補腎壯督散水煎液對大鼠腰椎間盤退變的影響及其機制

張震，劉海全，林一峰，唐漢武，宋振杰，王利仁

(1廣州中醫藥大學，廣州510006；2廣州中醫藥大學第三附屬醫院)

·基礎研究·

補腎壯督散水煎液對大鼠腰椎間盤退變的影響及其機制

張震1，劉海全2，林一峰2，唐漢武2，宋振杰2，王利仁2

(1廣州中醫藥大學，廣州510006；2廣州中醫藥大學第三附屬醫院)

目的 探討補腎壯督散水煎液對大鼠腰椎間盤退變的影響及其可能機制。方法 將40只SD大鼠隨機分為假手術組、模型組、補腎壯督散組、塞來昔布組，各10只。除假手術組外，其余各組均采用腰椎纖維環全層穿刺法制備腰椎間盤退變模型。造模第2天，補腎壯督散組和塞來昔布組分別給予補腎壯督散水煎液、塞來昔布膠囊水溶液灌胃，假手術組、模型組給予等量生理鹽水灌胃，連續8周。各組處死后取出椎間盤組織，HE染色后觀察病理變化，醋酸鈾及枸櫞酸鉛雙重染色后透射電鏡觀察超微結構，Western blotting法檢測椎間盤組織基質金屬蛋白酶3(MMP-3)蛋白表達。結果 假手術組椎間盤纖維環層次分明，與髓核界限分明；成纖維細胞呈梭條狀，細胞質內細胞器較發達。模型組椎間盤膠原纖維排列紊亂，與髓核界限消失；成纖維細胞細胞質內細胞器不發達。補腎壯督散組椎間盤纖維環層次較分明，與髓核界限分明；成纖維細胞細胞質內細胞器稍不發達。塞來昔布組椎間盤纖維環層次較補腎壯督散組紊亂，與髓核界限欠分明；成纖維細胞細胞質內細胞器較不發達。假手術組椎間盤組織MMP-3蛋白相對表達量為0.198±0.028，補腎壯督散組為0.525±0.056，塞來昔布組為0.809±0.029，模型組為1.065±0.055；各組椎間盤組織MMP-3蛋白相對表達量依次升高，組間兩兩比較P均<0.05。結論 補腎壯督散水煎液灌胃可延緩大鼠腰椎間盤退變；抑制腰椎間盤組織MMP-3表達可能是其作用機制。

腰椎間盤退變；補腎壯督散；基質金屬蛋白酶3；大鼠

腰椎間盤退變是導致腰背痛的主要原因之一[1]。腰椎間盤退變的基本病理變化是細胞外基質(ECM)的降解，而基質金屬蛋白酶(MMPs)在椎間盤ECM的降解過程中發揮重要作用。MMP-3是椎間盤ECM降解的關鍵酶之一，其在退變的椎間盤組織中高表達[2]。2014年9月～2016年3月，本研究觀察了補腎壯督散水煎液對大鼠腰椎間盤退變的影響，現分析結果并探討其可能的機制。

1 材料與方法

1.1 材料 動物：雄性SD大鼠40只，SPF級，3月齡，體質量(250±20)g，均購于廣州中醫藥大學實驗動物中心，動物合格證號：粵監證字2008A002。藥物及試劑：補腎壯督散(海馬5 g、鹿角膠10 g、黃芪30 g、熟地黃20 g、細辛4 g)由廣州中醫藥大學附屬骨傷科醫院制劑室制備成散劑，取溫開水500 g沖溶，過濾去渣，蒸餾水調整定容至500 mL，藥物含量為1 g/mL，4 ℃條件下保存備用。塞來昔布膠囊購于輝瑞制藥有限公司，水合氯醛購于國藥集團化學試劑有限公司，MMP-3兔多克隆抗體抗體(一抗)購于武漢博士德生物工程有限公司，羊抗兔二抗購于丹麥Dako公司。電子顯微鏡購于日本日立公司。

1.2 模型制備與分組處理 采用隨機數字表法將40只大鼠隨機分為假手術組、模型組、補腎壯督散組、塞來昔布組，各10只。除假手術組外，其余各組均參考文獻[3]的方法采用腰椎纖維環全層穿刺法制備L5、6腰椎間盤退變模型，假手術組僅暴露椎間盤，不穿刺。術后單籠飼養，每只大鼠肌注8萬U青霉素，連續應用3天。造模后第二天上午8時補腎壯督散組予補腎壯督散水煎液1 mL/100 g灌胃，塞來昔布組予塞來昔布膠囊水溶液1.25 mg/kg灌胃，假手術組、模型組給予等量生理鹽水灌胃；均為1次/d，連續8周。

