第一部分研究背景和目的腰痛是影响大量人群的一种症状，而椎间盘退变（intervertebral discdegeneration，IVDD)是引起腰痛的主要原因之一，同时，椎间盘退变还与椎间盘突出和坐骨神经痛有关。尽管有研究表明糖尿病与椎间盘退变的发生发展有关，但其机制仍不明确。椎间盘退变的典型特征是细胞外基质（extracellular matrix，ECM)成分的丢失，后者主要由两类不同结构的大分子组成，即胶原和聚合蛋白聚糖，这主要是因为椎间盘退变时细胞外基质的合成代谢减弱，而其分解代谢增强。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs)和解聚素样金属蛋白酶（a disintegrin andmetalloproteinase with thrombospondins，ADAMTSs)可降解细胞外基质成分，它们的活性可被特异性的内源性基质金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitors ofmetalloproteinases，TIMPs)所抑制。在椎间盘退变过程中，MMPs和ADAMTSs的表达和水平通常上调，而TIMPs则会下调，因而会导致细胞外基质成分降解增强。细胞外基质的丢失和重新塑性导致其产生裂隙和撕裂，并最终导致椎间盘结构的完全破坏。p38MAPK通路在介导椎间盘退变的细胞外基质增强降解过程中相关分子事件方面起到了重要作用。它可控制分解代谢相关因素(MMPs, ADAMTSs)的表达，同时也可影响合成代谢(胶原和聚合蛋白聚糖)和抗分解代谢相关因素(TIMPs)的表达。在本部分实验中，我们利用糖尿病大鼠的动物模型，研究糖尿病情况下醛糖还原酶活性变化和p38MAPK通路激活对于椎间盘细胞外基质降解的影响。方法检测椎间盘内葡萄糖和山梨醇含量。醛糖还原酶、p38MAPK磷酸化、基质金属蛋白酶、解聚素样金属蛋白酶和组织基质金属蛋白酶试剂水平通过Western blot方法来检测。基质金属蛋白酶介导的II型胶原蛋白降解产物CTX-II和聚合蛋白聚糖降解产物374ARGSV及342FFGVG通过ELISA方法检测。结果糖尿病大鼠椎间盘内葡萄糖和山梨醇含量明显升高，醛糖还原酶、p38MAPK磷酸化水平升高，组织基质金属蛋白酶试剂水平下降，基质金属蛋白酶介导的II型胶原和聚合蛋白聚糖降解产物生成增多，上述改变可被醛糖还原酶抑制剂或p38抑制剂所改变。结论糖尿病大鼠椎间盘内基质金属蛋白酶介导的II型胶原和聚合蛋白聚糖降解产物生成增多，醛糖还原酶抑制剂对其增强降解有抑制作用，因醛糖还原酶抑制剂可抑制椎间盘内醛糖还原酶活性和山梨醇聚集，证实多元醇通路在糖尿病大鼠椎间盘细胞外基质降解过程中起到重要作用。p38MAPK通路激活通过影响基质金属蛋白酶/组织基质金属蛋白酶试剂的平衡来介导这一降解过程。第二部分研究背景和目的椎间盘退变的典型特征是细胞外基质成分的丢失。髓核细胞的凋亡被认为在椎间盘退变过程中起到了重要作用，而体外细胞培养是一种制造细胞模型的方法。尽管椎间盘退变的原因还未明确，已有证据表明氧化应激及其所诱导的信号通路激活在椎间盘退变的发生过程中起到重要作用。于此同时，还有研究结果显示椎间盘退变的发生发展与糖尿病和高血糖有关。本部分实验中，我们通过高糖处理髓核细胞，研究其内ROS生成所激活的p38MAPK通路对细胞凋亡以及细胞外基质代谢平衡相关基因表达的影响。方法在不同浓度葡萄糖环境下培养髓核细胞，检测细胞存活率及凋亡率。检测高糖环境下培养的髓核细胞活性氧的生成量，通过Western blot检测p38MAPK磷酸化水平。通过RT-PCR检测与髓核细胞外基质代谢相关的基因，包括II型胶原、聚集蛋白聚糖、Sox-9、基质金属蛋白酶3，组织基质金属蛋白酶试剂1的表达。结果高糖可导致髓核细胞存活率下降，并诱导细胞凋亡。高糖可引起髓核细胞内活性氧生成增多和p38MAPK通路激活。同时，它可使得II型胶原、聚集蛋白聚糖、Sox-9、组织基质金属蛋白酶试剂1的基因表达下调，使基质金属蛋白酶3的基因表达上调。使用N乙酰半胱氨酸及p38抑制剂可改变这些结果。结论高糖可能诱发髓核细胞凋亡，触发细胞外基质分解代谢通路的激活，抑制其合成代谢，这一过程可能是通过依赖于p38MAPK通路的氧化应激基质而介导的。