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第一部分17β-雌二醇通过激活mTOR介导的信号通路延缓大鼠尾椎间盘退变的实验研究
目的：已有研究证实，17β-雌二醇(E2)能有效抑制白介素-1β(IL-1β)及TNF-α诱导的大鼠椎间盘细胞的凋亡，但是对于E2作用机制及其干预椎间盘退变的作用还未完全阐明。因此，本研究旨在探索mTOR、GSK-3β、NF-κB三种信号转导通路在E2抑制大鼠尾椎间盘退变中的作用，为将来应用雌激素延缓椎间盘退变提供前期基础研究依据。
方法：选取20只3月龄雌性SD大鼠，随机将其分为4组：假手术组(sham组)、去卵巢+针刺组(OVX组)、雌激素组(E2组)、雌激素受体拮抗剂组(ICI组)。分组处理如下：1、sham组：仅进行手术操作，并未行尾椎穿刺，并且未摘除卵巢，仅去除卵巢周围脂肪组织；2、OVX组：即OVX+针刺组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，并且于手术当日起每日皮下注射0.4ml玉米油；3、E2组：即雌激素组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，并且于手术当日起每日皮下注射雌激素(17β-雌二醇/E2)，溶媒玉米油0.4ml；4、ICI组：即雌激素受体拮抗剂组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，每日给予ICI182780(雌激素受体拮抗剂)30min后皮下注射同等剂量的E2进行干预。药物干预28天，用Westernblot从蛋白分子水平初步探索E2干预大鼠椎间盘退变的作用及NF-κB、mTOR、GSK-3β三种信号通路在其中发挥的作用。
通过上述实验本研究发现，mTOR通路为雌激素干预椎间盘退变的主要信号通路。因此，后续研究又应用30只3月龄雌性SD大鼠，随机将其分为5组：假手术组(sham组)、去卵巢+针刺组(OVX组)、雌激素组(E2组)、雌激素受体拮抗剂组(ICI组)、mTOR通路抑制剂组(Rap组)。分组处理如下：sham组、OVX组、E2组、ICI组处理同前；Rap组：即mTOR通路抑制剂组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，每日皮下注射mTOR抑制剂雷帕霉素，30min后皮下注射同等剂量的E2进行干预。分别从影像学、蛋白分子、组织形态水平对大鼠椎间盘退变情况进行评估：1)在最后一次给药24h后，对所有大鼠尾椎行X线片影像学资料收集；2)每组随机选择3只大鼠，取Co5/6髓核组织，收集髓核细胞，行蛋白印迹法(Western blot)检测金属基质蛋白酶MMP-3、MMP-13，Caspase-3蛋白表达丰度；3)剩余的大鼠取包括Co5/6间隙在内的双侧终板及部分椎体骨质放入4%多聚甲醛中固定24h后以10%EDTA脱钙液中脱钙30d，脱钙完成后蜡片包埋，切片厚度选择5μm，行HE染色及免疫组化(IHC)。
结果：在第一次动物实验中，Westernblot结果显示，与sham组相比，OVX组Caspase-3表达明显增加(P＜0.05)；当给与雌激素干预后，增加趋势被逆转(P＜0.05)；而在ICI组，Caspase-3蛋白表达增加(P＜0.05)。本研究同时探讨了mTOR、GSK-3β、NF-κB/p65三种通路在E2干预椎间盘退变中的作用，研究发现，与sham组相比，OVX组p-mTOR表达明显降低(P＜0.05)，但当给予E2后，p-mTOR的表达丰度显著升高(P＜0.05)，并且其可被雌激素受体拮抗剂ICI182780逆转(P＜0.05)。然而，GSK-3β与NF-κB/p65磷酸化的表达丰度变化并无统计学差异(P＞0.05)。
结合之前的研究及上述Westernblot结果本研究发现，mTOR通路为E2干预椎间盘退变的主要信号通路，为了深入说明mTOR通路的作用，本研究选择进一步调控mTOR蛋白，探讨其对下游凋亡标志蛋白Caspase-3、基质金属蛋白酶MMP-3及MMP-13的影响。Westernblot结果显示，与E2组相比，mTOR通路抑制剂组(Rap组)的p-mTOR的表达明显降低(P＜0.05)。另外，与E2组相比，Caspase-3、MMP-3、MMP-13在Rap组中的表达(/GAPDH)显著增加(P＜0.05)。IL-6免疫组化结果显示，OVX组可见IL-6在髓核细胞及其外周呈强阳性表达；与OVX组相比，E2组IL-6阳性表达明显减弱，但当给予雌激素受体拮抗剂ICI182780后，E2的这种保护作用明显减弱。与E2组相比，Rap组中IL-6阳性表达增多。二型胶原(COLⅡ)免疫组化结果显示，sham组的COLⅡ表达较多，OVX组中表达明显下降，E2发挥细胞保护作用上调了COLⅡ的表达，而ICI和Rap组中COLⅡ的表达均明显下调。
