颈椎病大鼠模型血清IL-1β、IL-6及TNF-α的表达及意义

纪振伟 姚立东 周 杰 夏 力

(武警新疆总队医院军人病区骨科，新疆 乌鲁木齐 830091)

研究表明〔1〕，颈椎病的致病因素已从过去的自然退变等转变为环境因素、生活工作行为因素及体质因素。随着近年来人们生活工作方式的变化，“低头族”、长期伏案者增多，颈椎病的患病率呈逐年增长的趋势〔2〕。颈椎病发病最早期、最本质的病理生理改变是颈椎间盘退变，这一改变既表现于颈椎间盘形态学上的变化，又表现于颈椎间盘内在生物化学平衡上的变化〔3〕。退变和突出的颈椎间盘内存在着多种在颈椎病的发生发展中起着关键作用的细胞因子和炎症介质。白细胞介素(IL)-1β、IL-6及肿瘤坏死因子(TNF)-α等细胞因子已被证实可导致椎间盘退变的加剧〔4〕，但目前仍较少见到探讨其相关机制的报道。本研究旨在探讨颈椎退变过程中细胞因子水平的变化及其临床意义，以期为颈椎病的预防和治疗提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1实验动物 7个月健康成年雄性SD大鼠45只，体重220～250 g，平均(237.68±8.17)g，由河南省实验动物中心提供。

1.2建模及分组方法 45只SD大鼠经1 w适应性喂养后，采用随机数字表法分为实验组30只和假手术组15只。颈椎病大鼠模型建立：将大鼠麻醉，俯卧固定于手术台，对颈部皮肤进行消毒处理，取颈背部正中切口对皮肤及皮肤下2.0～2.5 cm组织纵向切开，使颈部各肌肉层充分游离后，依次将颈部后侧的肌肉横向切断，为防止断处愈合，切除一段约1.5 cm的部分，然后将大鼠C2～C7椎间盘的棘上韧带及棘间韧带依次切断，最后将皮肤逐层缝合，不拆线，让其自然脱落。假手术组组大鼠术前准备及麻醉方法均与实验组大鼠相同，但取其颈背部正中切口对皮肤及皮肤下2.0～2.5 cm组织纵向切开后即行缝合，不切断肌肉及韧带。上述两组大鼠均在同等正常条件下，置于23℃～25℃的环境中采用标准饲料单笼喂养。两组大鼠均于术后3 d采用5万U的青霉素钠肌肉注射抗感染。实验组有1只大鼠术后死亡(可能原因为术中失血过多)，其余大鼠术后均有扭头摇晃、低头等表现，1 w后消失。实验组另有2只大鼠于术后1 w死亡(解剖发现肠胀气、颈部感染)，其余大鼠均正常。实验组大鼠经颈椎X线检查发现椎间孔变小、椎间隙变窄，同时颈椎生理弯曲消失甚至反曲，证实模型建立成功。

根据细胞因子监测的时间点，再将实验组大鼠随机分为1个月组(n=7)、3个月组(n=9)、6个月组(n=11)，假手术组大鼠随机分为1个月组(n=5)、3个月组(n=5)、6个月组(n=5)。

1.3检测指标 分别于术后1、3、6个月对相应组别的大鼠再次麻醉，采集腹腔静脉血后，4℃、3 000 r/min离心15 min，收集上清液并于-80℃条件下保存待测。采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定血清IL-1β、IL-6、TNF-α含量。ELISA试剂盒购自美国R&D Systems Inc，严格按照说明书进行操作。

1.4统计学方法 采用SPSS21.0软件，计量资料两组间比较采用双侧t检验，三组数据比较采用F检验。

2 结 果

2.1各组大鼠血清IL-1β检测结果 实验组大鼠各时间段血清IL-1β水平均明显高于假手术组(P<0.05)。假手术组不同时间段血清IL-1β水平整体比较及两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)。实验组术后3个月及6个月血清IL-1β水平明显低于术后1个月，同时术后6个月血清IL-1β水平明显低于术后3个月(P<0.05)。见表1。

2.2各组大鼠血清IL-6、TNF-α检测结果 两组大鼠各时间段血清IL-6、TNF-α水平组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)，同时两组大鼠不同时间段血清IL-6、TNF-α水平组内整体比较及两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2，表3。

