剪切应力对椎间盘的影响及其机制研究

Studies have shown that the bimechanical factors have an important relationship with the onset and progression of intervertebral disc(IVD) degeneration. Shear stress has been reported as a primary bimechanical factor that induces the IVD degeneration, however, the mechanism is still remain unknown. In order to understand the effects of shear stress on the IVD, a new rabbit model has been developed to investigate the conditions of shear stress which can induce IVD degeneration. After loading, effects of shear stress on IVD and vertebral endplates will be assessed; the relationship between shear stress and the apoptotic,autophagy and senescence of the IVD cell will be observed; the changes of gene expression of the IVD cell and protein content of matrix,catabolic,growth factors and pro-in?ammatory cytokines will be observed, and differentially expressed miRNAs will be identified. The results of this study will be helpful in understanding the etiology and pathology mechanism of intervertebral disc degeneration.

生物力学因素与椎间盘退变的发生和发展有着密切的关系。剪切应力是作用于人体椎间盘的关键生物力学因素，而其对椎间盘的影响机制却仍不清楚。本课题组首次建立了剪切应力致椎间盘退变的在体动物兔模型，将探索导致椎间盘退变的剪切应力加载条件。在此基础上，我们将深入研究剪切应力对椎间盘终板的作用，及其对椎间盘组织的影响；研究椎间盘细胞的凋亡、自噬和衰老与剪切应力之间的关系；检测椎间盘细胞基因表达和细胞外基质蛋白、生长因子、蛋白酶及炎症因子等含量的改变；分析具有显著表达差异的miRNAs。期望通过本项目，有望从组织、细胞、基因和表观调控角度揭示剪切应力对椎间盘的影响机制，深化对椎间盘退变病因和病理机制的认识。

生物力学因素与椎间盘退变的发生和发展有着密切的关系。剪切应力是作用于人体椎间盘的关键生物力学因素，而其对椎间盘的影响机制却仍不清楚。本课题组首次建立了剪切应力致椎间盘退变的在体动物模型，探索椎间盘退变的剪切应力加载条件。在此基础上，我们进一步研究了剪切应力对髓核细胞以及椎间盘终板的作用; 本课题研究主要分为三部分：（1）本研究采用兔子建立剪切应力的椎间盘退变模型，分析剪切应力对于髓核组织以及椎间盘终板的影响，通过组织学指标对其进行评价。结果发现剪切应力作用下，纤维环组织和髓核组织破坏严重，界限不清，终板结构破坏;成果文章被SCI 收录，并发表中文核心期刊。获得发明专利授权（实验动物兔腰椎间盘剪切应力加载器）（CN201210438551.7）一项。（2）本课题组通过免疫组化，血管造影等实验手段发现在剪切应力作用下兔椎间盘终板血管发生改变，终板血管数减少，血管结构单一化，椎间盘髓核及纤维环组织营养物质减少。我们建立了一种通过Micro-CT用于检测终板血管形态的新方法，申请专利一项（重建兔椎体终板内血管3D结构的实验方法）（201510359228.4），研究成果论文被SCI收录，并发表多篇中文期刊。（3）进一步研究发现，剪切应力作用下引起的椎间盘退变组织中，相关炎症因子表达增加，椎间盘细胞基因表达和细胞外基质蛋白、生长因子、蛋白酶及炎症因子等含量发生改变，髓核细胞凋亡增加。我们进一步研究了椎间盘细胞的凋亡、自噬和衰老与剪切应力之间的关系，发现调控自噬能抑制髓核细胞凋亡，延缓椎间盘退变；在完成既定计划的同时，我们发现人退变椎间盘组织中部分蛋白表达差异明显，在此基础上，我们进一步探索了相关蛋白表达与椎间盘退变之间的关系，研究成果论文被SCI收录。本项目从组织、细胞、基因角度揭示剪切应力对椎间盘的影响机制，深化对椎间盘退变病因和病理机制的认识。