异常力学负荷导致椎间盘退变的实验研究

目的:观察异常力学负荷是否通过激活IL-1β/Wnt-β-catenin信号通路导致椎间盘退变。方法:选用SPF级雌性C57BL/6小鼠12只,8周龄,体质量20~30 g,随机分为正常对照组和椎间盘退变模型组,每组6只。诱导椎间盘退变模型组小鼠保持长时间的后足站立姿势,增加小鼠腰椎的轴向力学负荷,每天共5 h,维持8周;空白对照组小鼠不加任何干预。取各组小鼠腰椎间盘组织进行苏木精-伊红(HE)染色观察其病理学改变;免疫组织化学染色和Western Blot检测其Ⅱ型胶原(Col2a1)、蛋白聚糖(Aggrecan),IL-1β,β-catenin、基质金属蛋白酶-3和基质金属蛋白酶-13(MMP-3和MMP-13)等蛋白的表达;qRT-PCR检测Col2a1,Aggrecan,IL-1β,β-catenin,MMP-3和MMP-13等基因的表达。结果:与正常对照组小鼠比较,椎间盘退变模型组小鼠的腰椎间盘组织HE染色结果显示椎间盘细胞数量和细胞外基质含量减少,纤维环结构紊乱,软骨终板厚度降低;免疫组织化学染色和Western Blot检测结果显示Col2a1和Aggrecan蛋白表达降低(P<0.01),而IL-1β,β-catenin,MMP-3和MMP-13的活性增强(P<0.01);qRT-PCR检测结果提示Col2a1和Aggrecan基因的表达显著下降(P<0.01),而IL-1β,β-catenin,MMP-3和MMP-13基因的表达明显上调(P<0.01)。结论:异常力学负荷能引起小鼠椎间盘出现退变的组织病理学表现,导致椎间盘细胞外基质的组成成分减少,MMPs的活性增加,符合椎间盘退变的主要特征。说明该方法能成功构建腰椎间盘退变小鼠模型,是一种有效模拟人类椎间盘退变的致病因素且简便易行的椎间盘退变小鼠模型制备方法;异常力学负荷可能通过激活IL-1β/Wnt-β-catenin信号通路导致椎间盘退变的发生发展。