腰痛動(dòng)物模型研究進(jìn)展

呂游 侯樹(shù)勛

在世界范圍內(nèi)，腰痛 ( low back pain ) 都十分常見(jiàn)[1]，部分研究指出，高達(dá) 60%～90% 的成年人在一生之中經(jīng)歷過(guò)腰痛的困擾[2-3]。然而目前對(duì)于腰痛的發(fā)病機(jī)制，仍然存有諸多不明之處[4]。目前已知有多種因素參加這一病理變化，包括椎間盤(pán)退變、椎間關(guān)節(jié)損傷、肌肉筋膜炎癥等[5-7]。病理動(dòng)物模型的制備對(duì)于認(rèn)識(shí)疾病的發(fā)病機(jī)制和自然病程具有十分重要的作用，然而疼痛動(dòng)物模型的制備也存在很多挑戰(zhàn)。雖然腰痛與腰椎間盤(pán)退變的關(guān)系十分密切[8]，但椎間盤(pán)退變動(dòng)物模型已經(jīng)非常成熟[9]，而腰痛動(dòng)物模型的種類較少，認(rèn)可度也較低。一方面，疼痛本身就是一種主觀感覺(jué)[10]，個(gè)體的痛閾差異很大；另一方面，評(píng)估疼痛也存在主觀性因素，現(xiàn)有的評(píng)估方法也存在一定誤差。

目前，對(duì)于動(dòng)物疼痛模型的評(píng)估方法主要分兩類：一是誘發(fā)痛動(dòng)物行為學(xué)的評(píng)價(jià)手段，即通過(guò)各種物理刺激誘發(fā)動(dòng)物的避退行為，從而測(cè)量相應(yīng)的刺激閾值，常用的物理刺激方法包括機(jī)械刺激[11]、熱刺激、冷刺激[12]、電刺激[13]、化學(xué)刺激[14]等；二是觀察法評(píng)價(jià)動(dòng)物行為學(xué)，即通過(guò)觀察動(dòng)物的某些異常行為特點(diǎn)來(lái)評(píng)估疼痛程度，常用的方法包括步態(tài)分析[15]、臉譜疼痛評(píng)分[16]、動(dòng)態(tài)負(fù)重試驗(yàn)[17]等。雖然疼痛評(píng)估方法非常多，但不同于人類疼痛能夠通過(guò)語(yǔ)言表述，動(dòng)物疼痛難以準(zhǔn)確測(cè)量。所以，如何在活體動(dòng)物上復(fù)制腰痛并進(jìn)行評(píng)估，建立腰痛動(dòng)物模型，存在較大困難。筆者將現(xiàn)有腰痛動(dòng)物模型進(jìn)行綜述，并根據(jù)模型制備方法的不同分為三種類型。

一、自發(fā)型腰痛動(dòng)物模型

大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，椎間盤(pán)退變具有明顯的年齡相關(guān)性特征[18-20]，其中以地中海沙鼠的自發(fā)性椎間盤(pán)退變最具代表性。而目前普遍認(rèn)為，椎間盤(pán)退變是腰痛最重要的發(fā)病基礎(chǔ)。由此可以推斷，腰痛在動(dòng)物中具有一定的自發(fā)性特點(diǎn)。然而由于椎間盤(pán)退變和腰痛的自然病程過(guò)于緩慢，無(wú)法滿足腰痛動(dòng)物模型的建立要求。所以，在特定的椎間盤(pán)加速退變的動(dòng)物中，觀察腰痛相關(guān)的行為學(xué)變化，成為制備自發(fā)型腰痛動(dòng)物模型的主要方法。

富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白 ( secreted protein acidic and rich in cysteine，SPARC ) 又稱為骨黏連蛋白，是一種在組織重塑和損傷反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的細(xì)胞基質(zhì)蛋白。人椎間盤(pán)細(xì)胞在隨年齡增長(zhǎng)的退變過(guò)程中，SPARC表達(dá)逐漸降低[21]。Gruber 等[22]也已證實(shí)， SPARC 基因敲除小鼠具有明顯的年齡相關(guān)的椎間盤(pán)加速退變特征。Millecamps 等[23]在 SPARC 基因敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)基因敲除后 78 周出現(xiàn)椎間盤(pán)突出癥狀，同時(shí)伴隨有后足跖皮膚冷刺激過(guò)敏、軀干軸向不適感和運(yùn)功功能受損等腰痛行為學(xué)表現(xiàn)，由此建立自發(fā)型腰痛動(dòng)物模型。同一研究團(tuán)隊(duì)在后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)腰痛表現(xiàn)的 SPARC 基因敲除小鼠中，出現(xiàn)了諸多與年齡相關(guān)的病理改變，包括運(yùn)動(dòng)功能受損、椎間盤(pán)感覺(jué)神經(jīng)長(zhǎng)入、背根神經(jīng)節(jié)中降鈣素基因相關(guān)肽 ( calcitonin gene related peptide，CGRP ) 和神經(jīng)肽-Y 上調(diào)以及脊髓后角內(nèi) CGRP、小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)[24]。由此推測(cè)椎間盤(pán)內(nèi)感覺(jué)神經(jīng)纖維的神經(jīng)長(zhǎng)入以及感覺(jué)神經(jīng)元和脊髓的神經(jīng)再塑，是引起腰痛的潛在病理學(xué)基礎(chǔ)。

