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背景:下腰痛是一种临床常见的骨科疾病,覆盖各个年龄段人群。导致下腰痛的原因众多,其中最主要也最受关注的是椎间盘退变。根据相关文献报道,年龄、肥胖、糖尿病、力学、饮食、性别等因素均会导致椎间盘退变。其中,有研究证明Ⅱ型糖尿病是与椎间盘退变严重程度呈正相关的重要危险因素,且患病人数日渐增多和年轻化。因此,研究Ⅱ型糖尿病与椎间盘退变具有临床意义。终板作为组成椎间盘的主要结构之一,是椎间盘的主要营养运输通道,与物质代谢密切相关。椎间盘退变进程中,一些病理改变影响终板代谢能力,其中最值得关注的是终板modic change。已知脂质代谢会受糖尿病导致的持续高血糖干扰,影响细胞与组织功能,在多种糖尿病相关疾病的发病机制中发挥重要作用。终板Ⅱ型modic change是临床最常见的分型,经证实与脂质代谢相关,但是目前尚不清楚高糖是否通过影响终板脂质代谢促进其退变。因此,本研究将从脂质代谢这一角度出发,探索高糖对终板退变的可能机制。目的:研究高糖是否导致终板退变及可能的调节机制。方法:1.应用代谢组学的方法研究高糖与终板退变的关联。收集人终板软骨细胞进行高糖处理,借助广泛靶向脂质代谢组学的检测,分析高糖对终板脂质代谢的影响。2.根据代谢组学结果,在动物体内外进行进一步研究。首先建立Ⅱ型糖尿病小鼠模型,通过组织学染色观察糖尿病小鼠终板是否发生退变,并描述特征。通过场发射扫描电镜和透射电镜,从超微层面分析退变的可能原因。使用免疫荧光染色的方法,检测糖尿病模型中的终板软骨细胞-细胞外基质的成分和黏附变化。同时,通过TUNEL染色,研究终板软骨细胞与细胞外基质的黏附异常是否与终板软骨细胞的失巢凋亡相关。3.对小鼠终板细胞进行高糖处理,通过免疫荧光染色、western blot、细胞黏附率检测等方法,使用Fibronectin和FAK抑制剂PF573228在细胞水平验证失巢凋亡的机制。4.最后,为了研究褪黑素是否可以通过抑制终板软骨细胞失巢凋亡发挥保护终板的作用,我们使用上述方法在体外进行初步研究。之后对糖尿病诱导的椎间盘退变小鼠进行褪黑素腹腔注射,通过组织学染色和免疫荧光染色的方法,在体探索褪黑素对退变终板是否有治疗作用。结果:1.高糖诱导的终板软骨细胞存在脂质代谢异常:根据空白对照组和高糖诱导组靶向脂质组学的结果分析,高糖组中十八碳四烯酸上调最显著,甘油三酯＿TG（O-20:0＿16:0＿18:2）、磷脂酰乙醇胺＿PE（O-18:2＿20:2）、溶血磷脂酰胆碱＿LPC（O-20:1）、溶血磷脂酰胆碱＿LPC（O-20:3）、甘油二酯＿DG（17:0＿20:3）、肉碱C6-OH、磷脂酰甲醇＿PMe OH（18:2＿18:2）、磷脂酰乙醇胺＿PE（P-20:2＿22:4）和溶血磷脂酰乙醇胺＿LPE（17:1/0:0）下调最显著。经过KEGG富集,这些差异代谢物中大部分参与甘油磷脂代谢,这证明高糖主要干扰终板软骨细胞中的甘油磷脂代谢途径。2.高糖抑制终板软骨细胞-ECM黏附行为,导致失巢凋亡:组织学染色结果证明,糖尿病小鼠同正常小鼠相比较,髓核无显著变化,而终板出现明显钙化和终板软骨细胞形态异常,说明高糖环境诱导终板退变。场发射扫描电镜和透射电镜的结果显示,糖尿病小鼠的终板纤维断裂且有细胞发育不良和黏附减少等表象。通过对黏附相关分子进行组织免疫荧光染色,结果显示糖尿病小鼠终板的Integrinβ1和细胞外基质主要成分的表达显著下调,以Fibronectin为主。TUNEL与Integrinβ1和Fibronectin的共染结果证实终板软骨细胞凋亡与Integrinβ1和Fibronectin低表达相关。3.FAK是高糖诱发终板软骨细胞-ECM黏附异常的关键分子:分离培养小鼠原代终板软骨细胞,使用不同浓度的葡萄糖刺激不同时长。细胞免疫荧光,细胞黏附率和western blot的结果显示高糖可导致小鼠终板软骨细胞Integrinβ1和Fibronectin的表达水平以及细胞黏附率随时间延长和浓度提高而下降。免疫荧光染色和western blot结果显示高糖会使Integrinβ1和Fibronectin的下游分子FAK被下调,而Bax、细胞色素c和Caspase等促凋亡分子的表达被上调。下一步使用Fibronectin和PF573228干预FAK磷酸化,对FAK在失巢凋亡中的作用进行正反向验证,发现FAK是高糖导致终板软骨细胞凋亡的关键分子。上述结果均证明高糖通过调节FAK促使终板软骨细胞发生失巢凋亡。4.褪黑素对糖尿病诱导的终板退变有潜在治疗作用:体外实验表明,高糖组的细胞Integrinβ1、Fibronectin和p-FAK的低表达可以被褪黑素上调。但在褪黑素治疗的小鼠中,通过组织学染色和免疫荧光染色结果可知糖尿病组与治疗组之间的终板钙化程度以及Integrinβ1和Fibronectin的表达无显著差异。结论:高糖主要导致终板软骨细胞甘油磷脂代谢紊乱,促进终板软骨细胞凋亡,Integrinβ1/Fibronectin/FAK信号通路是可能的参与途径。褪黑素在体外具有调节FAK抑制细胞凋亡的能力,但是体内的治疗效果受限,需要进行进一步研究。