模型与人类的相似性对进一步研究纤维环破裂导致腰椎退变的致病基因提供了理论基础，并且为椎间盘退变的基因治疗方面的研究提供试验载体。为探讨Fas、MMP/Timp在椎间盘退变中的作用机制，本试验制作新西兰大白兔DDD模型，并从四个方面进行研究：①制作腰椎间盘退变动物模型；②对比动物模型椎间盘MMP/Timp系列退变全程基因的变化；③Fas在退变的椎间盘终板凋亡中的表达及作用通路；④汉族腰椎间盘退变人群中Fas-670的基因多态性。 第一部分建立腰椎间盘退变动物模型 目的：建立腰椎间盘退变的动物模型并进行CR和MRI观察。方法：选用新西兰兔20只，沿右腹直肌外缘做15cm长切口，钝性剥离腹膜至腰椎横突前外侧，咬除右侧腰5、腰6横突，显露上述节段椎间盘，斜形切开纤维环约1.5mm，未伤及髓核，然后逐层缝合。所有动物在标准条件下饲养，分别于术后2、4、8、20、40周行腰椎计算机X线摄影术(computerradioactivate,CR)和核磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)以检测终板下骨及髓核的变化。结果：术后作为自体对照组的L1./2、L2/3椎间盘未见异常，而手术组L4/5、L5/6椎间盘则相继出现T2加权像低信号、腰椎不稳畸形，终板下骨质硬化，椎体边缘骨赘增生，椎间隙变窄，椎间盘后突和硬膜囊受压等改变。对手术节段及其邻近和完全正常节段椎间盘髓核信号值的定量分析显示，手术组椎间盘T2加权像信号值减低在术后4周、8周、20周、40周与正常对照组对比具有统计学意义，而临近椎间盘L3/4、L6/7手术8周后与正常椎间盘对比有显著差异。CR扫描结果显示：手术节段椎间盘终板下信号值减低与对照组相比4周后就开始有显著差异。结论：应用纤维环切开法可获得可靠的新西兰大白兔椎间盘退变模型，可通过MRI及CR在早期加以证实。 第二部分动物模型椎间盘MMP/Timp系列退变全程基因变化的对比 目的：损伤新西兰大白兔的纤维环制作腰椎间盘退变模型，用以证实和比较在人椎间盘退变中明显的基因变化情况。方法：20只新西兰大白兔纤维环损伤腰4*5及腰5*6作为实验组，4只作对照组未行损伤。2周、4周、8周、40周、分别行核磁共振及计算机扫描摄影拍片证实椎间盘退变情况同时取椎间盘行精确定量逆转录聚合酶链式反应检测MMP-1、MMP-2、MMP-3及它们的特异性抑制剂Timp-1、Timp-2的变化。结果：核磁共振及计算机扫描摄影证实了腰椎纤维环损伤后腰椎逐渐退变并与人类退变结果相似，基因表达情况MMP-1、MMP-2、MMP-3、Timp-1、Timp-2早期均上调，MMP-3、Timp-1在退变的晚期出现下调。结论：纤维环损伤可以成功制作出椎间盘退变的模型。在人类腰椎间盘退变中明显上调的基因在此退变模型椎间盘中被发现同样上调，从而在分子水平证实了动物退变模型与人类的相似性，此实验为进一步研究纤维环破裂致病基因提供了坚实基础。 第三部分Fas在退变的椎间盘终板凋亡中的表达及作用通路 目的：探讨Fas在退变的新西兰大白兔退变椎间盘的终板凋亡中的表达及作用通路。方法：10只新西兰大白兔纤维环损伤腰4*5及腰5*6作为实验组，10只作对照组未行损伤。8周时分别行流式细胞仪、荧光共聚焦显微镜证实退变椎间盘终板中的细胞凋亡情况，同时取终板行精确定量逆转录聚合酶链式反应检测Fas、细胞凋亡蛋白酶3(caspase-3)的变化。结果：流式细胞仪、荧光共聚焦显微镜证实了腰椎纤维环损伤后退变腰椎中软骨终板细胞的凋亡增加，和对照组相比Fas、caspase-3均出现明显上调。结论：腰椎退变中软骨终板的凋亡是可以通过Fas-caspase-3途径进行。 第四部分汉族腰椎间盘退变人群中Fas-670的基因多态性 目的：研究Fas-670基因多态性在中国地区汉族人群中的分布及其与椎间盘退变性疾病(DDD)的相关性。方法：应用聚合酶链反应(polymerasechainreaction，PCR)限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP)方法，对223例DDD患者和124例中国南方地区汉族正常对照者进行了Fas基因多态性检测。结果：汉族Fas-670各频率与其他种族相似，DDD患者Fas基因-670位点基因型和等位基因频率与正常对照组比较无显著差异。结论：Fas-670基因多态性与中国地区汉族椎间盘退变性疾病无相关性。