脊髓損傷動物模型研究進展

李靜娟，賀亮

(1.桂林醫學院 麻醉學系，廣西 桂林 541001；2.桂林醫學院附屬醫院 麻醉科，廣西 桂林 541001)

0 引言

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是由外界暴力直接或間接作用于脊柱，引起脊椎骨的骨折或累及脊髓神經節的損傷[1]。脊髓損傷影響全球超250萬人，并可能導致截癱和四肢癱瘓，但脊髓損傷通常伴隨自發可塑性和軸突再生性，有助于改善感覺和運動功能[2]。因此，亟待進一步闡明脊髓損傷后自我修復的具體機制，為脊髓損傷后修復提供更佳治療策略[3]。挫傷是最常見的脊髓損傷形式(41%)，其次是橫切(32.5%)和壓迫(19.4%)；挫傷和壓迫模型可以更好地模擬人體傷害的生物力學和神經病理學，而橫切模型對于研究解剖再生非常有價值[4]。現就目前常用的脊髓損傷動物模型加以綜述。

1 脊髓損傷的造模動物

脊髓損傷造模所用動物種類較多，主要有靈長類動物，如猴；大中型動物，如羊、貓、狗、兔；小型動物，如鼠[5]。理想情況下，動物模型應滿足可用性和可重復性的要求，并再現脊髓損傷的解剖特征和臨床病理變化過程，然而不存在能夠完全模擬人類脊髓損傷的動物模型，脊髓損傷的不同實驗模型在研究病變發展機制和潛在治療干預措施時各有利弊[6]。

脊髓損傷的動物模型中最常見的是大鼠(72.4%)，嚙齒動物是最早用于研究脊髓損傷的物種，可能也是最適合的物種[4]。大鼠的脊髓損傷模型提供了重要的哺乳動物模型，可以用于評估治療策略，研究脊髓損傷的病理基礎[7]。非人靈長類動物模型的潛在優勢包括遺傳相似性，以及對傷害的生物學和生理學反應的相似性，但應考慮高成本、高基礎設施要求和道德問題[6,8]。

2 脊髓損傷動物模型的分類

針對不同的臨床問題，可選擇不同的實驗模型，動物模型的選擇對研究結果具有重要的影響[9]。

2.1 挫傷型脊髓損傷模型

挫傷型脊髓損傷是最常見的脊髓損傷。常用的挫傷型脊髓損傷模型有三種，分別是多通道動物脊髓損傷研究(MASCIS)、沖擊/電磁脊髓損傷設備(ESCID)和無限地平線脊髓挫傷模型(IH)。MASCIS沖擊是將固定重量從不同的高度撞擊目標脊髓以創建多個脊髓損傷；ESCID是通過誘導組織位移引起脊髓損傷；IH沖擊是通過施加不同方向的力產生脊髓損傷[10]。Iwanami等[11]用普通猴造模，將三種重物(15、17、20 g)從50 mm的高度掉落至C5而誘發脊髓損傷，建立非人類靈長類動物脊髓分級損傷模型。Wu等[10]改良了組織位移引起的脊髓損傷模型，使用路易斯維爾系統損傷儀(LISA)，該儀器包含固定椎骨的U形椎骨穩定器和確保精確組織移位的激光傳感器，可以克服現有模型的缺點。現有模型是將棘突和尾棘鉗夾來獲得椎骨穩定，這會在撞擊過程中引起脊柱運動，影響脊髓損傷，增加變異性，而椎骨穩定器可以較好固定椎骨；激光傳感器可以精確撞擊速度和撞擊距離，比常規方法更準確。Lee等[12]使用無限遠距撞擊器以150 kdyn的撞擊力，22.5°的撞擊軌跡(動物以22.5°旋轉)，在偏離中線1.4 mm的撞擊位置挫傷脊髓，造出單側頸脊髓損傷模型。

2.2 橫切型脊髓損傷模型

目前，由脊髓外傷和脊髓內部病變等原因引起的脊髓半切綜合征病例日漸增多，建立脊髓半切傷動物模型就變得尤為重要[13]。制作半橫斷傷模型需在顯微鏡下用咬骨鉗小心咬除大鼠T7-9節段的棘突和椎弓根，暴露T7-9節段脊髓，輕輕用纖維剪刀剪開T8節段硬膜，然后利用立體定位儀將自制的消毒好的一次性刀片從T8節段脊髓背側左半部分插入至脊髓腹側，并用絲線縫合硬脊膜[14,15]。制作大鼠脊髓全橫斷模型的手術方法：切除大鼠T10 ～T11棘突和椎板至橫突根部，充分暴露脊髓背面及兩側，以特制的微型引導器或小三角針(4 mm×3 mm)在腹側硬脊膜與椎管間穿絲線至對側，用顯微剪在T8 脊髓節段水平橫斷脊髓，絲線從斷口提出，以確保脊髓已完全橫斷[16]。

