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研究目的:1):研究人腰椎终板区域微结构,以及实验室常见动物(新西兰大白兔,大鼠,小鼠和恒河猴)的终板结构,并与人的终板从形态学上进行比较,挑选一个相对合适的实验室动物行Modic改变模型的探索与建立;2):研究Lubricin在人腰椎终板内的表达与分布及与Modic改变的相关性。研究方法:1.选取3具(男2例,女1例,死亡年龄21-57岁,平均44.1岁)新鲜尸体的6个腰椎运动节段(L3-L4,L4-L5),每个运动节段取纤维环-终板连接处组织,分别用苏木精-伊红和Masson三色染色法染色,于光镜下观察终板区域微结构形态。2.选取实验室常见动物(新西兰大白兔,小鼠大鼠,恒河猴),通过HE染色观察其终板结构,并与人的终板从形态学上进行比较,挑选一个相对合适的动物(新西兰大白兔),通过细针穿刺行终板内注射P.acnes细菌悬浊液(浓度1.6*107 CFU/mL),6个月后复查脊柱MRI,然后处死实验动物获取终板标本,提取mRNA,用于IL-1β、IL-4、TNF-α、IFN-γ、PDGF-β等炎症因子的qPCR检测,进而行Modic改变模型的探索与建立。3.收集腰椎融合和腰椎骨折前路手术中获取的终板标本,应用免疫组化检测Lubricin在终板内的表达及分布;通过qPCR检测Lubricin在终板内的表达,并分析比较正常和发生Modic改变的患者腰椎终板标本中Lubricin的表达差异,阐明Lubricin的表达与终板Modic改变发生的相关性,并进一步建立新西兰白兔Modic改变动物模型,通过qPCR和免疫组化进一步明确Lubricin在终板内的表达和分布以及其与P.acnes诱导的Modic改变的相关性研究。然后用不同浓度P.acnes细菌与原代终板软骨细胞共培养0、6、12、24、48h后分别收集细胞,利用qPCR检测Lubricin及Col-Ⅱ、Aggrecan、Sox-9、MMP-1、ADAMTS-5等终板退变相关基因和蛋白的表达,从细胞层面阐述Lubricin的表达及其与Modic改变的相关性。研究结果:1.小鼠终板结构可分为软骨终板,生长板、骨性终板三个部分,新西兰大白兔、大鼠和恒河猴终板结构类似,可分为软骨终板,骨性终板(继发骨化中心)、生长板三个部分。其中浅层的软骨终板较薄,深层的骨性终板内含有大量的血管通道,这些特殊结构类似于成熟过程中的继发骨化中心,再深层是含有大量软骨细胞的生长板和椎体的松质骨。人的终板结构和小鼠,大鼠,新西兰大白兔以及恒河猴的终板结构都存在不同,它缺少其它实验动物都存在的生长板,仅仅包含软骨终板层和骨性终板层,人的软骨终板层虽然较厚,但存在的软骨细胞较少,深染的部分考虑是钙盐的沉积,除此之外,可见一条蓝色的潮汐带,它是纤维环和软骨终板的分界线。骨性终板内不存在血管通道,全部是致密的骨板层,并与椎体的松质骨相连接。2.我们通过细针穿刺行新西兰大白兔终板内注射P.acnes细菌悬浊液(浓度1.6*107 CFU/mL),6个月后复查脊柱MRI发现实验组24个终板有6个终板表现出T1高信号,T2高信号表现(Modic改变Ⅱ型)。在终板MRI信号强度定量分析方面,术后6月时T1和T2加权像表现为信号增高,且与空白对照组终板信号强度具有显著差异。其余各组终板在术后6月时终板信号强度与术前相比无显著增高或者降低。并通过qPCR检测发现相应节段终板内IL-1β、TNF-α、IFN-γ等炎症因子表达显著升高。行免疫组化发现Modic改变终板RUNX2和OCN成骨相关蛋白表达量增高。对终板区域行Micro-CT扫描发现Modic改变终板BMD和BV/TV值较正常组高。3.选取2014年9月至2017年2月我院腰椎椎间融合和腰椎骨折前路手术的终板标本,通过免疫组化发现Lubricin在椎体终板软骨细胞中表达,并提取mRNA,进行qPCR检测,发现发生Modic改变的终板Lubricin表达显著减少。取Modic改变动物模型新西兰白兔终板行免疫组化,发现Lubricin在新西兰白兔终板内有表达,其中软骨终板较骨性终板表达较高,同时发现有Modic改变的终板内Lubricin表达显著减少。并提取mRNA,进行qPCR检测,进一步证实发生Modic改变的终板Lubricin表达显著减少。分离培养3月龄新西兰白兔终板软骨细胞,并与不同浓度P.acnes细菌上清液(1%,2%,4%)共培养48h,提取终板软骨细胞mRNA,进行qPCR检测发现终板合成代谢相关基因(Aggrecan、Col-Ⅱ、Sox-9)表达下降,终板分解代谢相关基因(MMP-1、ADAMTS-5)表达上调,Lubricin经P.acnes细菌上清液刺激后表达量明显下降。研究结论:1.人的终板结构和小鼠,大鼠,新西兰大白兔以及恒河猴的终板结构都存在不同,从形态学结构上来讲,没有一个实验室动物和人的终板结构一样,只有小鼠和人的终板结构相似,但是仍有生长板把骨性终板和软骨终板隔开。但是因为小鼠体积较小,不适合进行Modic改变模型的建立的实验操作,而新西兰大白兔体积相对合适,我们选取新西兰大白兔作为实验动物,通过细针穿刺行新西兰大白兔终板内注射P.acnes细菌悬浊液(浓度1.6*107CFU/mL),可以成功诱发终板Modic改变的发生。2.椎体终板软骨细胞中存在Lubricin的表达,而且发生Modic改变的终板Lubricin表达显著减少,Lubricin可能在Modic改变的发生过程中起抗炎和保护作用。