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下腰痛已成为人类面临的全球化问题,患病率高且逐渐年轻化。椎间盘退变是导致下腰痛的主要原因,而腰椎节段失稳是椎间盘退变的原因之一,进一步探究得出椎间盘周围软组织如韧带的损伤是椎体失稳和病变的重要原因。从脊柱的医学上看,此病主要涉及骨、韧带和椎间盘,而韧带维持着脊柱的稳定性。目前治疗该疾病临床上多采用手术治疗,这些治疗方式的特点是切除突出物以解除神经根压迫,减轻患者疼痛。但从长远看,手术切除椎间盘的方式破坏了整个脊柱的力学环境,由此会带来腰椎进一步失稳、突出症复发等一系列问题。从此病的根源上看,解决下腰痛是一个系统问题。而中医却是讲究从根源上系统地治疗疾病,并注重调节诸多组织和器官。中医理论认为腰痛的根源是由血瘀、气滞、寒冷、肝肾功能不足或缺陷所引起。有鉴于此,本研究选取新拟复方中药(Compound Traditional ChineseMedicine,CTCM),综合五个中药方并调节剂量,从补肝肾、强筋骨、散寒祛湿、活血化淤、使血充气行的方面治疗下腰痛。动物学实验已经证实该方剂能够恢复椎间盘内的髓核功能,并有利于恢复韧带的力学性能。本文重点研究其细胞机制,拟将复方中药作用于腰椎棘间韧带成纤维细胞(Interspinous Ligament Fibroblasts,ILFs)以及缺氧损伤的ILFs,用舒筋健腰丸作为阳性对照,探究CTCM对ILFs的作用以及对缺氧诱导损伤的ILFs的保护作用,以阐明其机制。主要研究内容和结论如下:
(1)兔腰椎棘间韧带细胞提取、培养及鉴定
采用组织块培养法对兔的腰椎棘间韧带组织进行原代培养,体外分离兔ILFs。采用免疫荧光染色检测第三代ILFs分泌的Ⅰ、Ⅲ型胶原和波形蛋白,结果显示几乎所有细胞均强烈表达三类蛋白,表明所分离的细胞是ILFs,可用于后续细胞实验研究。
(2)检测复方中药对ILFs分泌胞外基质及其降解酶、内源性生长因子和细胞迁移的影响
通过细胞毒性实验,筛选出对ILFs无毒性的CTCM和舒筋健腰丸浓度,并筛选得出其有效浓度CTCM为200μg/mL和舒筋健腰丸30μg/mL。采用RT-PCR、Western blot和免疫荧光染色检测CTCM和舒筋健腰丸作用后ILFs中胞外基质及其降解酶和生长因子的变化,采用细胞划痕实验检测作用后ILFs迁移率的变化。CTCM和舒筋健腰丸处理对ILFs胞外基质中Ⅰ、Ⅲ型胶原和弹性蛋白的分泌有明显的促进作用,ILFs中生长因子EGF、bFGF、MGF mRNA有明显的上调作用,并能促进细胞中mTOR的磷酸化和细胞的迁移。在后期,CTCM和舒筋健腰丸能显著上调ILFs中MMP-2和MMP-9mRNA的表达水平。
(3)建立缺氧损伤模型
将活性良好的第三代ILFs分为6组:对照组、30μM、50μM、100μM、200μM、500μM CoCl2处理组,然后检测MMP-2、MMP-9、HIF-1α以及VEGF的表达,接着采用CCK-8检测每组细胞的活性,得出100μMCoCl2是建立缺氧损伤模型的合适浓度。
(4)检测CTCM对CoCl2诱导ILFs缺氧损伤的影响
