维生素D 受体及骨化三醇在大鼠椎间盘退变中相关作用的研究

Intervertebral disc degeneration (IDD) is an important cause of low back pain. At present, the molecular mechanism of IDD has not been determined. In recent years, more and more studies have shown that genetic factors play an important role in the occurrence of IDD. Among them, the study of multi ethnic groups showed that the vitamin D receptor (VDR) gene polymorphism was highly correlated with the occurrence of IVD, suggesting that VDR is involved in the occurrence of IDD. However, the role of VDR in IDD has not been reported. The purpose of this study is to explore the role of VDR in rat IDD and the possible molecular mechanism; different month old rats were performed small animal intervertebral disc CT, MRI imaging examination, assessment of the degree of intervertebral disc degeneration, then the VDR activity and the molecular marker mRNA protein expression level were measured. Analysis were completed of the relationship between VDR and possible intervertebral disc degeneration; using cultured rat intervertebral disc cells treated with ossification in three alcohol VDR activation effect of nucleus pulposus cell apoptosis and extracellular matrix secretion by H2O2 in vitro, to investigate the protective effect of VDR on the degeneration. This study is the first to reveal the role of VDR in the rat IDD, and to lay the experimental foundation for the clinical exploration of new targets of IDD.

椎间盘退行性变(IDD)是临床导致下腰痛的重要病因。目前IDD发生的分子机制尚无定论。近年来越来越多的研究表明遗传因素在IDD的发生当中扮演重要作用。其中，在多种族人群研究当中表明维生素D受体(VDR)基因多态性与IVD的发生高度相关，提示VDR参与IDD的发生。然而目前有关VDR在IDD中的作用尚未见报道。本研究旨在探索VDR在大鼠IDD中的作用及可能的分子机制；取不同月龄大鼠进行小动物椎间盘CT、MRI影像学检查，评定椎间盘退变程度，后取组织测定VDR的活性水平、数量以及椎间盘退变标志分子的mRNA及蛋白表达水平，分析VDR与可能存在的椎间盘退变的关系；利用体外培养大鼠椎间盘髓核细胞观察加入骨化三醇激活VDR通路对H2O2所造成髓核细胞凋亡、胞外基质分泌的影响，探讨VDR通路对退行性变的保护作用。本项研究首次揭示VDR在大鼠IDD中的作用，为临床探寻IDD新的防治靶点奠定实验基础。

椎间盘退行性变(IDD)是临床导致下腰痛的重要病因。目前IDD发生的分子机制尚无定论。了解IDD发生的详细机制对脊柱退变类疾病的防治显着异常重要。前期结果及既往研究显示，活性维生素D所介导的VDR激活参与IDD的发生，本研究旨在探索VDR在IDD中的作用及可能的分子机制。结果显示：人退变腰椎间盘髓核及纤维环组织中VDR的表达明显减低，VDR表达的下降可能是导致退变腰椎间盘中髓核细胞增殖与凋亡失衡的原因之一；研究发现在不同年龄大鼠的椎间盘纤维环组织其VDR蛋白的表达不尽相同，随着大鼠月龄的不断增加椎间盘及终板退变程度的升高，Western-blot发现VDR呈现出差异表达，统计分析发现退变程度与VDR表达之间存在相关关系，在较低退变的椎间盘中VDR表达较低，而较高退变的椎间盘中VDR表达明显升高；我们按照实验计划利用尾椎穿刺模型，成功构建尾椎退变模型，对大鼠进行腹腔注射维生素D3提升体内活性维生素D含量，发现活性维生素D能够逆转由穿刺造成的椎间盘退变的情况出现，相应细胞外基质成分得到有效的保留；离体实验研究发现加入10nmol和100nmol骨化三醇后能够有效抑制H2O2造成的细胞损伤，保护细胞线粒体功能；利用高通量二代测序手段，我们观察了活性维生素D对离体椎间盘髓核细胞基因表达的影响：短期时间作用下（12h）和长时间作用下（72h）分别发现了94个基因254个基因的差异表达，结果显示1,25(OH)2D3/VDR在人椎间盘退变当中扮演重要作用，其与CILP蛋白及TGF-β的相关联系很可能是其调节椎间盘代谢的具体信号机制；研究发现TNF-α能够诱导人椎间盘髓核细胞凋亡，维生素D能够显著降低TNF-α中磷酸化NF-κB/p65的表达。以上研究围绕活性维生素D/VDR在椎间盘退变中作用机制展开，结果发现1,25(OH)2D3/VDR通路与IDD之间联系紧密，其通路激活能够有效避免椎间盘组织向IDD的方向进展，能够有效抑制细胞外基质的流失以及椎间盘细胞的凋亡，其与CILP、TGF-β、NF-κB之间所产生的联系将在IDD形成中产生重要作用。本研究的发现将对今后临床干预椎间盘退变类疾病的提供了新的治疗思路。