引用本文： 魏富鑫, 王乐, 周治宇, 崔尚斌, 刘少喻, 邹学农, 钟锐, 梁子建. 恒河猴腰椎间盘缺血性退变模型的建立. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(4): 485-490. doi: 10.7507/1002-1892.20140109 复制
目前研究认为，椎间盘软骨终板下骨的微循环障碍是导致椎间盘退变的重要原因之一[1]。因此建立一种可靠的椎体终板下骨缺血性腰椎间盘退变模型，可为研究椎间盘退变病因和治疗提供理想研究平台[2]。既往椎间盘退变动物模型主要是通过破坏椎间盘自身结构/生物力学环境或基因敲除技术获得[3-8]，与人类椎间盘退变过程存在较大差异。鉴于椎间盘的营养主要来自于椎体终板下毛细血管，有学者提出采用穿刺兔腰椎椎体终板下骨注射去血管化药物平阳霉素破坏微循环，进而破坏椎体血供诱发椎间盘退变，形成兔椎体终板下缺血模型[9]。然而，兔腰椎间盘退变模型不具有人类腰椎间盘退变特有的力学环境，与人类退变椎间盘生理仍存在差距。灵长类动物椎间盘结构与人类相似，为此本研究拟通过灵长类动物恒河猴椎体终板下骨注射平阳霉素诱导缺血性腰椎间盘退变，并以T1ρ-MRI自旋锁定成像和T2-mapping技术[10-11]定量检测动物模型椎间盘细胞外基质变化，结合病理学观察评价其退变过程，为椎间盘退变相关研究以及临床前试验提供更为可靠的动物实验模型。
1 材料与方法
1.1 实验动物及主要材料
正常清洁级雌性恒河猴12只，年龄4～6岁，平均5.1岁；体重4.4～6.1 kg，平均5.6 kg；由广东蓝岛动物实验中心提供。术前行X线片检查排除脊柱畸形等异常。动物单笼饲养，室温控制在25℃左右。平阳霉素粉针（8 mg/支；天津太河制药有限公司）。17 G × 10 cm骨穿刺针（Angiomed 公司，德国）。
1.2 实验动物处理
取12只实验动物，以地西泮（2.5 mg/kg）和氯胺酮（10 mg/kg）肌肉注射麻醉，取仰卧位，行下腹部前外侧斜切口腹膜外入路。沿腹外斜肌肌纤维方向分开，并依次按同一方向切断和分离深层的腹内斜肌和腹横肌，进入腹膜后隙，充分暴露腰椎椎体及椎间盘。于椎体侧方中点并终板下0.5 cm处，平行于椎体终板及椎体冠状面进针，用直径1.5 mm的钻头钻孔，深度达椎体横径的2/3（根据术前X线片测量）。钻孔后，用针头尾端黏有骨蜡的注射器进行注射，实验组于L5、6椎间盘相邻的上、下终板各缓慢注射平阳霉素（2 mg/mL）1 mL，对照组于同只动物L4、5椎间盘相邻的上、下终板各缓慢注射生理盐水1 mL；注射持续5 min，退出针头骨蜡封闭钻孔处。术前及手术结束时分别静脉滴注头孢曲松钠（80 mg/kg），术后单笼自由喂养，通风，接受自然光。
1.3 观测指标
1.3.1 MRI
检查及图像数据处理 术前及术后1、4、12周行MRI检查，使用Philips 1.5 Tesla MRI仪（Philips公司，荷兰）扫描，采用8通道腰椎线圈。T1WI和T2WI采用快速自旋回波脉冲序列，T2-mapping技术处理前的T2WI图像采集采用多回波SE序列，T1ρ-mapping采用快速自旋锁定脉冲序列，动态增强MRI采用矢状位T1-脂肪抑制快速自旋回波序列。扫描参数：T1WI：回波时间12 ms，脉冲重复时间540 ms，视野（field of view，FOV）200 mm，层厚2～3 mm；T2WI：回波时间100 ms，脉冲重复时间1 900 ms；T1ρ-MRI扫描采用矢状位，FOV 28 cm × 28 cm，层厚 3 cm，层间距0.3 cm，自旋锁定时间设为15、30、45、 60 ms，获取4组T1ρ-MRI图像。并根据椎间盘退变Pfirrmann分级标准[12]，对恒河猴L4、5及L5、6椎间盘进行分 级。
将4组TSL不同的T1ρ-MRI图像输入T1ρ图像处理程序（通过国际合作已由丹麦奥胡斯大学协助在本院安装、测试与使用）自动处理，经T1ρ-mapping产生T1ρ图，选定感兴趣区域（range of interest，ROI），ROI为直径5 mm圆圈，定位于髓核中央（图 1），测量并记录T1ρ弛豫时间值，T1ρ与TSL之间满足指数方程关系S（TSL）= S0e-TSL/T1ρ[10]（S为自旋量子数、S0是未扩散加权的梯度脉冲的开始信号强度）。利用T2-mapping序列所得的图像计算T2 map弛豫时间值，比较术前及术后椎间盘T1ρ和T2 map弛豫时间值。
图1
恒河猴腰椎间盘T1ρ图像以及髓核ROI选择
Figure1.