1.3 相關指標觀察

1.3.1 椎間盤組織超微結構及病理情況 術后8周每組隨機抽取5只，麻醉后處死，迅速取出L5、6椎間盤組織。以椎間盤中線為界，于損傷側椎間盤外纖維環取1 mm3的組織塊，置于30 g/L戊二醛緩沖液中固定24 h，加入10 g/L鋨酸固定2 h，梯度丙酮脫水，環氧樹脂812包埋。光鏡下定位后行超薄切片，醋酸鈾及枸櫞酸鉛雙重染色。于7 500倍電子顯微鏡下觀察椎間盤組織成纖維細胞和膠原纖維結構。將剩余椎間盤組織置于4%中性多聚甲醛溶液中固定24 h，經脫水、石蠟包埋，4 μm厚切片，烘烤后二甲苯脫蠟、梯度乙醇水化，進行HE染色。40倍光鏡下觀察椎間盤組織病理變化。

1.3.2 椎間盤組織MMP-3蛋白表達 采用Western blotting法。術后8周將剩余5只大鼠的L5、6椎間盤組織置于玻璃研磨器中搗碎，裂解液裂解后充分勻漿。冰上裂解30 min，4 ℃條件下14 000 r/min離心5 min，取上清。采用BCA試劑盒測定蛋白濃度，調整蛋白濃度合格后備用。10% SDS-PAGE凝膠恒壓電泳，濃縮膠電壓80 V，分離膠電壓120 V。濕轉法將蛋白轉移至PVDF膜，5%脫脂牛奶恒溫封閉1 h。加入一抗(1∶1 000)4 ℃孵育過夜，加入二抗(1∶20 000)進行雜交。以GAPDH為內參，ECL化學發光劑顯影、定影，采用Image J 軟件行MMP-3蛋白半定量分析。

2 結果

2.1 椎間盤組織超微結構及病理變化 椎間盤組織超微結構：假手術組椎間盤組織束狀纖維平行排列，膠原纖維排列緊密，成纖維細胞呈梭條狀，外形較圓滑，細胞質內細胞器較發達。模型組椎間盤組織束狀纖維不完全孤立，膠原纖維排列較稀疏，成纖維細胞體型較小，細胞質內細胞器不發達。補腎壯督散組多數束狀纖維平行排列，膠原纖維排列較緊密，成纖維細胞外形不圓滑，細胞質內細胞器稍不發達。塞來昔布組束狀纖維間之間不完全孤立，膠原纖維排列稍稀疏，成纖維細胞外形不圓滑，細胞質內細胞器較不發達。椎間盤組織病理變化：假手術組椎間盤纖維環層次分明，呈同心圓形，排列規則整齊，膠原走行清楚，與髓核界限分明。模型組部分纖維環破裂，椎間盤膠原纖維排列紊亂，與髓核界限消失。補腎壯督散組椎間盤纖維環層次較分明，呈同心圓形，與髓核界限分明。塞來昔布組椎間盤纖維環層次較補腎壯督散組紊亂，與髓核界限欠分明。2.2 椎間盤組織MMP-3蛋白表達 假手術組椎間盤組織MMP-3蛋白相對表達量為0.198±0.028，補腎壯督散組為0.525±0.056，塞來昔布組為0.809±0.029，模型組為1.065±0.055；各組椎間盤組織MMP-3蛋白相對表達量依次升高，組間兩兩比較P均<0.05。

3 討論

椎間盤是人體最早退變的器官，腰椎間盤退變最早可發生在10歲左右[4]。腰椎間盤退變是一個復雜的病理過程，由多種因素共同參與，如遺傳因素、細胞代謝失衡、椎體結構的改變、新生血管長入、免疫炎癥等[5]。近年來，中藥復方治療腰椎間盤退變多有報道，其延緩腰椎椎間盤退變的作用也越來越受到關注[6～8]。補腎壯督散是一種具有溫腎強督作用的中藥復方；塞來昔布是臨床常用的環化酶2抑制劑，不僅可以消炎止痛，還能夠增加椎間盤組織中的蛋白多糖水平，降低軟骨細胞凋亡指數，延緩椎間盤退變[9]。本研究顯示，與假手術組比較，模型組增生的膠原纖維排列紊亂，與髓核界限消失；成纖維細胞體型較小，細胞質內細胞器不發達；說明采用腰椎纖維環全層穿刺法制備腰椎間盤退變模型成功。本研究補腎壯督散組椎間盤纖維環層次較分明，與髓核界限分明，成纖維細胞外形不圓滑，細胞質內細胞器稍不發達；而塞來昔布組椎間盤纖維環層次較補腎壯督散組紊亂，與髓核界限欠分明，成纖維細胞外形不圓滑，細胞質內細胞器較不發達；兩組椎間盤組織病理和超微結構改變均較模型組輕。說明補腎壯督散可以延緩大鼠腰椎間盤的退變，其效果優于塞來昔布。

