脊神经根炎症动物实验造模的研究进展.pdf

1237 2023 年 10 月第 43 卷第 10 期 Jilin Journal of Chinese Medicine Oct.2023 Vol.43 No.10 DOI:10.13463/ki.jlzyy.2023.10.028脊神经根炎症动物实验造模的研究进展郑晓涵1，高 曦2*（1.黑龙江中医药大学，哈尔滨 150040；2.黑龙江中医药大学附属第一医院，哈尔滨 150040）摘要：脊神经根炎症是临床上最常见的引起肩背痛及腰腿痛的原因之一。针对实验目的不同选择合适的脊神经根炎症动物模型，对于其病因病机、防治以及药物疗效等方面有着重要的意义。脊神经根炎症的建模方法众多，主要为化学性神经根炎模型，机械压迫诱导神经根炎模型和免疫性神经根炎模型，这些模型有其各自的特点和适用性，但多局限于单因素建立，缺乏全面表现脊神经根炎的模型。本文对国内外近些年的动物模型研究进展做出综述，希望可为今后研究更接近人类脊神经根炎症病理特征的动物实验模型提供参考。关键词：脊神经根炎症；动物模型；颈腰椎病 中图分类号：R965 文献标志码：A 文章编号：1003-5699(2023)10-1237-04Research progress of animal models of radiculitisResearch progress of animal models of radiculitisZHENG Xiaohan1,GAO Xi2*(1.Heilongjiang University of Chinese Medicine,Harbin 150040,China;2.The First Affiliated Hospital of Heilongjiang University of Chinese Medicine,Harbin 150040,China)Abstract:Abstract:Radiculitis is one of most common causes of shoulder and back pain and lumbocrural pain.Choosing an appropriate animal model of radiculitis for a spicific experimental purpose is of great significance for revealing its etiology,pathogenesis,prevention and treatment,and drug efficacy.There are many modeling methods for radiculitis,including chemical radiculitis model,mechanical compression-induced radiculitis model and immune radiculitis model.These models have their own characteristics and applicability,but they are mostly limited to single factors,resulting in a shortage of a comprehensive model of radiculitis.In this paper,the research progress of animal models at home and abroad in recent years is reviewed,hoping to provide a reference for the future research on animal experimental models closer to the pathological characteristics of human radiculitis.Keywords:Keywords:radiculitis;animal model;cervical and lumbar spondylosis基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（LH2021H092）作者简介：郑晓涵（1998），女，硕士研究生，主要从事中西医结合骨伤科学研究*通信作者：高 曦，电子信箱- 脊神经根炎症（radiculitis）为多种原因所致的脊神经根的炎性或变性病变的总称，造成该病的原因较多，椎间盘突出症最常见，其次颈椎病、椎管狭窄症等也可引起颈肩腰背痛1。在全球疾病负担研究中，腰背痛在全球的发病率为 22%65%，其中，相当一部分成年人是受神经根痛的影响，且致残率较高，随着年龄的增大而不断增高2。