T1ρ maps and the range of interest of the nucleus pulposus of rhesus macaques lumbar intervertebral disk
将术前和术后各时间点经椎间盘中份的T2WI 轴位像输入骨科计算机影像分析系统（Philips公司，荷兰），测量整个椎间盘和其内呈高信号区域的面积（显示器亮度、对比度、色度、清晰度恒定，测量者与本实验无关），每幅图像重复测量3 次，取均值，计算椎间盘内高信号区域面积占整个椎间盘面积的百分比。
1.3.2 大体观察及组织学观察
术后4、12周完成 MRI检查后，采用随机数字法各取6只恒河猴，用相同手术方式取出实验组和对照组椎间盘及其上、下软骨终板，大体观察标本颜色、周围软组织反应情况等。标本取与椎体矢状面呈30°的剖面，40 g/L多聚甲醛固定1周后，Plank-Rycholo液脱钙5～7 d，石蜡包埋、切片及再固定，系列乙醇脱水，石蜡包埋，5 μm厚组织切片，行HE染色观察。
1.4 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。数据以均数 ± 标准差表示，组内各时间点间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD检验；两组间比较采用配对t检验；检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 MRI 检查及图像数据处理
根据Pfirrmann 分级标准，实验组术前及对照组各时间点椎间盘分级均为Ⅰ级；实验组术后4周Ⅰ级8 例、Ⅱ级4例，术后12周Ⅱ级7例、Ⅲ级5例。对照组手术前后各时间点间椎间盘T1ρ、T2 map弛豫时间值与术前比较差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。术后1 周，实验组T1ρ弛豫时间值即开始下降，但与术前比较差异无统计学意义（P＞ 0.05）；术后4、12周持续下降，与术前及术后1周比较差异有统计学意义（P＜ 0.05）；术后12周与4周比较差异亦有统计学意义（P＜ 0.05）。而实验组T2 map弛豫时间值在术后1、4周与术前比较差异无统计学意义（P＞ 0.05）；但术后12周明显下降，与其余时间点比较差异均有统计学意义（P＜ 0.05）。对照组与实验组间除术后4、12周T1ρ弛豫时间值及术后12周T2 map弛豫时间值比较差异有统计学意义（P＜ 0.05）外，其余时间点两组间比较差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。见表 1、2。
表1
两组手术前后各时间点腰椎间盘髓核T1ρ弛豫时间值变化（
表2
两组手术前后各时间点腰椎间盘髓核T2 map弛豫时间值变化（对照组及实验组手术前后各时间点间椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区域面积占整个椎间盘面积的 百分比比较，差异均无统计学意义（P＞ 0.05）；各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P＞ 0.05）。见表 3。
表3
两组手术前后各时间点椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区面积占整个椎间盘面积百分比（%，2.2 大体观察及组织学观察
两组手术过程顺利，术后实验动物均存活，无截瘫及感染等并发症发生。椎间盘标本均顺利取出，颜色正常，椎前软组织少量肉芽形成，未见明显水肿及炎性改变。
HE染色示，对照组各时间点椎间盘髓核及纤维环结构均未见明显紊乱，未见裂隙及塌陷等结构异常。实验组术后4周纤维环排列尚规则，髓核排列稍紊乱，髓核功能性细胞数目减少；12周内层纤维环出现裂隙，髓核中心功能性细胞数目进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替。见图 2。
图2
术后各时间点两组HE染色观察 ⓐ 实验组4周（× 40） 箭头示髓核细胞排列紊乱 ⓑ 实验组4周（×100） 箭头示髓核中心功能性细胞数目减少 ⓒ 实验组12周（× 40） 箭头示髓核中心功能性细胞数目进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替 ⓓ 实验组12周（×100） 箭头示内层纤维环出现裂隙 ⓔ 对照组4周（× 40） ⓕ 对照组4周（×100） ⓖ 对照组12周（× 40） ⓗ 对照组12周（×100）
Figure2.