腰椎間盤退變的主要表現為細胞減少和ECM降解，而ECM的丟失是導致椎間盤力學特性喪失的主要原因，ECM的合成和降解失衡可直接導致腰椎間盤退變[10，11]。MMPs是最重要的一類ECM分解蛋白酶，在腰椎間盤退變組織中表達顯著升高[12]。MMP-3在ECM的降解過程中起著關鍵作用，不僅可以直接裂解膠原蛋白，還可以直接降解蛋白多糖和糖蛋白，更重要的是MMP-3還能激活其他潛在的MMPs，產生瀑布效應，發揮間接促ECM降解作用。MMP-3還能夠降解椎間盤組織的膠原蛋白和蛋白多糖。Jing等[12]研究發現，在退變的髓核組織中MMP-3能夠抑制Ⅱ型膠原蛋白表達，加速腰椎間盤退變。本研究假手術組、補腎壯督散組、塞來昔布組、模型組椎間盤組織MMP-3蛋白相對表達量依次升高，組間兩兩比較差異均有統計學意義；說明補腎壯督散延緩大鼠腰椎間盤退變的作用機制與其降低MMP-3蛋白表達有關。

綜上所述，補腎壯督散水煎液灌胃可通過降低椎間盤組織MMP-3表達而延緩大鼠腰椎間盤退變，但其具體的作用機制尚需進一步研究。

[1] Capossela S, Schlafli P, Bertolo A, et al. Degenerated human intervertebral discs contain autoantibodies against extracellular matrix proteins[J]. Eur Cell Mater, 2014,27(4):251-263.

[2] Roberts S, Evans H, Trivedi J, et al. Histology and pathology of the human intervertebral disc[J]. J Bone Joint Surg Am, 2006,88(Suppl 2):10-14.

[3] Adams MA, Roughley PJ. What is intervertebral disc degeneration, and what causes it[J]. Spine, 2006,31(18):2151-2161.

[4] Roberts S, Evans H, Trivedi J, et al. Histology and pathology of the human intervertebral disc[J]. J Bone Joint Surg Am, 2006,88(Suppl 2):10-14.

[5] Capossela S, Schlafli P, Bertolo A, et al. Degenerated human intervertebral discs contain autoantibodies against extracellular matrix proteins[J]. Eur Cell Mater, 2014(27):251-263.

[6] Trinh K, Cui X, Wang YJ. Chinese herbal medicine for chronic neck pain due to cervical degenerative disc disease[J]. Spine, 2010,35(24):2121-2127.

[7] Liang QQ, Xi ZJ, Bian Q, et al. Herb formula "Fufangqishe-Pill" prevents upright posture-induced intervertebral disc degeneration at the lumbar in rats[J]. J Pharmacol Sci, 2010,113(1):23-31.

[8] 林一峰,梁祖建,李彩華.淺談溫養督脈法治療脊柱退行性疾病的思路與方法[J].廣州中醫藥大學學報,2012,29(2):215-216.

[9] 朱立新,王坤,曹延林,等.不同類型環氧化酶2抑制劑對椎間盤退變模型大鼠缺氧誘導因子1α和血管內皮生長因子表達的影響研究[J].中國全科醫學,2013,16(1C):280-282.

[10] Sakai D. Future perspectives of cell-based therapy for intervertebral disc disease[J]. Eur Spine J, 2008,17(Suppl 4):452-458.

[11] Niu CC, Yuan LJ, Chen LH, et al. Beneficial effects of hyperbaric oxygen on human degenerated intervertebral disk cells via suppression of IL-1beta and p38 MAPK signal[J]. J Orthop Res, 2011,29(1):14-19.

[12] Jing W, Jiang W. MicroRNA-93 regulates collagen loss by targeting MMP3 in human nucleus pulposus cells[J]. Cell Prolif, 2015,48(3):284-292.

國家自然科學基金資助項目(81574000)；廣州中醫藥大學中醫骨傷科學國家重點學科開放基金資助項目(ZD06)。

林一峰(E-mail： lyf@gzucm.edu.cn)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.16.009

R681.53

A

1002-266X(2017)16-0033-03

2016-03-20)