二、機(jī)械損傷型腰痛動(dòng)物模型

1. 椎間盤(pán)源性：椎間盤(pán)機(jī)械損傷已經(jīng)成為經(jīng)典的椎間盤(pán)退變動(dòng)物模型制備方法，從纖維環(huán)切開(kāi)到纖維環(huán)穿刺[25-26]，均已證實(shí)能夠?qū)е伦甸g盤(pán)退變的發(fā)生。但同樣的方法用于制備腰痛動(dòng)物模型存在一定的困難。Kim 等[27-28]在成功采用纖維環(huán)穿刺法制備椎間盤(pán)退變動(dòng)物模型后，繼而對(duì)這一模型進(jìn)行腰痛評(píng)估，結(jié)果顯示，經(jīng) 0.5 mm 穿刺針穿刺后 7 周，在損傷椎間盤(pán)的椎旁組織出現(xiàn)壓力痛覺(jué)過(guò)敏，但大鼠的后足并沒(méi)有出現(xiàn)痛覺(jué)過(guò)敏或機(jī)械性異常疼痛，與對(duì)照組相比，在直腿抬高試驗(yàn)中也沒(méi)有觀察到明顯的痛閾改變。Miyagi 等[29]對(duì)這一制模方法進(jìn)行擴(kuò)展，在纖維環(huán)穿刺的基礎(chǔ)上，還在大鼠尾椎椎間盤(pán)上施加軸向壓力，觀察到穿刺椎間盤(pán)和神經(jīng)節(jié)內(nèi)疼痛和炎癥相關(guān)分子的短時(shí)上調(diào)。

Olmarker 等[30]在纖維環(huán)穿刺的基礎(chǔ)上向椎間盤(pán)內(nèi)注入空氣，同樣發(fā)現(xiàn)能夠引發(fā)大鼠出現(xiàn)過(guò)度的梳洗行為和落水狗抖動(dòng)行為，以此證實(shí)通過(guò)纖維環(huán)穿刺能夠在活體動(dòng)物中復(fù)制椎間盤(pán)源性腰痛。

2. 小關(guān)節(jié)源性：在腰痛的發(fā)病機(jī)制中，小關(guān)節(jié)因素占有重要比重。小關(guān)節(jié)周圍 ( 主要是小關(guān)節(jié)囊表面 ) 的神經(jīng)末梢分布豐富，而且具有低傳導(dǎo)速度的特點(diǎn)，對(duì)壓力刺激十分敏感。通過(guò)對(duì)小關(guān)節(jié)進(jìn)行機(jī)械刺激，能夠引發(fā)小關(guān)節(jié)源性腰痛。

Henry 等[31]采用外科手段對(duì)椎間小關(guān)節(jié)進(jìn)行機(jī)械加壓制備軸向腰痛模型。方法是對(duì)大鼠的腰椎小關(guān)節(jié)進(jìn)行外科顯露，然后使用特殊鉗夾裝置對(duì)小關(guān)節(jié)進(jìn)行 3 min 加壓處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)小關(guān)節(jié)經(jīng)機(jī)械加壓處理后出現(xiàn)部分軟骨缺損，同時(shí)發(fā)現(xiàn)手術(shù)區(qū)域的壓力敏感性增強(qiáng)以及后足機(jī)械性異常疼痛，由此認(rèn)為小關(guān)節(jié)機(jī)械加壓能夠制備一種新型小關(guān)節(jié)源性腰痛動(dòng)物模型。

Kim 等[32]在使用細(xì)針穿刺方法成功制備椎間盤(pán)源性腰痛動(dòng)物模型后，采用類似的穿刺方法制備小關(guān)節(jié)源性腰痛動(dòng)物模型。具體方法是使用直徑 26 G 穿刺針經(jīng)皮穿刺至 SD 大鼠小關(guān)節(jié)內(nèi)造成損傷，形成類似骨關(guān)節(jié)炎病理改變，繼而對(duì)大鼠的行為學(xué)改變進(jìn)行評(píng)估，包括壓力痛覺(jué)過(guò)敏、機(jī)械性異常疼痛、活動(dòng)觀察、直腿抬高試驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，結(jié)果證實(shí)動(dòng)物出現(xiàn)類似腰痛癥狀。由此證實(shí)小關(guān)節(jié)病理改變?cè)谘吹陌l(fā)生中具有重要作用。