HE staining observation of 2 groups at different time points ⓐ Experimental group at 4 weeks (× 40) Arrow indicated arrangement disorder of nucleus pulposus cells ⓑ Experimental group at 4 weeks (×100) Arrow indicated reduced number of functional cells in the nucleus center ⓒ Experimental group at 12 weeks (× 40) Arrow indicated the progressively reduced number of functional cells in the nucleus center,part of the nucleus was replaced by disordered fibrous tissue ⓓ Experimental group at 12 weeks (×100) Arrow indicated the annulus inner fissures ⓔ Control group at 4 weeks (× 40) ⓕ Control group at 4 weeks (×100) ⓖ Control group at 12 weeks (× 40) ⓗ Control group at 12 weeks (×100)
3 讨论
椎间盘退变性疾病是临床常见病和多发病，也是下腰痛的主要原因，但目前其病因和病理生理机制尚未明确。建立一种可靠的椎间盘退变动物模型不仅能够为研究其退变发病机制提供有利条件，更可为修复治疗退变椎间盘的各种研究提供良好的实验载体[5]。自Lob于1933年首次成功制备椎间盘退变动物模型后，不同方法和不同物种的动物模型相继建立，所选择物种和方法的可靠性与可重复性亦存在较大差异。方法学上主要包括自然退变和诱发退变。自然退变动物病变特点相对接近人类椎间盘自然退变，但动物物种数量有限且实验周期长等因素限制了其应用；诱发退变包括应力、脊柱失稳、手术直接损伤、化学损伤等[3-8]，这些模型均存在不同程度缺点，比如创伤较大、退变进展过快、实验条件要求较高、可重复性差等，降低了其应用价值。
目前众多研究表明，椎间盘的退变与软骨终板损伤、终板下微循环障碍密切相关。研究显示椎间盘的营养主要来自于椎体终板下毛细血管[13-15]，营养成分通过终板弥散进入椎间盘。椎体终板的弥散功能对这些细胞和基质的生理活动和功能有重要意义[15]。因此，有学者提出通过经皮穿刺兔椎体终板下骨注射平阳霉素影响软骨终板的血运，建立腰椎间盘缺血性退变模型[9]。平阳霉素血管损伤机制主要是干扰血管内皮细胞的生长代谢，抑制细胞内的DNA合成、造成内皮细胞变性和增生，最终血栓形成，从而引起血管供血部位的缺血。研究报道[9]于兔椎间盘注射平阳霉素后第5 周，病理显示成功制备椎间盘退变模型。该方法操作简便、成功率高，具有良好的重复性、可靠性。
力学因素及炎症因素在人类腰椎间盘退变发展过程起着重要作用，而兔的腰椎生理解剖和生物力学特性与人类存在区别，兔腰椎间盘退变模型与人类椎间盘退变存在差距，仍不能较好满足临床前试验的需求。因此本研究采用腰椎生理解剖和生物力学特点与人类接近的灵长类动物恒河猴制备模型，结果显示，实验组术后1周椎间盘MRI T1ρ、T2 map弛豫时间值即开始下降，提示椎间盘开始出现退变；4周椎间盘 T1ρ弛豫时间值即明显下降，髓核出现紊乱，髓核功能性细胞数减少。本研究显示其退变速率较兔腰椎间盘退变模型快，分析原因为直立爬行的灵长类动物腰椎间盘负荷较兔大，结合平阳霉素对软骨终板血运的影响，促使椎间盘出现退变。术后12周显示纤维出现裂隙，髓核中心功能性细胞数进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替。研究结果提示采用椎体终板下骨注射平阳霉素方法同样可诱导恒河猴腰椎间盘缺血性退变，其椎间盘退变过程更接近人类椎间盘退变生理，且造模周期较短，模型具有良好的重复性、可靠性。