表1 各组大鼠血清IL-1β水平比较

与术后1个月比较：1)P<0.05；与术后3个月比较：2)P<0.05

表2 各组大鼠血清IL-6水平比较

表3 各组大鼠血清TNF-α水平比较

3 讨 论

随着生物学及分子免疫学的发展及人们对颈椎病认识的深入，退变颈椎间盘组织释放的多种细胞因子和炎症介质的作用越来越受到重视。许多证据表明，炎症反应既是颈椎间盘退变的产物，又是导致颈椎病各种临床症状产生和加剧的致病因素〔5〕。

IL-1β可诱导细胞间黏附分子的表达，并介导了单核细胞、中性粒细胞的浸润和聚集，是ILs家族中介导免疫应答及炎症反应最重要的一员〔6〕。可认为IL-1β是一个潜在的始动因素，对椎间盘退变的过程中的多个环节存在影响，既可以通过诱导一氧化氮及金属蛋白酶使髓核中的蛋白聚糖分解加剧而使合成受到抑制，导致蛋白聚糖丢失从而直接影响椎间盘退变，也可通过影响其他炎性介质间接影响椎间盘退变继发性病理过程〔7〕。本研究结果表明IL-1β在颈椎退变中发挥着重要作用。颈椎退变过程中局部IL-1β的高表达介导了强大的炎性反应，而当炎性反应在局部加剧时，椎间盘细胞基质的降解及细胞氧化速度也随之加快，从而又促进了椎间盘的退变。陈岩等〔8〕研究不同剂量川芎嗪对IL-1β诱导的大鼠椎间盘终板软骨细胞退变的影响，发现6.25～25.00 μmol/L的川芎嗪可抑制IL-1β的表达，并逆转IL-1β诱导的大鼠椎间盘终板软骨细胞退变。这一结论提示了消除局部炎症因子、恢复椎间盘内各种细胞因子的正常表达或可治疗颈椎间盘退变，但后续仍需大量的动物实验进行验证。

IL-6是一种多效应细胞因子，对细胞生长、分化乃至基因表达均有一定的影响。有研究表明〔9〕，IL-6在退行性关节病发病中作为炎性递质有着重要的作用。在椎间盘蜕变的炎症过程中，IL-6可促进炎性细胞的聚集并促使炎性递质释放，其效果相当于炎症的促进剂〔10〕。Deng等〔11〕观察到颈椎间盘突出患者血清IL-6水平有明显的上调。而本研究各时间点两组大鼠血清IL-6水平均无显著变化，原因可能是由于本研究选择的检测时间点与之有差异。Li等〔12〕认为，退变中的椎间盘自身仍存在一定的内源性修复潜力，笔者认为研究结果的差异可能也与其相关。漆启华等〔13〕发现大鼠退变椎间盘组织中的IL-6在造模成功16 w内均呈现高表达状态，提示本研究结果与前人存在差异的另一个原因可能是大鼠血清中炎性因子的含量显著低于椎间盘组织中炎性因子的含量。

TNF-α具有多种免疫调节作用，在细胞因子级联反应中发挥起始作用，可诱发自身和其他细胞因子释放，从而导致机体损伤。TNF-α的许多损伤作用需要依靠其他因素产生，研究表明〔14,15〕，其在椎间盘退变的过程中，可降低椎间盘基质降解酶的活性，并对炎症反应起到促进作用，导致髓核脱水、弹性减弱，使椎间盘力学性能受到改变，从而引发退变。本研究中两组大鼠血清中TNF-α在各时间点均无明显差异，而田园等〔16〕的研究发现，与假手术大鼠相比较，颈椎病大鼠组织中TNF-α存在高表达，提示椎间盘退变多通过自分泌或旁分泌产生细胞因子，不会引起血液中细胞因子的浓度升高，而仅在退变的椎间盘局部产生相应的效应。

综上所述，颈椎退变过程中可能伴随着血清IL-1β水平升高，但血清IL-6、TNF-α水平并无明显改变。同时本研究中实验组大鼠术后血清IL-1β水平随时间的变化呈现下降的趋势，推测与其颈部肌肉瘀痕逐渐愈合而使颈椎的动静力平衡得到部分恢复有关，但其具体的作用机制仍有待进一步的实验研究。

4 参考文献

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12Li Z,Peroglio M,Alini M,etal.Potential and limitations of intervertebral disc endogenous repair〔J〕.Curr Stem Cell Res Ther,2015;10(4):329-38.

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