对斯普拉格-道利（Sprague–Dawley）大鼠尾椎间盘退变的三种机械损伤模型进行比较评估：经皮针刺、刀片切割和显微外科辅助的环状损伤

《Tissue and Cell》：Comparative evaluation of three mechanical injury models for caudal intervertebral disc degeneration in Sprague–Dawley rats: percutaneous needle puncture, blade incision and microsurgery-assisted annular injury

　　

陈超 | 左千林 | 何启聪 | 杨洋子久 | 吴贵帅 | 罗皓岩 | 李振道 | 杨仁中 | 何沐恒 | 杨毅 | 张帆

中国昆明医科大学第一附属医院骨科

摘要

背景

基于机械损伤的动物模型被广泛用于研究椎间盘退化（IDD），但不同损伤技术在同一物种和同一椎间盘水平上引起的退化动力学和严重程度仍有待阐明。

目的

比较三种机械损伤方法——经皮针刺（PNP）、刀片切割（BI）和显微外科辅助的全层环状损伤（MFA）在Sprague–Dawley（SD）大鼠尾椎间盘退化中的建模效果，并为根据不同研究目的选择模型提供指导。

方法

将80只雄性SD大鼠随机分配到假手术组、PNP组、BI组和MFA组（每组20只）。使用PNP、BI或MFA在Co7/8尾椎间盘诱导退化，而假手术组仅对纤维环（AF）进行暴露而不造成损伤。术后2周、4周和8周分别进行尾椎X光检查和MRI检查，以计算椎间盘高度指数（DHI%）和Pfirrmann分级。通过苏木精-伊红和Safranin O/Fast Green染色评估组织变化，并根据标准的大鼠椎间盘组织病理学系统进行评分。通过免疫荧光和免疫组化评估基质降解酶MMP13和II型胶原（COL2A）的表达。

结果

在假手术组中，放射学、组织学和分子参数在所有时间点均保持稳定。在三个模型组中，DHI%逐渐下降，而Pfirrmann分级和组织学评分随时间增加。到第八周时，BI组达到严重退化，组织学评分约为12，大多数椎间盘被评定为Pfirrmann V级；PNP组退化程度为中度，组织学评分约为11，部分椎间盘达到Pfirrmann V级；MFA组主要表现为中度退化，组织学评分约为8，Pfirrmann分级为III级。MFA组的组织学严重程度显著低于BI组和PNP组（p < 0.05）。所有三种模型均表现出MMP13的上调和COL2A的下调，其中BI组的变化最大，其次是PNP组，然后是MFA组。

结论

PNP、BI和MFA都能有效诱导大鼠尾椎间盘退化，但在退化的速度和严重程度上存在显著差异。BI适用于快速建立严重退化和广泛的基质破坏；PNP适用于退化机制的一般研究和干预措施筛选；MFA更符合早期到中期退化的特点，有利于评估再生和修复策略。这些发现为根据具体实验目的选择适当的IDD动物模型提供了参考。

部分摘要

引言

腰痛（LBP）是全球导致残疾的主要原因之一，终生患病率高达80%，对工作能力和生活质量造成巨大负担（Knezevic等人，2021年）。广泛的流行病学和影像学研究已将椎间盘退化（IDD）确定为LBP最重要的病理基础之一（Yang等人，2025年）。IDD进一步导致一系列退行性变化，包括椎间盘突出、脊椎滑脱

动物和分组分配

所有实验程序均得到昆明医科大学动物伦理委员会的批准，并遵循实验室动物护理和使用的机构指南。所有动物实验均符合ARRIVE指南，并按照相关机构和国家的实验室动物福利规定进行。

从实验动物中心获得了88周龄的SPF级雄性Sprague–Dawley大鼠（体重250-300克）

一般情况

术后，所有组的大鼠逐渐恢复自主活动，精神状态良好，食物和水分摄入量基本正常。少数动物在手术后的1-3天内出现轻微的尾部水肿和轻微出血，通过局部护理得到缓解。没有明显的感染、伤口裂开或术后死亡。各组的体重增加情况相似。这些结果表明，这三种建模方法的安全性可接受。

椎间盘高度指数（DHI%）的变化

如

讨论

在这项研究中，我们在SD大鼠的同一尾椎间盘水平系统比较了三种不同的机械损伤模型——PNP、BI和MFA。通过X光、MRI、组织学、免疫荧光和免疫组化，全面评估了每种模型引起的椎间盘退化的时间过程和严重程度。我们发现，所有三种方法在2至8周内均产生了典型的IDD特征；然而，退化动力学和严重程度存在显著差异。

结论

我们在Co7/8水平建立了三种大鼠尾椎间盘退化模型——PNP、BI和MFA，并进行了系统比较。所有三种方法在2至8周内均引起了进行性退化，表现出共同的放射学、组织学和分子特征，包括椎间盘高度丧失、Pfirrmann分级增加、NP和AF结构破坏、蛋白多糖染色减少以及MMP13上调和COL2A下调。然而，退化的速度和严重程度

未引用的参考文献

(Yang等人，2025)

CRediT作者贡献声明

左千林：撰写——原始草案。陈超：撰写——原始草案，数据管理，概念构思。张帆：撰写——审阅与编辑，资金获取。杨毅：撰写——审阅与编辑。何沐恒：研究。杨仁中：研究。罗皓岩：研究。吴贵帅：方法学。杨洋子久：研究。何启聪：研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号82560434）、昆明医科大学一流学科团队（编号2024XKTDYS05）、云南省振兴人才支持计划“医疗卫生人才培训项目”（编号XDYC-YLWS-2023-0044）以及云南省教育厅2026年科学研究基金项目（编号2026Y0428）的支持。

数据可用性

支持本研究结果的数据