神经根痛使中老年人的生活质量严重下降，造成精神压力，并给个人、家庭和社会造成巨大的经济负担3。为探究脊神经根炎症的诊疗方法，建立良好的神经根炎动物模型是必不可少的。近年来，经过国内外学者的不断研究，相继提出了化学性神经根炎、机械性压迫以及自身免疫等学说4，现根据三种学说将脊神经根炎症常见的动物造模方法逐一介绍。1238 2023 年 10 月第 43 卷第 10 期 Jilin Journal of Chinese Medicine Oct.2023 Vol.43 No.10 1 化学性神经根炎模型 MARSHALL L L 等5首次提出化学性神经根炎的概念，在外源性因素作用下，纤维环破裂，髓核液沿椎间盘和神经根之间的通道扩散，髓核液中的糖蛋白对神经组织高度刺激，同时，感觉神经元释放细胞因子和炎性介质6，二者共同作用促使细胞凋亡，破坏椎间盘组织结构,建立化学性神经根炎动物模型常用的致炎物多种多样。1.1 福尔马林滤纸片 XING Q 等7选取滤纸片法建立大鼠脊神经根炎症模型，致炎物选择在 0.5%的福尔马林液中浸泡 24 h 的滤纸片。将大鼠 L4和 L5腰椎棘突右侧椎板和关节突咬去，用外科显微镜将滤纸片置于暴露的 L5神经根旁。造模 14 d 后，刺激区有局部炎症反应，PGE2显著升高，可见炎性肉芽肿的形成。这种建模方法虽只引起了神经根局部的炎症反应，但大鼠所展现出的病理状态最接近患病的状态8，且模型稳定，成功率较高。而福尔马林作为致炎物，简单易取，价格便宜。1.2 硬膜外注射滑石粉悬液 消毒滑石粉有慢性刺激作用，注入硬膜外可引起无菌性炎症反应，从而诱发神经根炎症反应。夏令杰等9选用白兔，咬去L2棘突，穿刺硬膜外导管进入硬膜外腔，置管 2 3 cm，固定导管。待动物清醒 24 h 后注入滑石粉悬液，造模 1 周后神经根水肿明显，硬膜外粘连严重。硬膜外注入法操作简单，安全有效，是一种良好的造模方式，但长时间硬膜外置管，有可能引起轻微的并发症，如组织炎细胞浸润导致神经根轻度炎症反应、感染以及穿刺导致硬膜外血肿等，造成干扰10。2 机械压迫诱导神经根炎模型 研究表明脊神经根的结构缺少由明显的鞘膜所构成的神经束膜和神经外膜，这使得脊神经根没有弹性缓冲的作用和化学屏障功能，且血液循环较差11。因此，表明压迫或者牵引等机械性因素使脊神经根产生郎飞结移位和结周脱髓鞘等结构性损害12。同时，在神经根损害的初始过程中，脊神经根因受压而导致血液回流受阻，微循环障碍，使神经根功能性缺血。随着压力的不断增加，血神经屏障破裂，渗透性增加，引起了炎性水肿、酸性代谢产物积聚以及化学介质改变的不断产生13。机械性神经根受压加上微循环障碍以及营养障碍可诱发神经根无菌性炎症反应14。目前机械压迫诱导神经根炎动物模型多采用外源介入性压迫。2.1 硅胶压迫 在宓轶群等15报道中将大鼠右侧 L5神经根充分暴露，在神经根与硬膜囊交界处的腋部放置特制硅胶片。术后大鼠右侧下肢肿胀，行走时右足外翻且间歇性跛行，降钙素相关基因肽（CGRP）和一氧化氮合酶（NOS）表达上调。YOSHIZAWA H 等16研究压迫神经根对其功能障碍的机制，暴露犬左侧腰椎，将硅胶管束箍神经根，从 3 个月后开始出现神经根肿胀，髓鞘纤维沉降，神经根水肿，在硅胶管两端出现肉芽肿组织。上述硅胶压迫模型操作简便，易于复制，成功率高，但施加的压力多为静态。2.2 双网水凝胶压迫 双网水凝胶由两个不同性质的不对称网络组成，两个网络的协同作用使得水凝胶具有机械性能，可随着时间的推移而增加肿胀率，为神经根提供动态增加的压迫压力。LI H 等17使用手术显微镜进行大鼠右 L4半层切除术，暴露右 L4神经根，将制备好的等于 L4神经根直径的双网水凝胶置于神经根旁。术后观察到神经根水肿、充血，大鼠右后爪足迹减少。用这种材料建立的模型模拟了神经根的动态压缩机制，更好地贴合了神经根炎症压迫的发病机制，但双网水凝胶材料制备困难，使得该模型不易复制。2.3 结扎神经根法 铬质肠系带可释放铬离子对神经根刺激，产生吸收性肉芽肿，并且压迫后可引起炎性细胞因子的释放，促使神经根产生局部炎症、脱髓鞘和轴突变性18。HASHIZUME H 等19用三种方法结扎大鼠神经根，分别是用铬肠线在暴露的 L5神经根处松散结扎、用 5-0 丝线在硬膜外紧密结扎以及在 L5神经根周围放置两条 5-0 丝线松散结扎。三种方式在术后均出现神经根水肿，神经根与周围组织黏连，白细胞介素 1B（IL-1B）表达上升。铬质肠线是造模的理想材料，但是由于这种材料不易得，且质地较硬，打结时松紧度不好把握会影响操作。2.4 器械压迫模型 IGARASHI T 等20建立急性压迫模型来研究神经根血流量的变化。大鼠暴露 L5神经根，使用血管缝合夹夹持 2 s，夹子的压缩力控制为45 g，术后显示受压神经根出现神经内水肿，血流量减少。用血管夹夹持可对神经根造成直接压迫引起神经根直接损伤，适用于短期急性实验，但是夹持力度不易控制，损伤程度难以估量，具有主观性，有一定的缺陷性。