背景：下腰痛(low back pain，LBP)是当今社会中的一种常见疾病。在美国，仅次于上呼吸道感染而居第2位，是导致劳动力丧失的主要原因之一；亚洲国家如中国因为体力劳动者较多，发病率更高。椎间盘退变性疾病(degenerative disc disease，DDD)是引起LBP最常见的原因。随着我国老龄化进程的发展，DDD越来越成为严重影响人们生活、工作的疾病。目前治疗DDD的方法包括保守治疗和手术治疗。保守治疗包括物理治疗和药物治疗等，手术治疗主要包括髓核摘除术和脊柱融合术。手术治疗虽然通过摘除病变的椎间盘组织或者牺牲脊柱局部节段的活动度来换取症状的解除，然而并没有从根本上解决椎间盘退变所带来的生物学功能丢失。近年来的同种异体椎间盘移植和人工椎间盘置换虽然展现出良好的应用前景，然而与这些技术相关的许多并发症和缺陷依然需要克服，并且没有从根本治愈或恢复椎间盘(intervertebral disk，IVD)生理功能。因此，理想的治疗DDD的方法是既能缓解疼痛症状，又能恢复IVD的结构和生理功能。近年来随着生物学治疗的迅速发展，使得外科学进入“再生修复”时代。组织工程疗法、细胞疗法已成为治疗DDD的理想方案，为DDD的治疗开辟了一条崭新的生物之路。但是所有这些治疗方法都面临着同样的问题：植入组织或细胞的营养供应。在IVD中，软骨终板是髓核营养供给的重要结构。为此众多学者认为软骨终板的退变是引起DDD的使动和发展因素。因此，保持终板组织正常的生理结构和功能、预防和治疗软骨终板退变才是确保上述疗法成功、预防DDD发生的关键。软骨终板中细胞的减少会导致终板退变，因此刺激软骨终板组织中的原位干细胞增殖、分化并合成细胞外基质(extracellular matrix，ECM)才是解决上述问题的关键。目的：本实验通过获取人退变椎间盘软骨终板组织，并消化、分离软骨终板，提取软骨终板细胞，分离的软骨终板细胞经过琼脂糖筛选后进行体外和动物体内实验，证实人退变的软骨终板组织中存在具有向成软骨、成骨、成脂方向分化的干细胞。并且通过与骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchyme stem cells，BM-MSCs)在形态、增殖活性、细胞周期、干细胞表面标记物和体外多系诱导分化的能力，从而进一步明确退变软骨终板干细胞(cartilage endplate derived stem cells，CESCs)的特征，为以后生物学功能的研究打下基础。方法：收集因腰椎间盘退变性疾病行腰椎间盘摘除术并植骨融合的标本。在解剖显微镜下清理软骨终板组织，并消化软骨终板，提取软骨终板细胞。获得的软骨终板细胞经过琼脂糖三维筛选系统培养后，选取细胞克隆团并进行体外扩增，扩增后的细胞行流式细胞术检测干细胞标志物、克隆形成、多系诱导分化及相关检测证实退变软骨终板中存在干细胞。经过琼脂糖筛选并扩增的细胞同羟基磷灰石复合后进行动物体内诱导实验，并通过组织染色、免疫组化等技术明确可以体内诱导成骨。为了进一步明确CESCs的具体性质，同来自同一个体的BM-MSCs在细胞增殖能力、干细胞表型、细胞周期、成骨能力、成脂能力、成软骨能力等方面进行比较，从而进一步明确CESCs的具体性质。典型的图片用来表示定性结果，应用SPSS10．0软件作统计学处理，定量结果采用Student-t进行分析。以P<0.05被认为具有统计学意义。结果：1.共聚焦免疫荧光提示退变椎间盘软骨终板组织中存在干细胞标志物STRO1、CD105、CD73、CD90阳性的细胞。从退变椎间盘软骨终板中分离出来的细胞进过琼脂糖筛选培养6周后，可见部分细胞可以形成克隆团，克隆团体外扩增培养后可以贴壁生长、形成细胞克隆、干细胞免疫表型(CD90、CD73、STRO1、CD105)表达为阳性，而CD14, CD19, CD34, CD45和HLA-DR表达量为阴性。体外三系诱导的组织学和基因鉴定结果证实分离出来的细胞可以进行成骨、成脂、成软骨方向诱导分化。软骨终板干细胞进行成骨和成脂诱导前后逆转录聚合酶链反应(reverse transcription polymerase chain reaction，RT-PCR)结果表明间充质来源的干细胞标志物在诱导后明显减少，而胚胎干细胞来源的标志物在诱导前后无明显变化，说明软骨终板来源的干细胞主要是间充质性的干细胞，而非胚胎来源的干细胞。2.体内实验HE染色可见羟基磷灰石的孔隙中含有红染的均匀的基质。甲苯胺蓝染色提示具有异染的软骨基质形成。免疫组织化学结果证实Ⅰ、Ⅹ型胶原(collagen typeⅠ、Ⅹ，ColⅠ、 ColⅩ)在组织中表达丰富，而Ⅱ型胶原(collagen type，Col Ⅱ)在组织中表达量较少。3. CESCs与BM-MSCs在细胞形态、细胞增殖能力、细胞周期、细胞免疫表型、三系诱导分化中具有相似的性质。4.分离出来的CESCs干细胞表型中CD105、CD166表达量低。在成骨能力上，通过对CESCs和BM-MSCs在矿物结节定量分析、碱性磷酸酶活性(alkaline phosphataseactivities，ALP)比较、成骨特异性基因比较的结果表明CESCs在成骨诱导的早期和晚期具有较强的成骨能力。在成脂能力上，BM-MSCs和CESCs无明显差异，但是，BM-MSCs成脂诱导过程中具有较大的变异性。在软骨诱导中，通过比较细胞球湿重、阿利新蓝密度、成软骨特异性基因表达量以及蛋白印迹(western blot，WB)，结果均表明CESCs具有较强的软骨形成能力。结论：1.在人退变椎间盘的软骨终板中存在具有多向分化潜能的干细胞,并且这种干细胞是间充质来源的，并非胚胎来源。2.分离出来的CESCs经过与羟基磷灰石复合后植入裸鼠皮下可以向软骨/骨方向发展。3.体外实验证实CESCs具有同BM-MSCs相似的性质，但在细胞免疫表型中，CESCs的CD105、CD166表达较低，而成骨和成软骨的能力，CESCs更优越一些。