在组织学水平上，OVX组与sham组相比，髓核细胞数量明显减少，组织结构发生破坏，髓核组织已经发生降解。在E2组，给予E2进行干预后，上述现象被逆转，但Rap组组织结构相对遭到了破坏，髓核细胞在某些区域发生聚集，并且数量明显减少，组织结构紊乱，裂隙形成，髓核纤维环边界不清。以上4组椎间盘组织学评分分别为1.313±0.464(Sham)、3.688±0.768(OVX)、1.750±0.559(E2)、2.438±0.496(Rap)，Rap组组织学评分明显高于E2组(P＜0.05)。
结论：本研究表明，E2可以有效抑制椎间盘细胞的异常凋亡，以及有效干预大鼠尾椎椎间盘退变进程，且是通过激活mTOR信号通路发挥椎间盘保护作用。
第二部分三种不同入路椎间融合术治疗单节段腰椎退行性疾病的影像学观察
目的：比较斜外侧椎间融合术、经椎间孔椎间融合术、腰后路椎间融合术治疗单节段腰椎退行性疾病的影像学参数改变。
方法：回顾性分析2015年1月至2019年1月期间在我院接受腰椎融合治疗的单节段退行性疾病的201例患者，依据接受的手术方式进行分组：腰椎斜外侧椎间融合术(OLIF)、腰椎后路椎间融合术(PLIF)、经椎间孔椎间融合术(TLIF)。所有患者均行术前及术后腰椎MRI、CT、X线片检查，并记录患者数据资料。包括：年龄、性别、体重指数(BMI)、吸烟、饮酒、心脏病、高血压、糖尿病、融合节段；术前术后ODI评分、术前术后视觉模拟评分(VAS)、术前术后椎间高度、椎间隙高度指数、椎间孔高度及椎间孔面积、手术节段前凸角、腰椎前凸角。所有患者均进行术后6个月的随访，比较不同融合方式早期影像学结果。采用SPSS软件对相关数据行统计学分析比较。
结果：OLIF组79例患者，TLIF组38例患者，PLIF组84例患者。与术前相比，OLIF组在腰椎前凸角(P＜0.001)，融合节段前凸角(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)，椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)均有明显改善，椎间隙高度变化指数为1.24±0.11；TLIF组在腰椎前凸角(P＜0.001)，融合节段前凸角(P＜0.001)，椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)较术前明显改善，椎间隙前后比1.23±0.13；PLIF组在椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)较术前明显改善，椎间隙前后比为0.67±0.05。
三组间比较，OLIF与TLIF和PLIF相比，有更大的腰椎前凸角度(P＜0.05)、融合节段前凸角度(P＜0.05)椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)以及椎间孔高度(P＜0.05)，差异有统计学意义。与PLIF相比，TLIF更大的腰椎前凸角度(P＜0.001)、融合节段前凸角度(P=0.008)、椎间隙前缘高度(P=0.002)。而PLIF组在椎间隙后缘高度(P＜0.001)和椎间孔高度(P＜0.001)恢复方面优于TLIF组，差异有统计学意义。椎间隙高度指数结果显示：与PLIF比较，OLIF组(P＜0.001)和TLIF组(P＜0.001)明显更高，然而，OLIF与TLIF两组间比较无明显差异(P=0.471)。
结论：OLIF，PLIF和TLIF三种腰椎融合方式均能达到满意的融合效果，OLIF在腰椎前凸角度、融合节段前凸角度、椎间隙前缘、后缘高度以及椎间孔高度恢复方面有更大的优势。TLIF手术在恢复腰椎前凸角度、融合节段前凸角度、椎间隙前缘高度方面优于PLIF，椎间隙后缘高度以及椎间孔高度改善方面不及PLIF。
第三部分退变性腰椎不稳减压融合术后椎间融合器后移的危险因素分析
目的：探讨腰椎退变性不稳减压融合术后椎间融合器移位的发生率和危险因素，旨在为脊柱外科医生制定手术方案提供依据。