CORNEFJORD M 等21研究了受控、分级慢性神经根压迫模型，在猪的脊神经根周围放置缩窄器，逐步缩小该器具的内径，4 周后出现神经根纤维损伤、内膜充血和炎症。该模型渐进压迫神经根较好地模拟了人脊神经根逐步受压的过程。1239 2023 年 10 月第 43 卷第 10 期 Jilin Journal of Chinese Medicine Oct.2023 Vol.43 No.10 3 免疫性神经根炎模型 BOBECHKO W P 等22研究表明自体髓核可诱导自身特异性免疫反应。后有研究6表明髓核中存在抗原抗体复合物，可发生特异性免疫反应，引起炎性介质和细胞因子的释放，这些细胞因子促进细胞外基质降解、趋化因子的产生，增加了血管的通透性，破坏了血-神经屏障，并使得中性粒细胞等炎性细胞以及巨噬细胞、T 细胞等免疫细胞聚集23。而趋化因子可促进免疫细胞的浸润和活化，进一步放大炎症级联反应。同时，髓核刺激神经根，也可引起交感神经兴奋，产生不良反应24。这一系列变化导致了神经根免疫性炎症反应，引发疼痛的产生。3.1 大型动物髓核免疫模型 OLMARKER K 等25首次建立了非压迫脊神经根炎性损伤的动物模型。摘取雄猪 L3-L4髓核组织，暴露马尾神经，将髓核置于硬膜外，与神经根密切接触，术后发现脊神经根充血水肿，有炎性细胞浸润。KAYAMA S 等 26选用犬建立模型，使髓核组织缓慢的泄漏，术后观察到在切口处的神经纤维损伤明显增多。选择较大体型动物，更易于手术操作，并能有效模拟人类的一些特征，但价格昂贵，饲养困难，稳定性相对较低。3.2 啮齿类动物髓核免疫模型 在郭彦涛等27的研究中采取了同种异体兔髓核回植造模法，以 L4-L5椎间隙为中心，暴露马尾神经和 L4神经根，在神经根和硬膜囊交界处的腋部放置同种异体髓核组织，术后炎症因子升高。SHAMJI M F 28建立了大鼠自体髓核移植模型，发现移植的髓核中出现炎性细胞，大鼠步态不对称，对机械刺激的敏感性升高，痛阈降低并且对热痛觉过敏。陆志东等29取大鼠尾巴髓核配制成混悬液，在以L4，L5棘突间隙为穿刺点行硬膜外穿刺将混悬液注射到硬膜外腔，术后观察到大鼠活动频繁，周围组织粘连。这种造模方式操作简单，创伤较小，家兔、大鼠获取方便，价格低廉，且尾椎多，材料充足，易于复制，适用于规模较大的实验。但是由于髓核呈凝胶状，混悬液具有不稳定性，不容易定位。4 讨论 脊神经根炎症是影响中老年人群健康和生活质量的重要因素，为研究治疗该病的有效手段，临床上已建立多种脊神经根炎症模型，但不同的模型有不同的优劣和适用性。化学诱导模型动物的病理特点等方面与人类脊神经根炎症相似，且造模简单，所需时间短，模型稳定，但致炎物多样化，没有统一的标准。机械压迫诱导模型操作简便，成功率高，但所需时间较长，且压缩物所产生的压迫多为静态。髓核免疫诱导模型，更接近人类脊神经根炎症的自然发病过程。前两者多采用外源性物质，后者为自体介入。笔者认为，化学性神经根炎模型和机械压迫模型可用于药物防治以及神经根炎性损伤病变机制的研究；免疫诱导模型可用于脊神经根炎症发展过程的研究。而关于实验动物的选择，合适的动物尤其重要。大型动物如犬与人类的一些特征相近，但价格高，性情凶猛，麻醉困难，操作不易，这使得啮齿类动物如大鼠成为很多研究者的首选。啮齿类动物造模成功率高，易于复制，经济实惠，但其体型较小，在造模时对操作技术有更高的要求，使得实验增加了些许难度。在临床科研上，国内外学者依靠动物模型在神经根炎症的病因病机、发展过程以及药物疗效等方面获得了较好的进展。然而，以上这些动物模型都是局限于特定的因素，无法完全代替目前所有的脊神经根炎症模型，且在目前的报道中，多种因素建立的模型数量较少。脊神经根炎症是一种影响因素众多的疾病，因此笔者认为，改进造模的方法，构建出能全面反映人类脊神经根炎症特征的动物模型，可为脊神经根炎症的进一步研究起到重要作用。参考文献：1 陈云丰,曾炳芳.脊神经根病研究进展 J.国外医学(骨科学分册),2002,23(2):80-82.2HUANG S J,YAN J Q,LUO H,et al.IL-33/ST2 signaling contributes to radicular pain by modulating MAPK and NF-B activation and inflammatory mediator expression in the spinal cord in rat models of noncompressive lumber disk herniationJ.Neuroinflammation,2018,15(1):12.3HOY D,MARCH L,BROOKS P,et al.The global burden of low back pain:estimates from the Global Burden of Disease 2010 studyJ.Annals of the Rheumatic Diseases,2014,73(6):968-974.4 傅志俭.