椎间盘是一种免疫豁免器官，一旦暴露在免疫环境中将迅速退变，不能如其他组织一样可通过穿刺获得准确的组织病理学检测。因此，如何无创监测动物模型椎间盘退变的发展过程、评价其退变程度是我们需解决的一个科学问题。既往多根据MRI扫描T1、T2信号的变化进行评估，存在准确度低、人为误差较大等缺点。MRI T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术分别能探测组织器官中蛋白聚糖和胶原蛋白，并可量化分析其含量[16-19]，而蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的变化是腰椎间盘退变的分子标记。提示T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术可无创监测腰椎间盘退变的发展过程、评价其退变程度。本研究采用T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术测量椎间盘的T1ρ、T2 map弛豫时间值，与既往通过观察椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区面积变化评估方法比较，前者阳性结果出现较早，提示与传统的T1WI和T2WI信号相比，T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术是一种更为可靠、敏感、量化评价椎间盘退变的方法。但既往研究显示，髓核内胶原纤维含量变化对T2 map驰豫时间值的影响远远超过蛋白聚糖的影响[20]。因此，T2 mapping技术多用于胶原纤维的研究。本研究结果显示实验组术后4周T1ρ弛豫时间值即较术前明显下降，但是T2 map弛豫时间值直至术后12周才出现显著性下降，这也验证了T1ρ自旋锁定成像在评价髓核蛋白聚糖变化方面要优于T2-mapping技术。
然而，本研究系实验模型构建的短期效果报道，缺乏长期的随访观察以及其与人类椎间盘退变的病理学比较，因此，研究结果尚需远期随访观察进一步证实，并探讨其导致椎间盘退变的确切机制。
目前研究认为，椎间盘软骨终板下骨的微循环障碍是导致椎间盘退变的重要原因之一[1]。因此建立一种可靠的椎体终板下骨缺血性腰椎间盘退变模型，可为研究椎间盘退变病因和治疗提供理想研究平台[2]。既往椎间盘退变动物模型主要是通过破坏椎间盘自身结构/生物力学环境或基因敲除技术获得[3-8]，与人类椎间盘退变过程存在较大差异。鉴于椎间盘的营养主要来自于椎体终板下毛细血管，有学者提出采用穿刺兔腰椎椎体终板下骨注射去血管化药物平阳霉素破坏微循环，进而破坏椎体血供诱发椎间盘退变，形成兔椎体终板下缺血模型[9]。然而，兔腰椎间盘退变模型不具有人类腰椎间盘退变特有的力学环境，与人类退变椎间盘生理仍存在差距。灵长类动物椎间盘结构与人类相似，为此本研究拟通过灵长类动物恒河猴椎体终板下骨注射平阳霉素诱导缺血性腰椎间盘退变，并以T1ρ-MRI自旋锁定成像和T2-mapping技术[10-11]定量检测动物模型椎间盘细胞外基质变化，结合病理学观察评价其退变过程，为椎间盘退变相关研究以及临床前试验提供更为可靠的动物实验模型。
1 材料与方法
1.1 实验动物及主要材料
正常清洁级雌性恒河猴12只，年龄4～6岁，平均5.1岁；体重4.4～6.1 kg，平均5.6 kg；由广东蓝岛动物实验中心提供。术前行X线片检查排除脊柱畸形等异常。动物单笼饲养，室温控制在25℃左右。平阳霉素粉针（8 mg/支；天津太河制药有限公司）。17 G × 10 cm骨穿刺针（Angiomed 公司，德国）。
1.2 实验动物处理
取12只实验动物，以地西泮（2.5 mg/kg）和氯胺酮（10 mg/kg）肌肉注射麻醉，取仰卧位，行下腹部前外侧斜切口腹膜外入路。沿腹外斜肌肌纤维方向分开，并依次按同一方向切断和分离深层的腹内斜肌和腹横肌，进入腹膜后隙，充分暴露腰椎椎体及椎间盘。于椎体侧方中点并终板下0.5 cm处，平行于椎体终板及椎体冠状面进针，用直径1.5 mm的钻头钻孔，深度达椎体横径的2/3（根据术前X线片测量）。钻孔后，用针头尾端黏有骨蜡的注射器进行注射，实验组于L5、6椎间盘相邻的上、下终板各缓慢注射平阳霉素（2 mg/mL）1 mL，对照组于同只动物L4、5椎间盘相邻的上、下终板各缓慢注射生理盐水1 mL；注射持续5 min，退出针头骨蜡封闭钻孔处。术前及手术结束时分别静脉滴注头孢曲松钠（80 mg/kg），术后单笼自由喂养，通风，接受自然光。