方法：通过回顾性分析2011年1月至2015年12月的286例患者，所有患者均行术前、术后早期腰椎前后位和侧位x线，观察并记录椎间融合器后移(posterior cage migration , PCM)发生情况。PCM的界定为椎间融合器向后方移位超过椎体后缘。根据随访时PCM的发生情况，将患者分为PCM组和非PCM(N-PCM)组。为分析PCM的相关危险因素的贡献度，将危险因素分为3类进行统计学分析：患者特征：年龄、性别、体重指数、骨密度、病程、诊断、合并症、吸烟；手术相关指标：手术时间、出血量、手术策略、椎间融合器形态、椎间融合器大小、手术节段、融合数量、植骨来源、术者经验；影像学参数：术前腰椎前凸、腰椎前凸矫正度、术前腰椎活动度、术前椎间高度、椎间高度变化、椎旁肌退变。
结果：在随访过程中，286例患者中有18例(6.3%)出现PCM。两组患者的诊断具有显著性差异，腰椎滑脱诊断在PCM组发生率高于N-PCM组，其它参数无统计学差异。在手术指标中，仅有椎间融合器大小和术者经验有显著性差异，在PCM组椎间融合器尺寸小于N-PCM组，与N-PCM组相比较，在PCM组中缺乏经验的外科医生(不到3年)更多见。两组放射学参数差异无统计学意义。Logistic回归模型显示，少于3年经验的外科医生、小尺寸椎间融合器、腰椎滑脱是PCM的独立相关危险因素。
结论：腰椎退变性不稳减压融合术后椎间融合器移位的发生率为6.3%，危险因素包括外科医生经验、椎间融合器尺寸、腰椎滑脱，对于腰椎滑脱患者，术前应充分了解PCM的风险。而对于脊柱外科医生，最好选择尺寸较大的椎间融合器，操作要谨慎，尤其是对于融合术经验不足3年的术者。
目的：已有研究证实，17β-雌二醇(E2)能有效抑制白介素-1β(IL-1β)及TNF-α诱导的大鼠椎间盘细胞的凋亡，但是对于E2作用机制及其干预椎间盘退变的作用还未完全阐明。因此，本研究旨在探索mTOR、GSK-3β、NF-κB三种信号转导通路在E2抑制大鼠尾椎间盘退变中的作用，为将来应用雌激素延缓椎间盘退变提供前期基础研究依据。
方法：选取20只3月龄雌性SD大鼠，随机将其分为4组：假手术组(sham组)、去卵巢+针刺组(OVX组)、雌激素组(E2组)、雌激素受体拮抗剂组(ICI组)。分组处理如下：1、sham组：仅进行手术操作，并未行尾椎穿刺，并且未摘除卵巢，仅去除卵巢周围脂肪组织；2、OVX组：即OVX+针刺组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，并且于手术当日起每日皮下注射0.4ml玉米油；3、E2组：即雌激素组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，并且于手术当日起每日皮下注射雌激素(17β-雌二醇/E2)，溶媒玉米油0.4ml；4、ICI组：即雌激素受体拮抗剂组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，每日给予ICI182780(雌激素受体拮抗剂)30min后皮下注射同等剂量的E2进行干预。药物干预28天，用Westernblot从蛋白分子水平初步探索E2干预大鼠椎间盘退变的作用及NF-κB、mTOR、GSK-3β三种信号通路在其中发挥的作用。
通过上述实验本研究发现，mTOR通路为雌激素干预椎间盘退变的主要信号通路。因此，后续研究又应用30只3月龄雌性SD大鼠，随机将其分为5组：假手术组(sham组)、去卵巢+针刺组(OVX组)、雌激素组(E2组)、雌激素受体拮抗剂组(ICI组)、mTOR通路抑制剂组(Rap组)。分组处理如下：sham组、OVX组、E2组、ICI组处理同前；Rap组：即mTOR通路抑制剂组，接受双侧卵巢摘除及尾椎穿刺，每日皮下注射mTOR抑制剂雷帕霉素，30min后皮下注射同等剂量的E2进行干预。分别从影像学、蛋白分子、组织形态水平对大鼠椎间盘退变情况进行评估：1)在最后一次给药24h后，对所有大鼠尾椎行X线片影像学资料收集；2)每组随机选择3只大鼠，取Co5/6髓核组织，收集髓核细胞，行蛋白印迹法(Western blot)检测金属基质蛋白酶MMP-3、MMP-13，Caspase-3蛋白表达丰度；3)剩余的大鼠取包括Co5/6间隙在内的双侧终板及部分椎体骨质放入4%多聚甲醛中固定24h后以10%EDTA脱钙液中脱钙30d，脱钙完成后蜡片包埋，切片厚度选择5μm，行HE染色及免疫组化(IHC)。
