慢性脊髓損傷動物模型研究進展

沈寶良，陳 智，沈洪興

慢性脊髓損傷(chronic spinal cord injury，CSCI)是椎間盤突出、骨贅形成、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚、脊柱畸形、腫瘤等多種原因造成的脊髓長期漸進性受壓損傷，進而導致一系列臨床癥狀和體征[1-2]。其病理機制至今尚未完全闡明，因此通過建立CSCI動物模型進行實驗研究就顯得尤為重要。本文就國內外較成熟的動物模型方法作一綜述。

1 置入螺釘壓迫法

在早期的CSCI動物模型建立中，研究者通過將螺釘擰入椎管造成CSCI，1972年Hukuda等[3]采用犬作為動物模型，首次將螺釘通過頸前路入路擰入C4椎體，此后每日將螺釘擰入1個螺距(1 mm)，直至犬出現神經功能障礙，建立犬的CSCI模型，該建模方式當時被廣泛應用。Kanhiku等[4]通過研究發現螺釘漸進性壓迫脊髓產生一種非線性壓力變化，在螺釘擰入的初期階段螺釘擰入的速度稍快，脊髓誘發電位無明顯變化；而在后期螺釘擰入速度很慢，脊髓誘發電位卻會出現明顯改變，螺釘長時間的直接壓迫可造成脊髓神經元減少以及白質的脫髓鞘改變，最終導致脊髓神經纖維的傳導性損害。

1993年，al-Mefty等[5]改良了螺釘材質，采用特氟隆螺釘造模，觀察犬脊髓慢性壓迫性損傷的病理變化。Kanhiku等[4]采用相同材料，選取新西蘭兔建立CSCI動物模型，證實了該模型的穩定性和可靠性。Lee等[6]采用自制的金屬頸椎后路慢性裝置建立了大鼠的頸CSCI模型，該模型能夠較好的重復脊髓慢性壓迫過程，且壓迫過程可以量化，脊髓壓迫與機械性壓迫疼痛、可量化的神經功能學表現、神經元生理學以及神經元病理學改變有關，該動物模型可能在臨床轉化相關研究中具有重要的意義。 Xu等[7]通過采用自制的慢性脊髓壓迫裝置在大鼠胸椎T8水平建立CSCI動物模型，該模型制作簡便、可重復性好，能夠較好的反應CSCI后的相關病理變化特點。此類方法造模具有壓迫程度可控、造模方式簡便等優點，但也存在金屬螺釘偽影不適合MRI影像學研究、金屬螺釘容易造成脊髓亞急性損傷等不足。

2 誘導骨贅壓迫法

CSCI的基本病因是椎間盤退變和骨質增生。趙定麟等[8]將0.1 mL的滅菌生理鹽水經前路注入家兔C4/C5椎間隙中部，深度為0.5～0.7 cm，通過對椎間盤后方及軟骨終板的刺激，術后成功誘導骨贅形成，造成椎管內占位，導致脊髓的慢性壓迫損傷，建立了CSCI模型。重組人骨形態發生蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein，rhBMP2)在頸椎椎間盤退變中發揮重要作用[9-10]。戎利民等[11]使用豚鼠經前路在X線引導下確認C4/C5或C5/C6椎間隙后，注入0.1 mL BMP/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)復合制劑，誘導椎間盤及韌帶組織肥厚骨化，成功建立了CSCI動物模型。此類方法造模由于誘導骨贅緩慢增生，能夠避免螺釘壓迫造模對脊髓可能造成的急性或亞急性損傷，但誘導骨贅生長方向和速度不可控，導致進一步深入研究受限。