1.3 观测指标
1.3.1 MRI
检查及图像数据处理 术前及术后1、4、12周行MRI检查，使用Philips 1.5 Tesla MRI仪（Philips公司，荷兰）扫描，采用8通道腰椎线圈。T1WI和T2WI采用快速自旋回波脉冲序列，T2-mapping技术处理前的T2WI图像采集采用多回波SE序列，T1ρ-mapping采用快速自旋锁定脉冲序列，动态增强MRI采用矢状位T1-脂肪抑制快速自旋回波序列。扫描参数：T1WI：回波时间12 ms，脉冲重复时间540 ms，视野（field of view，FOV）200 mm，层厚2～3 mm；T2WI：回波时间100 ms，脉冲重复时间1 900 ms；T1ρ-MRI扫描采用矢状位，FOV 28 cm × 28 cm，层厚 3 cm，层间距0.3 cm，自旋锁定时间设为15、30、45、 60 ms，获取4组T1ρ-MRI图像。并根据椎间盘退变Pfirrmann分级标准[12]，对恒河猴L4、5及L5、6椎间盘进行分 级。
将4组TSL不同的T1ρ-MRI图像输入T1ρ图像处理程序（通过国际合作已由丹麦奥胡斯大学协助在本院安装、测试与使用）自动处理，经T1ρ-mapping产生T1ρ图，选定感兴趣区域（range of interest，ROI），ROI为直径5 mm圆圈，定位于髓核中央（图 1），测量并记录T1ρ弛豫时间值，T1ρ与TSL之间满足指数方程关系S（TSL）= S0e-TSL/T1ρ[10]（S为自旋量子数、S0是未扩散加权的梯度脉冲的开始信号强度）。利用T2-mapping序列所得的图像计算T2 map弛豫时间值，比较术前及术后椎间盘T1ρ和T2 map弛豫时间值。
图1
恒河猴腰椎间盘T1ρ图像以及髓核ROI选择
Figure1.
T1ρ maps and the range of interest of the nucleus pulposus of rhesus macaques lumbar intervertebral disk
将术前和术后各时间点经椎间盘中份的T2WI 轴位像输入骨科计算机影像分析系统（Philips公司，荷兰），测量整个椎间盘和其内呈高信号区域的面积（显示器亮度、对比度、色度、清晰度恒定，测量者与本实验无关），每幅图像重复测量3 次，取均值，计算椎间盘内高信号区域面积占整个椎间盘面积的百分比。
1.3.2 大体观察及组织学观察
术后4、12周完成 MRI检查后，采用随机数字法各取6只恒河猴，用相同手术方式取出实验组和对照组椎间盘及其上、下软骨终板，大体观察标本颜色、周围软组织反应情况等。标本取与椎体矢状面呈30°的剖面，40 g/L多聚甲醛固定1周后，Plank-Rycholo液脱钙5～7 d，石蜡包埋、切片及再固定，系列乙醇脱水，石蜡包埋，5 μm厚组织切片，行HE染色观察。
1.4 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。数据以均数 ± 标准差表示，组内各时间点间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD检验；两组间比较采用配对t检验；检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 MRI 检查及图像数据处理
根据Pfirrmann 分级标准，实验组术前及对照组各时间点椎间盘分级均为Ⅰ级；实验组术后4周Ⅰ级8 例、Ⅱ级4例，术后12周Ⅱ级7例、Ⅲ级5例。对照组手术前后各时间点间椎间盘T1ρ、T2 map弛豫时间值与术前比较差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。术后1 周，实验组T1ρ弛豫时间值即开始下降，但与术前比较差异无统计学意义（P＞ 0.05）；术后4、12周持续下降，与术前及术后1周比较差异有统计学意义（P＜ 0.05）；术后12周与4周比较差异亦有统计学意义（P＜ 0.05）。而实验组T2 map弛豫时间值在术后1、4周与术前比较差异无统计学意义（P＞ 0.05）；但术后12周明显下降，与其余时间点比较差异均有统计学意义（P＜ 0.05）。对照组与实验组间除术后4、12周T1ρ弛豫时间值及术后12周T2 map弛豫时间值比较差异有统计学意义（P＜ 0.05）外，其余时间点两组间比较差异均无统计学意义（P＞ 0.05）。见表 1、2。
