腰椎终板Modic改变动物模型的建立及其评估

Lumbar degenerative diseases are common in clinic, especially in aged population. As an important signal in MRI, Modic changes (MCs) of lumbar vertebral endplate are considered to be a typical sign for lumbar degenerative diseases. But nowadays, most studies on MCs are focussed on their clinical characterises and relationship with other diseases, rather than its own mechanism, for there is no proper animal model for MCs. Some clinical studies revealed that MCs are correlated with endplate micro-fracture and intervertebral disc degeneration. Some other researchers consider them to be a result of low virulent bacterial infection, but their theory is still controversial. Therefore, we assume that endplate damage or low virulent bacterial infection can lead to MCs in an animal model. Our preliminary test has successfully established a percutaneous endplate puncture animal model. New Zealand White Rabbits will be used to establish an animal model via simple endplate damage or propionibacterium acnes (P.acne) injection percutaneously, and sham/vehicle will be used as control. MRI, Micro-CT and 3D-reconstruction, biomechanical analysis, biomolecular analysis and immunohistochemical examination will be used to evaluate whether endplate damage or P.acne infection can induce MCs. The roles of endplate damage and bacterial infection in the overall process of MCs will also be discussed. This proposed research will be the first attempt to establish an animal model of MCs and study its mechanism.

腰椎退行性疾病及其引发的腰痛常见于临床，特别是中老年患者。作为重要临床观察指标，腰椎终板Modic改变（MCs）被认为是腰椎退行性疾病的表现之一。但目前对MCs的研究多集中于临床相关问题，而没有相应的动物模型以更好地探讨其发病机制。研究显示，MCs提示了终板微损伤或椎间盘退变的发生；也有人认为MCs是低毒性细菌感染所致。因此我们提出假设：单纯终板损伤或低毒性细菌感染可用于诱导MCs动物模型。本团队预实验成功建立了经皮穿刺椎体终板损伤动物模型，因此，本研究拟对新西兰兔以经皮穿刺方式进行单纯终板损伤，或于腰椎间盘内或终板区域接种低毒性痤疮丙酸杆菌（P.acne），并设置假手术及空白对照组，以模拟MCs。通过MRI、Micro-CT三维重建、生物力学、分子生物学及免疫组化等方法验证MCs模型，并对终板损伤或低毒性细菌感染诱发MCs的过程进行研究。本研究将首次从动物模型角度研究MCs及其机制。

腰椎退行性疾病及其引发的腰背痛及下肢疼痛是一组发病率高，持续时间长，严重影响患者生活质量的退行性病变。作为重要临床观察指标，腰椎终板Modic改变（MCs）被认为是腰椎退行性疾病的表现之一。但目前对MCs的研究多集中于临床相关问题，其中低毒性细菌P.acnes感染可能被认为是MCs的病因，然而没有相应的动物模型以更好地探讨其发病机制。本研究首次从动物模型角度研究MCs及其机制，通过单纯终板损伤或低毒性细菌P. acnes感染模拟MCs，利用MRI、Micro-CT三维重建、分子生物学及组织学等方法验证MCs模型，并对诱发MCs的过程进行研究。.经肌间隙开放手术入路构建兔腰椎间盘髓核穿刺通道，并经此通道注射痤疮丙酸杆菌建立MCs动物模型，结果显示腰椎间盘内低毒性细菌P.acnes感染可引发终板区域及椎间盘MRI退变表现，部分表现为I型和II型Modic改变，并且增加椎间盘组织中细胞外基质的分解，引发的炎症反应破坏了终板结构，进一步加剧了椎间盘的退变。同时，通过兔腰椎终板下穿刺注射P.acnes建立MCs动物模型发现腰椎终板区低毒性细菌感染中约1/3椎体邻近终板区域发生T1及T2像MRI信号升高表现，提示发生II型Modic改变，终板下骨区域P.acnes感染可见轻度骨吸收反应，且炎症反应较为温和，并无明显终板骨性结构重塑反应,而对椎间盘无显著影响。另外，临床颈椎间盘标本提示凝血酶阴性葡萄球菌可导致颈椎终板Modic改变的发生，并通过针刺注射该细菌感染颈椎间盘也成功构建了颈椎MCs动物模型。.本研究通过椎间盘内和终板下穿刺注射痤疮丙酸杆菌成功建立MCs动物模型，对骨性终板及椎间盘的低毒性细菌感染进行区别分析，证实低毒性细菌P.acne感染可能是腰椎终板MCs发生的原因，同时对颈椎MCs发生做了初步探索与研究，为MCs发生机制研究提供模型基础，为临床治疗方案提供参考。