将活性良好的第三代ILFs分为4组:分别为对照组(只加入DMEM)、CoCl2缺氧损伤组(100μMCoCl2)、CTCM组(100μMCoCl2+200μg/mLCTCM)和舒筋健腰丸组(100μM CoCl2+30μg/mL舒筋健腰丸),通过RT-PCR检测各组细胞中VEGF、MMP-2、MMP-9和TIMP-1的基因水平的表达,用细胞划痕实验检测各组细胞在体外的迁移能力。结果显示ILFs受到缺氧刺激后低表达或不表达HIF-1α蛋白,而高表达VEGF,缺氧刺激还显著上调了ILFs中MMP-2和MMP-9mRNA的表达,下调了TIMP-1mRNA的表达,CTCM和舒筋健腰丸能有效调节缺氧导致的ILFs中MMPs/TIMPs表达不平衡,促进血管生成,以及促进缺氧条件下ILFs的迁移。
总之,本研究得出的结论是,新拟复方中药能够上调腰椎韧带细胞胞外基质和生长因子的分泌,并能调节缺氧导致的胞外基质降解酶及其抑制因子表达的不平衡,促进血管生成,这可能是新拟复方中药在动物实验中能够修复椎间盘以及韧带的细胞分子水平的机制,使得该病的中西医学融合治疗向前迈进了重要的一步。
(1)兔腰椎棘间韧带细胞提取、培养及鉴定
采用组织块培养法对兔的腰椎棘间韧带组织进行原代培养,体外分离兔ILFs。采用免疫荧光染色检测第三代ILFs分泌的Ⅰ、Ⅲ型胶原和波形蛋白,结果显示几乎所有细胞均强烈表达三类蛋白,表明所分离的细胞是ILFs,可用于后续细胞实验研究。
(2)检测复方中药对ILFs分泌胞外基质及其降解酶、内源性生长因子和细胞迁移的影响
通过细胞毒性实验,筛选出对ILFs无毒性的CTCM和舒筋健腰丸浓度,并筛选得出其有效浓度CTCM为200μg/mL和舒筋健腰丸30μg/mL。采用RT-PCR、Western blot和免疫荧光染色检测CTCM和舒筋健腰丸作用后ILFs中胞外基质及其降解酶和生长因子的变化,采用细胞划痕实验检测作用后ILFs迁移率的变化。CTCM和舒筋健腰丸处理对ILFs胞外基质中Ⅰ、Ⅲ型胶原和弹性蛋白的分泌有明显的促进作用,ILFs中生长因子EGF、bFGF、MGF mRNA有明显的上调作用,并能促进细胞中mTOR的磷酸化和细胞的迁移。在后期,CTCM和舒筋健腰丸能显著上调ILFs中MMP-2和MMP-9mRNA的表达水平。
(3)建立缺氧损伤模型
将活性良好的第三代ILFs分为6组:对照组、30μM、50μM、100μM、200μM、500μM CoCl2处理组,然后检测MMP-2、MMP-9、HIF-1α以及VEGF的表达,接着采用CCK-8检测每组细胞的活性,得出100μMCoCl2是建立缺氧损伤模型的合适浓度。
(4)检测CTCM对CoCl2诱导ILFs缺氧损伤的影响
将活性良好的第三代ILFs分为4组:分别为对照组(只加入DMEM)、CoCl2缺氧损伤组(100μMCoCl2)、CTCM组(100μMCoCl2+200μg/mLCTCM)和舒筋健腰丸组(100μM CoCl2+30μg/mL舒筋健腰丸),通过RT-PCR检测各组细胞中VEGF、MMP-2、MMP-9和TIMP-1的基因水平的表达,用细胞划痕实验检测各组细胞在体外的迁移能力。结果显示ILFs受到缺氧刺激后低表达或不表达HIF-1α蛋白,而高表达VEGF,缺氧刺激还显著上调了ILFs中MMP-2和MMP-9mRNA的表达,下调了TIMP-1mRNA的表达,CTCM和舒筋健腰丸能有效调节缺氧导致的ILFs中MMPs/TIMPs表达不平衡,促进血管生成,以及促进缺氧条件下ILFs的迁移。
总之,本研究得出的结论是,新拟复方中药能够上调腰椎韧带细胞胞外基质和生长因子的分泌,并能调节缺氧导致的胞外基质降解酶及其抑制因子表达的不平衡,促进血管生成,这可能是新拟复方中药在动物实验中能够修复椎间盘以及韧带的细胞分子水平的机制,使得该病的中西医学融合治疗向前迈进了重要的一步。