表1
两组手术前后各时间点腰椎间盘髓核T1ρ弛豫时间值变化（
表2
两组手术前后各时间点腰椎间盘髓核T2 map弛豫时间值变化（对照组及实验组手术前后各时间点间椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区域面积占整个椎间盘面积的 百分比比较，差异均无统计学意义（P＞ 0.05）；各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P＞ 0.05）。见表 3。
表3
两组手术前后各时间点椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区面积占整个椎间盘面积百分比（%，2.2 大体观察及组织学观察
两组手术过程顺利，术后实验动物均存活，无截瘫及感染等并发症发生。椎间盘标本均顺利取出，颜色正常，椎前软组织少量肉芽形成，未见明显水肿及炎性改变。
HE染色示，对照组各时间点椎间盘髓核及纤维环结构均未见明显紊乱，未见裂隙及塌陷等结构异常。实验组术后4周纤维环排列尚规则，髓核排列稍紊乱，髓核功能性细胞数目减少；12周内层纤维环出现裂隙，髓核中心功能性细胞数目进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替。见图 2。
图2
术后各时间点两组HE染色观察 ⓐ 实验组4周（× 40） 箭头示髓核细胞排列紊乱 ⓑ 实验组4周（×100） 箭头示髓核中心功能性细胞数目减少 ⓒ 实验组12周（× 40） 箭头示髓核中心功能性细胞数目进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替 ⓓ 实验组12周（×100） 箭头示内层纤维环出现裂隙 ⓔ 对照组4周（× 40） ⓕ 对照组4周（×100） ⓖ 对照组12周（× 40） ⓗ 对照组12周（×100）
Figure2.
HE staining observation of 2 groups at different time points ⓐ Experimental group at 4 weeks (× 40) Arrow indicated arrangement disorder of nucleus pulposus cells ⓑ Experimental group at 4 weeks (×100) Arrow indicated reduced number of functional cells in the nucleus center ⓒ Experimental group at 12 weeks (× 40) Arrow indicated the progressively reduced number of functional cells in the nucleus center,part of the nucleus was replaced by disordered fibrous tissue ⓓ Experimental group at 12 weeks (×100) Arrow indicated the annulus inner fissures ⓔ Control group at 4 weeks (× 40) ⓕ Control group at 4 weeks (×100) ⓖ Control group at 12 weeks (× 40) ⓗ Control group at 12 weeks (×100)
3 讨论