3 套管或球囊壓迫法

早期的研究主要足采用持續壓迫或鉗夾的方法造成SCI。其實質仍然是急性或亞急性損傷模型。Kikuchi等[12]將球囊置入椎板下，通過注入氣體使球囊膨脹，然后注入魔芋淀粉，因其與水混合后呈液態并可逐漸變得富有黏彈性，從而產生可靠持久的壓迫。舒衡生等[13]將成年雄性大鼠置入后路脊髓壓迫裝置，制成CSCI動物模型，大鼠表現為壓迫性SCI的特征性超微病理表現。何海龍等[14-15]于頸前路C5椎體近上緣正中鉆孔 恰鉆透后緣骨皮質后埋入自制的彈性塑料雙套管，通過內套管的緩慢推動作用產生對脊髓的慢性進行性壓迫。如果第1次術后即出現CSI則處死動物后重新造模，無CSI者每2～4周將內套管向內推入1.0 mm，不銹鋼細針鎖定末端，術后6～9個月經證實造模成功。楊辰等[16]則采用自制的頸前路球囊壓迫系統經頸前路在綿羊的C4/C5椎間隙置入壓力球囊裝置，分為對照組A，注射組B，每周注射0.1 mL碘海醇，連續注射4周; 注射組C每周注射碘海醇0.1 mL，連續注射12周，形成頸脊髓慢性漸進性壓迫，達到了節段性模擬頸脊髓腹側慢性受壓的病理效果，成功制作了2種不同壓迫程度的CSCI動物模型。陳智等[17]通過采用導尿管前端球囊及自制的內六角尼龍螺釘建立山羊頸椎前路慢性球囊壓迫裝置，更好的避免了傳統金屬螺釘材料對MRI偽影的干擾，通過每周注入0.1 mL顯影劑，觀察術后4、8、12周時的頸脊髓影像學變化及組織學改變，建立了前路頸脊髓慢性壓迫動物模型。此類造模方式能夠避免金屬螺釘MRI檢查存在偽影的干擾，且壓迫材料質地較軟，可以避免對脊髓的急性損傷，但球囊膨脹具有非線性壓力變化的特點，即球囊后期雖然體積增加，但對脊髓的壓力逐漸減弱，可能會對長期研究結果造成一定影響。

4 椎管置入物壓迫脊髓法

1999年，Pinazo等[18]用植入的肝腫瘤細胞造成脊髓壓迫，通過骨性結構的改變直接影響腫瘤組織對脊髓的壓迫。此方法通過接種腫瘤細胞誘導局部的腫瘤組織生長。導致脊髓受壓，壓迫產生的方式與腫瘤壓迫相似，從椎體、椎板及附件向脊髓方向壓迫。Kubota等[19]通過采用尼龍線包繞大鼠C4椎體前方及后方附件，環繞1周，利用大鼠椎管直徑的增加與線圈直徑固定產生相對的脊髓慢性受壓，造模后12個月發現70%的大鼠出現CSCI并出現相應的神經功能障礙，但該方法造模時間較長。Klironomos等[20]選取新西蘭兔，在其C7椎板下方放置5～7 μm的芳香聚合物，利用其吸水膨脹的特性，在術后20周聚合物誘導椎板下方形成骨贅，同時自身膨脹對脊髓造成持續的漸進性壓迫，最終建立CSCI動物模型。該造模方法具有一次操作即可在椎板下埋入致壓物，利用其自身膨脹的特性造成脊髓慢性壓迫，但腫瘤細胞具有生長不可控的不足，且會在局部脊髓表面產生炎癥及免疫反應，吸水膨脹聚合物短期內膨脹到一定體積后不再變化，缺乏慢性動態變化過程，仍需要進一步進行材料學開發研究。

5 靜力性平衡失調法

現代生物力學理論認為骨骼和韌帶維持關節穩定和平衡的作用為靜衡。Whitehill等[21]通過損傷犬的前縱韌帶、纖維環和頸椎后部韌帶結構造成頸椎不穩，術后3個月成模，從放射學、生物力學及組織形態學等方面對模型進行研究。Osti等[22]通過損傷羊的椎間盤左前側的纖維環造成椎間盤退變， 內側纖維環和髓核保持完擎，在術后1～ 18個月分批處死動物，取椎間盤切片檢查，鏡下可見內側纖維環的進行性退行性改變，脊髓受壓并出現相應的病理變化。Miyamoto等[23]通過分離鼠脊柱后部附著于椎體的肌肉和切除棘間、棘上韌帶破壞頸椎穩定性的方法來造模，術后6～12個月成模，并首次從病理學上證實以頸椎椎間盤退變為主要表現的脊髓壓迫頸椎病模型。該造模方式較為簡單，但通過破壞頸椎本身的應力結構達到脊髓的慢性損傷，造模時間較長，且效果不夠確切，目前已很少采用。

CSCI的實驗研究目前較少，需要探索能真正較好地模仿CSCI臨床病理特點的模型，以揭示脊髓慢性受壓后的病理變化過程，從而為采取合理有效的干頂措施提供基礎。建立有效的慢性脊髓壓迫型頸惟病動物模型是對CSCI 病理生理和組織學等進行深入研究的前提，在此基礎上，能夠進一步開展對于CSCI機制的相關研究，為臨床上CSCI相關疾病的診治提供實驗和理論依據。唯有建立標準的、高度可重復性的實驗動物模型，才能對脊髓型頸椎病的發病機制有更深入的探索，在分子水平、基因水平尋找治療脊髓型頸椎病的治療方案。

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