3. 背根神經(jīng)節(jié)源性：嚴(yán)格意義上講，對(duì)背根神經(jīng)節(jié)進(jìn)行干預(yù)后所獲得的疼痛模型屬于坐股神經(jīng)痛模型，與腰痛模型并不相同，在此僅作簡(jiǎn)單介紹。Hu 等[33]曾于 1998年制備背根神經(jīng)節(jié)慢性壓迫動(dòng)物模型，方法是使用長(zhǎng)度4 mm，直徑 0.5～0.8 mm 不銹鋼釘置入大鼠腰椎椎間孔，由此形成椎間孔狹窄并慢性壓迫背根神經(jīng)節(jié)。術(shù)后疼痛相關(guān)行為觀察發(fā)現(xiàn)傷側(cè)出現(xiàn)自發(fā)疼痛以及足底持續(xù)機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏。

三、化學(xué)損傷型腰痛動(dòng)物模型

1. 椎間盤(pán)源性：Lee 等[34]采用完全弗氏佐劑 ( complete freund’s adjuvant，CFA ) 注入椎間盤(pán)的方法建立腰痛動(dòng)物模型。使用外科技術(shù)經(jīng)腹膜入路顯露 SD 大鼠的 L5～6椎間盤(pán)側(cè)前方，于前縱韌帶側(cè)方使用 26 G 針頭將 10 μl CFA 注入 L5～6椎間盤(pán)，CFA 可破壞周圍組織形成大量炎癥聚集，由此引發(fā)椎間盤(pán)炎病理改變。術(shù)后 7 周，可以觀察到注入 CFA 大鼠的后爪退縮反應(yīng)明顯增加，同時(shí)背根神經(jīng)節(jié)中疼痛相關(guān)介質(zhì)表達(dá)明顯上調(diào)，包括 CGRP、前列腺素 E ( prostaglandins E，PGE )、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶( nitric oxide synthase )，證實(shí)腰痛動(dòng)物模型建立成功。

2. 小關(guān)節(jié)源性：Cavanaugh 等[35]將致炎物質(zhì)注射于椎間小關(guān)節(jié)，制成小關(guān)節(jié)源性腰痛動(dòng)物模型。動(dòng)物選取的是新西蘭白兔，致炎物質(zhì)包括角叉菜膠或白陶土。致炎物質(zhì)在引發(fā)小關(guān)節(jié)發(fā)生急性炎癥后，可以觀察到小關(guān)節(jié)表面神經(jīng)的敏感性和興奮性增加，并導(dǎo)致腰痛發(fā)生。

Kim 等[36]將 0.02 mg 含碘乙酸鈉注入 SD 大鼠腰椎小關(guān)節(jié)腔內(nèi)，明顯破壞關(guān)節(jié)軟骨，導(dǎo)致小關(guān)節(jié)發(fā)生類似骨關(guān)節(jié)炎退行性改變。通過(guò)痛覺(jué)測(cè)驗(yàn)計(jì)和直腿抬高試驗(yàn)方法評(píng)估疼痛反應(yīng)，結(jié)果出現(xiàn)壓力痛覺(jué)過(guò)敏和慢性疼痛行為學(xué)改變，由此成功建立小關(guān)節(jié)源性慢性腰痛動(dòng)物模型。Gong等[37]在同一時(shí)間采取了非常相似的方法制備這一模型，同樣采用含碘乙酸鈉注入大鼠小關(guān)節(jié)腔內(nèi)，觀察到類似的關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨病理改變，而行動(dòng)學(xué)測(cè)試也觀察到動(dòng)物機(jī)械疼痛刺激敏感性增強(qiáng)，同時(shí)檢測(cè)到白介素-1β 和腫瘤壞死因子-α 在干預(yù)后短期內(nèi)明顯增高，證實(shí)小關(guān)節(jié)疼痛動(dòng)物模型建立成功。

Shuang 等[38]在應(yīng)用 CFA 成功建立腰椎小關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎大鼠模型的基礎(chǔ)上，將尿激酶型纖溶酶原激活物作為小關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入物，進(jìn)行大鼠腰椎小關(guān)節(jié)退變疼痛模型的誘導(dǎo)，測(cè)量機(jī)械縮爪閾值及熱刺痛閾值評(píng)估實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為學(xué)改變，并取材進(jìn)行病理學(xué)染色和免疫組化染色，結(jié)果證實(shí)通過(guò)這一化學(xué)物質(zhì)的注射，可成功建立小關(guān)節(jié)源性疼痛動(dòng)物模型。

綜上所述，腰痛動(dòng)物模型的制備對(duì)于揭示癥狀性腰椎退變的發(fā)病機(jī)制具有重要作用，在完全研究清楚腰痛的發(fā)病機(jī)制之前，動(dòng)物模型仍然是重要的研究工具。動(dòng)物模型有助于了解腰痛的自然病程，并可以進(jìn)一步探討腰痛的治療方法。

目前現(xiàn)有的腰痛動(dòng)物模型多為椎間盤(pán)源性或小關(guān)節(jié)源性，制備方法較為單一。不同于人類腰痛的慢性自然病程，上述腰痛動(dòng)物模型多是在短時(shí)間內(nèi)借助于機(jī)械損傷或化學(xué)損傷制成，這是目前腰痛動(dòng)物模型的主要局限。隨著對(duì)腰痛理解的深入，相信能夠制備更加接近于人體病理狀態(tài)的新型動(dòng)物模型。

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