椎间盘退变性疾病是临床常见病和多发病，也是下腰痛的主要原因，但目前其病因和病理生理机制尚未明确。建立一种可靠的椎间盘退变动物模型不仅能够为研究其退变发病机制提供有利条件，更可为修复治疗退变椎间盘的各种研究提供良好的实验载体[5]。自Lob于1933年首次成功制备椎间盘退变动物模型后，不同方法和不同物种的动物模型相继建立，所选择物种和方法的可靠性与可重复性亦存在较大差异。方法学上主要包括自然退变和诱发退变。自然退变动物病变特点相对接近人类椎间盘自然退变，但动物物种数量有限且实验周期长等因素限制了其应用；诱发退变包括应力、脊柱失稳、手术直接损伤、化学损伤等[3-8]，这些模型均存在不同程度缺点，比如创伤较大、退变进展过快、实验条件要求较高、可重复性差等，降低了其应用价值。
目前众多研究表明，椎间盘的退变与软骨终板损伤、终板下微循环障碍密切相关。研究显示椎间盘的营养主要来自于椎体终板下毛细血管[13-15]，营养成分通过终板弥散进入椎间盘。椎体终板的弥散功能对这些细胞和基质的生理活动和功能有重要意义[15]。因此，有学者提出通过经皮穿刺兔椎体终板下骨注射平阳霉素影响软骨终板的血运，建立腰椎间盘缺血性退变模型[9]。平阳霉素血管损伤机制主要是干扰血管内皮细胞的生长代谢，抑制细胞内的DNA合成、造成内皮细胞变性和增生，最终血栓形成，从而引起血管供血部位的缺血。研究报道[9]于兔椎间盘注射平阳霉素后第5 周，病理显示成功制备椎间盘退变模型。该方法操作简便、成功率高，具有良好的重复性、可靠性。
力学因素及炎症因素在人类腰椎间盘退变发展过程起着重要作用，而兔的腰椎生理解剖和生物力学特性与人类存在区别，兔腰椎间盘退变模型与人类椎间盘退变存在差距，仍不能较好满足临床前试验的需求。因此本研究采用腰椎生理解剖和生物力学特点与人类接近的灵长类动物恒河猴制备模型，结果显示，实验组术后1周椎间盘MRI T1ρ、T2 map弛豫时间值即开始下降，提示椎间盘开始出现退变；4周椎间盘 T1ρ弛豫时间值即明显下降，髓核出现紊乱，髓核功能性细胞数减少。本研究显示其退变速率较兔腰椎间盘退变模型快，分析原因为直立爬行的灵长类动物腰椎间盘负荷较兔大，结合平阳霉素对软骨终板血运的影响，促使椎间盘出现退变。术后12周显示纤维出现裂隙，髓核中心功能性细胞数进行性减少，部分髓核被混乱的纤维组织所代替。研究结果提示采用椎体终板下骨注射平阳霉素方法同样可诱导恒河猴腰椎间盘缺血性退变，其椎间盘退变过程更接近人类椎间盘退变生理，且造模周期较短，模型具有良好的重复性、可靠性。
椎间盘是一种免疫豁免器官，一旦暴露在免疫环境中将迅速退变，不能如其他组织一样可通过穿刺获得准确的组织病理学检测。因此，如何无创监测动物模型椎间盘退变的发展过程、评价其退变程度是我们需解决的一个科学问题。既往多根据MRI扫描T1、T2信号的变化进行评估，存在准确度低、人为误差较大等缺点。MRI T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术分别能探测组织器官中蛋白聚糖和胶原蛋白，并可量化分析其含量[16-19]，而蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的变化是腰椎间盘退变的分子标记。提示T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术可无创监测腰椎间盘退变的发展过程、评价其退变程度。本研究采用T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术测量椎间盘的T1ρ、T2 map弛豫时间值，与既往通过观察椎间盘T2WI 轴位髓核高信号区面积变化评估方法比较，前者阳性结果出现较早，提示与传统的T1WI和T2WI信号相比，T1ρ自旋锁定成像和T2-mapping技术是一种更为可靠、敏感、量化评价椎间盘退变的方法。但既往研究显示，髓核内胶原纤维含量变化对T2 map驰豫时间值的影响远远超过蛋白聚糖的影响[20]。因此，T2 mapping技术多用于胶原纤维的研究。本研究结果显示实验组术后4周T1ρ弛豫时间值即较术前明显下降，但是T2 map弛豫时间值直至术后12周才出现显著性下降，这也验证了T1ρ自旋锁定成像在评价髓核蛋白聚糖变化方面要优于T2-mapping技术。
然而，本研究系实验模型构建的短期效果报道，缺乏长期的随访观察以及其与人类椎间盘退变的病理学比较，因此，研究结果尚需远期随访观察进一步证实，并探讨其导致椎间盘退变的确切机制。
