椎间盘退变动物模型

椎间盘退变动物模型

建立一个动物模型，有几个因素是必不可少的[6]：

• 1、动物必须容易获得和价格低廉
• 2、所选动物的生理和解剖特征应尽可能与人类的相似
• 3、需要确保可靠性和高再现性
• 4、一个进行性退变的动物(时间依赖的方式)必须模仿人类椎间盘退变。

一、不同物种椎间盘比较

1、几何形状

O'Connell [1]对几种动物的椎间盘几何形状与人类椎间盘几何形状进行了比较，按照与功能最相关 3个参数（横向宽度、前后宽度、髓核面积）分别进行了标准化（以人类椎间盘为参照）。根据偏差百分比，与人类椎间盘的相似性从高到低依次为：

• 小鼠腰椎（Mouse tail，12%）；
• 大鼠腰椎（Rat lumbar，15%）；
• 小鼠尾巴（Mouse tail，18%）；
• 狒狒（Baboon，19%）；
• 牛尾巴（Bovine tail，22%）；
• 兔子（Rabbit，26%）；
• 绵羊（Sheep，31%） ；
• 大鼠尾椎（Rat tail，46%）。

2、旋转度

不同物种的椎间轴向旋转角度（Fig.4）[5]。

二、动物模型

1、轴向加压动物模型

异常应力可导致椎间盘结构的破环，通过加压大鼠尾部建立轴向加压动物模型。见帖：大鼠尾椎间盘退变模型（静态弯曲压缩模型）

Lai[文献2 参考文献]发现，当压力增大、压缩时间延长时，髓核压力增高、纤维环张力加大，镜下观察发现髓核及纤维环细胞发生了形态学变化，形成了退变模型。

马南等[文献2 参考文献]采用羊构建动物模型，利用椎体前方钢板加压模仿人椎间盘退变过程，在不损伤椎间盘结构的同时增加椎间盘的压力，诱导椎间盘的退变，更加符合人椎间盘的退变机制，造模 6 个月后发现髓核及纤维环发生了退变。

2、脊柱失稳模型

Bailey等[文献2 参考文献]通过切除大鼠双上肢造成双足鼠模型，反复的站立姿势增加了大鼠下腰部负重，造成脊柱过量运动，成功制作了脊柱失稳模型。

Wang等[文献2 参考文献]通过破坏大鼠颈后部肌肉及韧带，造成颈部不稳，通过光镜及电镜观察到了椎间盘炎性反应及细胞凋亡等退变表现。

张昭等[文献2 参考文献]通过分离兔的棘突、椎板及小关节突的肌肉，然后切除椎体两侧下关节突，造成脊柱不稳，制作了椎间盘退变模型。Miyamoto等[文献2 参考文献]通过切除小鼠棘突、棘上韧带、棘间韧带及剥离相应的椎旁肌使脊柱失稳引发椎间盘退变，实验发现造模后椎间盘高度下降、软骨细胞增生，骨赘形成。

由脊柱失稳制作椎间盘退变模型，一方面诱发椎间盘退变时间较长，不易控制。另一方面还存在术后周围组织的纤维化可能会使失稳的脊柱重新稳定，存在不可靠因素，其可重复性也较差[2]。

3、纤维环损伤模型

通过对纤维环的损伤引发椎间盘退变，主要分为纤维环局部损伤以及累及髓核的纤维环全层损伤[2,3]。近年来，部分学者采用针刺法来诱导椎间盘退变，获得了满意的结果。纤维环损伤模型是目前比较常用的造模方式[4,5]。

Ashinsky等[文献4 参考文献]使用骨骼成熟的新西兰兔，麻醉后在背部正中线旁切开皮肤并向下剥离，暴露L2-7椎体和椎间盘，随后将克氏针插入已暴露节段各椎间盘前缘的纤维环内5mm，并旋转针身360°后拔出，为确保对椎间盘造成足够的损伤，每次穿刺后必须在针尖上观察到附着的髓核组织。

4、化学损伤模型

化学损伤模型其主要方式是通过向椎间盘内注射酶类（软骨素酶ABC、木瓜凝乳蛋白酶、TNF-α等）或非酶类药物（博来霉素等），使髓核细胞死亡、基质减少，诱发椎间盘退变[2,3]。化学损伤模型操作相对简单，能够短期内诱发椎间盘退变，但退变方式同样与自然退变存在差异，对椎间盘造成一定程度损害，且可能影响一些实验生化指标[3]。

5、自发性椎间盘退变模型

自发性椎间盘退变模型与年龄有一定的关系，Song等[文献2 参考文献]的研究发现Hartley 豚鼠在 3 月龄时就会出现椎间盘的退变。

6、吸烟模型

Oda等[文献2 参考文献]通过将大鼠置于被动吸烟装置制作了吸烟模型，8周后检测到大鼠血液中尼古丁含量上升，并观察到椎间盘细胞炎症因子分泌增加，细胞分解活动增强，提示吸烟导致了椎间盘的退变。Wang等[文献3 参考文献]将3月龄小鼠暴露于烟雾中以模拟人类长期吸烟的情况，研究发现小鼠椎体终板孔隙度增加，椎间盘细胞衰老加速，出现了蛋白聚糖水解以及 MMP 活性升高的情况。

7、卵巢切除模型

部分学者通过切除大鼠卵巢使骨质流失，降低骨密度以诱发椎间盘退变[3,4]。见帖：大鼠尾椎间盘退变模型（针刺+OVX）

8、基因敲除模型

通过构建基因敲除小鼠，敲除目的基因，实现椎间盘退变[2-4]。见帖：基因敲除鼠技术系列之五：诱导型条件性基因敲除

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参考文献

[1]O'Connell GD, Vresilovic EJ, Elliott DM. Comparison of animals used in disc research to human lumbar disc geometry. Spine (Phila Pa 1976). 2007 Feb 1;32(3):328-33. doi: 10.1097/01.brs.0000253961.40910.c1. PMID: 17268264.

[2]王海莹,张旭,丁文元,杨大龙,申勇.椎间盘退变动物模型的研究进展[J].中国脊柱脊髓杂志,2015,25(03):279-282.

[3]颜昊,贾永伟,翟伟峰.椎间盘退变动物模型的研究进展[J].中国实验动物学报,2021,29(03):387-392.

[4]王文轩,朱立国,董博,陈延武,袁普卫,康武林,刘德玉.体内椎间盘退变动物模型的研究进展[J].中国中医骨伤科杂志,2020,28(11):85-88.

[5]Alini M, Eisenstein SM, Ito K, Little C, Kettler AA, Masuda K, Melrose J, Ralphs J, Stokes I, Wilke HJ. Are animal models useful for studying human disc disorders/degeneration? Eur Spine J. 2008 Jan;17(1):2-19. doi: 10.1007/s00586-007-0414-y. Epub 2007 Jul 14. PMID: 17632738; PMCID: PMC2365516.

[6]Elmounedi N, Bahloul W, Aoui M, Sahnoun N, Ellouz Z, Keskes H. Original animal model of lumbar disc degeneration. Libyan J Med. 2023 Dec;18(1):2212481. doi: 10.1080/19932820.2023.2212481. PMID: 37192334; PMCID: PMC10190185.