体外椎间盘退变动物模型

（一）体外细胞培养模型

体外培养椎间盘细胞是指单纯把髓核细胞或纤维环细胞放置于特定的环境中培养并制定退变模型。目前对椎间盘退变的治疗具有一定的局限性，在生物学治疗和外科手术治疗之间，人们更愿意选择前者，而培养椎间盘细胞是在获得更好的治疗方法之前了解椎间盘细胞如何对外部信号做出反应并与之相互作用的关键一步。梁卫东等[3]分离及培养SD大鼠髓核细胞，将其分为七组，分别将髓核细胞与白细胞介素或肿瘤坏死因子共培养，48 h后收集髓核细胞行RT-PCR、Western Blot检测及免疫荧光染色，成功证实了炎性因子通过抑制PI3K/AKT细胞增殖通路来抑制髓核细胞Ⅱ型胶原的表达，从而使椎间盘发生退变。有学者把髓核细胞分别放入含1%、3%、5%、8%、10%胎牛血清的DMEM培养基进行体外培养，模拟椎间盘内营养缺乏对髓核细胞的影响，并筛检出最适浓度。结果显示髓核细胞凋亡率随胎牛血清浓度降低而升高，且3%的胎牛血清能诱导髓核细胞发生凋亡，最终导致细胞功能丧失，从而建立大鼠椎间盘髓核细胞体外退变模型[4]。既往也有研究表明，随着细胞在体外培养传代次数的增加，细胞的增殖能力发生改变并出现一定程度的衰老，那么就可以通过传代培养动物的椎间盘细胞来构建椎间盘退变模型[5]。因此，Chou等[6]将绵羊纤维环的细胞进行体外培养，发现在传代次数增加时细胞的Ⅱ型胶原表达下降。虽然单层细胞培养具有简单、易操控的优点，能够排除体内复杂的干扰因素，在给予某种干预措施的条件下可以研究一种特定因素对椎间盘的影响。但体内的椎间盘细胞有大量的细胞外基质，单层细胞培养模型并不能完全模拟细胞所处的环境及所受的压力负荷，因此这种方法在实际造模中并不常用。

（二）体外组织培养模型

体外椎间盘组织的培养是将椎间盘整体取材，保留其终板进行培养。祝勇等[7]直接分离完整的椎间盘，体外培养小鼠椎间盘组织，用肿瘤坏死因子α模拟椎间盘突出时的炎症微环境，并使用肿瘤坏死因子α孵育，成功模拟了椎间盘突出时组织局部的炎症微环境，构建了椎间盘的体外退变炎症模型。有研究表明，由于牛尾椎椎间盘大小与人类相似，椎间盘的压力也与人椎间盘俯卧位压力大致相同[8]，所以体外组织培养模型以牛尾椎椎间盘较多。此外，一些其他动物也可用于组织培养，如Risbud等[9]和Haschtmann等[10]分别用大鼠和兔的椎间盘组织进行培养。与细胞培养相比，组织培养的优势明显。组织的整体培养模型能利用自身结构，既不破坏细胞生活的微环境，使细胞处于自身的基质中，又保持了椎间盘形态的完整和细胞之间的相互作用。但机体内有多系统参与调控椎间盘局部稳态，无论是细胞还是组织培养，都不能全面模仿其在体内的状态，使相应的实验结果产生误差。因此，体外椎间盘退变模型更适用于短期的单一因素研究，如探讨某种炎性因子在椎间盘退变中的机制，而对远期疾病特征的研究则必须依靠椎间盘体内退变模型（图2）。

图2 椎间盘退变动物模型概括图。主要分为两大类：体外和体内椎间盘退变模型。体外模型是指使用白细胞介素、肿瘤坏死因子或胎牛血清和髓核细胞共培养，也有使用纤维环细胞多次传代培养来构建椎间盘退变模型。体外模型主要分为自发性和诱发性两大类。诱发性退变具体包括：针刺法损伤纤维环或者终板；将化学试剂直接注入椎间盘中，破坏其内部结构和成分，诱发椎间盘退变；改变动物椎体的机械应力；手术去除小鼠后方韧带复合体，迫使脊柱失稳进而诱发椎间盘退变；利用动物水逃逸的特性，利用特制装置是使造模动物被迫直立，模拟人类生活中的力学环境而诱发的椎间盘退变；外科手术移植外源异物或自体髓核，通过急性神经根压迫构建间盘退变模型