紫丁香苷-壳聚糖水凝胶抑制椎间盘的退变

背景:有研究证实,椎间盘内注射紫丁香苷溶液可改善椎间盘的结构和功能,预防和减缓大鼠椎间盘退变过程,但是紫丁香苷的生物半衰期较短,难以在椎间盘内持续发挥作用,需要进一步提高其生物利用度。目的:观察紫丁香苷-壳聚糖水凝胶治疗大鼠椎间盘退变的作用,以及紫丁香苷治疗椎间盘退变的机制。方法:①细胞实验:将第2-5代大鼠髓核细胞分4组处理:正常对照组不进行任何处理,退变组加入白细胞介素1β(建立椎间盘退变细胞模型),药物组加入白细胞介素1β与紫丁香苷,抑制剂组加入白细胞介素1β、紫丁香溶液与磷脂酰肌醇3激酶抑制剂LY294002,处理24 h后,分别进行细胞凋亡、细胞外基质降解、氧化应激水平与凋亡相关蛋白及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路蛋白检测。②动物实验:制备紫丁香苷-壳聚糖水凝胶,检测其微观形貌与缓释性能。将30只SD大鼠随机分为模型对照组、模型干预组、水凝胶组、紫丁香苷溶液组、紫丁香苷水凝胶组,每组6只,均采用针刺法建立椎间盘退变模型,造模后即刻,模型干预组、水凝胶组、紫丁香苷溶液组、紫丁香苷水凝胶组大鼠椎间盘内分别注射PBS、壳聚糖水凝胶、紫丁香苷溶液与紫丁香苷-壳聚糖水凝胶,造模后8周取材进行组织学检测。结果与结论:①细胞实验:与正常对照组相比,退变组髓核细胞凋亡率、活性氧水平及BAX、cleaved caspase-9、cleaved caspase-3、基质金属蛋白酶13蛋白表达均升高(P<0.05),p-PI3K、p-AKT、BCL-2、Ⅱ型胶原蛋白表达降低(P<0.05),超氧化物歧化酶活性降低(P<0.05);与退变组相比,药物组髓核细胞凋亡率、活性氧水平及BAX、cleaved caspase-9、cleaved caspase-3、基质金属蛋白酶13蛋白表达均降低(P<0.05),p-PI3K、p-AKT、BCL-2、Ⅱ型胶原蛋白表达均升高(P<0.05),超氧化物歧化酶活性升高(P<0.05);LY294002可部分抑制紫丁香苷的作用。②动物实验:紫丁香-壳聚糖水凝胶呈现疏松多孔结构,并具有良好的缓释性能。苏木精-伊红与番红O-固绿染色显示,相较于模型对照组、模型干预组,壳聚糖水凝胶、紫丁香苷溶液与紫丁香苷-壳聚糖水凝胶均可不同程度地改善椎间盘退变情况,并且紫丁香苷-壳聚糖水凝胶的治疗作用要好于单独的水凝胶与药物溶液。③结果表明,紫丁香苷可通过激活PI3K/AKT信号通路调节氧化应激诱导的髓核细胞凋亡、细胞外基质降解,进而延缓椎间盘退变;相较于紫丁香苷单独注射给药,将紫丁香苷负载于壳聚糖水凝胶中可进一步延缓大鼠椎间盘退变的进程。