盘源性脊神经根炎的发病机制和治疗方法 C/第八次全国麻醉学与复苏进展学术交流会论文集,2011:565-568.5MARSHALL L L,TRETHEWIE E R,CURTAIN C C.Chemical radiculitis.A clinical,physiological and immunological studyJ.Clinical Orthopaedics and Related Research,1977(129):61-67.6 张思胜,赵继荣,赵健雄.非压迫性髓核致脊神经根和脊神经节损伤的实验研究进展 J.中国骨伤,2005,18(11):702-704.7XING Q,HUANG Z,ZHANG J.Anti-inflammatory and 1240 2023 年 10 月第 43 卷第 10 期 Jilin Journal of Chinese Medicine Oct.2023 Vol.43 No.10 analgesic effects of yaotuitong capsules in experimental rats with chemically induced radicular neuritisJ.Traditional Chinese Medicine,2012,32(3):437-441.8 赵彩萍,朱美玲,王婷婷,等.化学神经根炎症模型大鼠的制备及评价 J.中国组织工程研究,2019,23(7):1030-1034.9 夏令杰,孟凡民,宋文阁,等.硬膜外腔注射不同组合药物对兔神经根炎症及硬膜外粘连的疗效观察 J.中华麻醉学杂志,2001,21(8):30-33.10CHANG A,WANG D.Complications of fluoroscopically guided cervical interlaminar epidural steroid injectionsJ.Current Pain and Headache Reports,2020,24(10):63.11KIRITA R,TAKEBAYASHI T,MIZUNO S,et a1.Electrophys iologic changes in dorsal root gangl ion neurons and behavioral changes in a lumbar radiculopathy modelJ.Spine,2007;32(2):65-72.12BOULU P,BENOIST M.Recent data on the pathophysiology of nerve root compression and painJ.Revue Du Rhumatisme,1996,63(5):358-363.13RYDEVIK B,BROWN M D,LUNDBORG G.Pathoanatomy and pathophysiology of nerve root compressionJ.Spine(Phila Pa 1976),1984,9(1):7-15.14YABUKI S,IGARASHI T,KIKUCHI S.Application of nucleus pulposus to the nerve root simultaneously reduces blood flow in dorsal root ganglion and corresponding hindpaw in the ratJ.Spine(Phila Pa 1976),2000,25(12):1471-1476.15 宓轶群,吴耀持,陈一.温针灸对大鼠腰神经根受压模型炎性介质 NOS 和 CGRP 调节作用的研究 J.中国针灸,2009,29(1):48-52.16YOSHIZAWA H,KOBAYASHI S,MORITA T.Chronic nerve root compression.Pathophysiologic mechanism of nerve root dysfunctionJ.Spine(Phila Pa 1976),1995,20(4):397-407.17LI H,MENG H,YANG Y Y,et al.A double-network hydrogel for the dynamic compression of the lumbar nerve rootJ.Neural Regeneration Research,2020,15(9):1724-1731.18WANG C,CHEN P,LIN D,et al.Effects of different materials for partial sciatic nerve ligation on glial cell activation in rat models of chronic constriction injuryJ.Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao,2020,40(8):1207-1212.19HASHIZUME H,DELEO J A,COLBURN R W,et al.Spinal glial activation and cytokine expression after lumbar root injury in the ratJ.Spine(Phila Pa 1976),2000,25(10):1206-1217.20IGARASHI T,YABUKI S,KIKUCHI S,et al.Effect of acute nerve root compression on endoneurial fluid pressure and blood flow in rat dorsal root gangliaJ.Journal of Orthopaedic Research,2005,23(2):420-424.21CORNEFJORD M,SATO K,OLMARKER K,et al.A model for chronic nerve root compression studies.Presentation of a porcine model for controlled,slow-onset compression with analyses of anatomic aspects,compression onset rate,and morphologic and neurophysiologic effectsJ.Spine(Phila Pa 1976),1997,22(9):946-957.22BOBECHKO W P,HIRSCH C.Auto-immune response to nucleus pulposus in the rabbitJ.Journal of Bone&Joint Surgery-British Volume,1965,47:574-580.23CAZZANELLI P,WUERTZ-KOZAK K.MicroRNAs in intervertebral disc degeneration,apoptosis,inflammation,and mechanobiologyJ.International Journal of Molecular Sciences,2020,21(10):3601.24RISBUD M V,SHAPIRO I M.Role of cytokines in intervertebral disc degeneration:pain and disc contentJ.Nature Reviews Rheumatology,2014,10(1):44-56.25OLMARKER K,RYDEVIK B,NORDBORG C.Autologous nucleus pulposus induces neurophysiologic and histologic changes in porcine cauda equina nerve rootsJ.Spine(Phila Pa 1976),1993,18(11):1425-1432.26KAYAMA S,KONNO S,OLMARKER K,et al.Incision of the anulus fibrosus induces nerve root morphologic,vascular,and functional changes.An experimental studyJ.Spine(Phila Pa 1976),1996,21(22):2539-2543.27 郭彦涛,姚共和,龚金莲,等.海马全蝎丸对腰椎间盘突出症兔模型神经根局部炎症因子的影响 J.中医药导报,2005,11(11):7-9.28SHAMJI M F,ALLEN K D,SO S,et al.Gait abnormalities and inflammatory cytokines in an autologous nucleus pulposus model of radiculopathyJ.Spine(Phila Pa 1976),2009,34(7):648-654.29 陆志东,陈志荣.硬膜外移植自体髓核大鼠背根神经节的非压迫性损伤 J.中国组织工程研究与临床康复,2010,14(2):294-297.（责任编辑：姜文君 收稿日期：2022-10-23）