2.3 壓迫型脊髓損傷模型

壓迫型脊髓損傷的造模方法包括直接重物法、校準鉗法及動脈瘤夾法。直接重物法是將重物直接放在脊髓的背側，由于放置的位置不同和動物呼吸引起的運動會影響脊髓損傷的位置[17]。Benzel等[18]提出了一種新的大鼠脊髓損傷模型：腹側壓迫技術，該模型使用改良DeBakey主動脈瘤夾造成損傷，該模型無需進行減壓手術(椎板切除術)即可產生腹側持續性腫塊(骨骼和軟組織)。Plemel等[19]在小鼠中建立了分級鉗擠壓的脊髓損傷模型，該模型使用三種不同的鉗子，其間隔器分別為0.25、0.4和0.55 mm，分別造成嚴重、中度和輕度損傷，由于其表現出的一致性、低成本和臨床相關性，這種分級鉗壓器是當前常用的脊髓損傷小鼠模型。Plemel方法使用5號Dumont鑷子壓迫脊髓，該鑷子可以通過金屬環氧樹脂或其他一些阻塞物始終保持一定距離，以防止完全閉合，這種設計的優點是手術可重復性好，校準鉗可以輕松組裝和高壓消毒，從而簡化手術[20]。Mooneng等[21]在腰脊髓水平L1-L2用中度(20 g)，中度至重度(26 g)和重度(35 g和56 g)的雙側夾沖擊脊髓，然后進行椎板切除術，以產生壓迫性脊髓損傷模型，這種雙側夾沖擊壓縮損傷可合理模擬人類胸腰椎水平的脊髓損傷。

2.4 缺血型脊髓損傷模型

脊髓的血液供應來源于脊髓前動脈、脊髓后動脈和根動脈，分別結扎上述動脈，可造成不同程度的缺血性脊髓損傷[22]。為模擬胸腔內和胸腹動脈瘤手術過程中主動脈鉗夾引起的局部缺血，Qayumi等[23]使用重25至30公斤的家豬，穿過第四肋間隙打開胸腔，將交叉鉗夾在左鎖骨下動脈，鉗夾持續時間為30分鐘，再灌注時間為24小時，該模型可用于研究缺血再灌注損傷，以評估脊髓損傷的病理生理學機制。Xiao等[24]將新西蘭兔雙側腰動脈在五個水平(L1-L5)結扎，手術后第7天對脊髓進行組織學觀察，脊髓切片可見神經元丟失和灰質空泡化，說明腰動脈選擇性結扎可在兔中誘導可行且可再現的脊髓缺血模型。

2.5 牽拉型脊髓損傷模型

脊柱過度矯正是脊柱畸形矯正手術中引起牽拉型脊柱損傷的主要原因，但是目前仍缺乏可復制的牽拉型脊髓損傷動物模型。Wu等[25]建立了一個脊椎撐開器，通過改變脊椎骨標志之間的移動來改變脊椎撐開的百分比，將撐開器安裝在兔子的T12和L4椎段上，然后通過將撐開器的中央螺釘旋轉至從L1到L4椎段長度的0%(對照)，10%、20%或30%，來實現撐開，并記錄皮層的體感誘發電位，并在安裝牽張器之前和拆卸牽張器之后評估神經功能。

3 展望

綜上所述，建立一種比較理想的脊髓損傷動物模型是研究脊髓損傷病理生理機制的基礎，對于脊髓損傷的治療具有重要意義。目前脊髓損傷的動物模型種類較多，各有其優缺點，還沒有哪一種模型能夠完全模擬脊髓損傷的自然發病過程，因此，制造出更加可靠、更加標準化、可重復并且操作簡便的脊髓損傷模型仍是我們努力的目標。此外，隨著分子生物學、醫學影像學等不斷發展，對于脊髓損傷動物模型的評估不再僅局限于電生理、行為學和形態學的監測，我們在選擇動物模型時，應根據實驗目的和實驗條件，結合最新科學技術，選擇合適的動物模型，并且在現有模型的基礎上不斷改良和創新。