结果：在第一次动物实验中，Westernblot结果显示，与sham组相比，OVX组Caspase-3表达明显增加(P＜0.05)；当给与雌激素干预后，增加趋势被逆转(P＜0.05)；而在ICI组，Caspase-3蛋白表达增加(P＜0.05)。本研究同时探讨了mTOR、GSK-3β、NF-κB/p65三种通路在E2干预椎间盘退变中的作用，研究发现，与sham组相比，OVX组p-mTOR表达明显降低(P＜0.05)，但当给予E2后，p-mTOR的表达丰度显著升高(P＜0.05)，并且其可被雌激素受体拮抗剂ICI182780逆转(P＜0.05)。然而，GSK-3β与NF-κB/p65磷酸化的表达丰度变化并无统计学差异(P＞0.05)。
结合之前的研究及上述Westernblot结果本研究发现，mTOR通路为E2干预椎间盘退变的主要信号通路，为了深入说明mTOR通路的作用，本研究选择进一步调控mTOR蛋白，探讨其对下游凋亡标志蛋白Caspase-3、基质金属蛋白酶MMP-3及MMP-13的影响。Westernblot结果显示，与E2组相比，mTOR通路抑制剂组(Rap组)的p-mTOR的表达明显降低(P＜0.05)。另外，与E2组相比，Caspase-3、MMP-3、MMP-13在Rap组中的表达(/GAPDH)显著增加(P＜0.05)。IL-6免疫组化结果显示，OVX组可见IL-6在髓核细胞及其外周呈强阳性表达；与OVX组相比，E2组IL-6阳性表达明显减弱，但当给予雌激素受体拮抗剂ICI182780后，E2的这种保护作用明显减弱。与E2组相比，Rap组中IL-6阳性表达增多。二型胶原(COLⅡ)免疫组化结果显示，sham组的COLⅡ表达较多，OVX组中表达明显下降，E2发挥细胞保护作用上调了COLⅡ的表达，而ICI和Rap组中COLⅡ的表达均明显下调。
在组织学水平上，OVX组与sham组相比，髓核细胞数量明显减少，组织结构发生破坏，髓核组织已经发生降解。在E2组，给予E2进行干预后，上述现象被逆转，但Rap组组织结构相对遭到了破坏，髓核细胞在某些区域发生聚集，并且数量明显减少，组织结构紊乱，裂隙形成，髓核纤维环边界不清。以上4组椎间盘组织学评分分别为1.313±0.464(Sham)、3.688±0.768(OVX)、1.750±0.559(E2)、2.438±0.496(Rap)，Rap组组织学评分明显高于E2组(P＜0.05)。
结论：本研究表明，E2可以有效抑制椎间盘细胞的异常凋亡，以及有效干预大鼠尾椎椎间盘退变进程，且是通过激活mTOR信号通路发挥椎间盘保护作用。
第二部分三种不同入路椎间融合术治疗单节段腰椎退行性疾病的影像学观察
目的：比较斜外侧椎间融合术、经椎间孔椎间融合术、腰后路椎间融合术治疗单节段腰椎退行性疾病的影像学参数改变。
方法：回顾性分析2015年1月至2019年1月期间在我院接受腰椎融合治疗的单节段退行性疾病的201例患者，依据接受的手术方式进行分组：腰椎斜外侧椎间融合术(OLIF)、腰椎后路椎间融合术(PLIF)、经椎间孔椎间融合术(TLIF)。所有患者均行术前及术后腰椎MRI、CT、X线片检查，并记录患者数据资料。包括：年龄、性别、体重指数(BMI)、吸烟、饮酒、心脏病、高血压、糖尿病、融合节段；术前术后ODI评分、术前术后视觉模拟评分(VAS)、术前术后椎间高度、椎间隙高度指数、椎间孔高度及椎间孔面积、手术节段前凸角、腰椎前凸角。所有患者均进行术后6个月的随访，比较不同融合方式早期影像学结果。采用SPSS软件对相关数据行统计学分析比较。
结果：OLIF组79例患者，TLIF组38例患者，PLIF组84例患者。与术前相比，OLIF组在腰椎前凸角(P＜0.001)，融合节段前凸角(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)，椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)均有明显改善，椎间隙高度变化指数为1.24±0.11；TLIF组在腰椎前凸角(P＜0.001)，融合节段前凸角(P＜0.001)，椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)较术前明显改善，椎间隙前后比1.23±0.13；PLIF组在椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)，椎间孔高度(P＜0.001)较术前明显改善，椎间隙前后比为0.67±0.05。
三组间比较，OLIF与TLIF和PLIF相比，有更大的腰椎前凸角度(P＜0.05)、融合节段前凸角度(P＜0.05)椎间隙前缘高度(P＜0.001)，椎间隙后缘高度(P＜0.001)以及椎间孔高度(P＜0.05)，差异有统计学意义。与PLIF相比，TLIF更大的腰椎前凸角度(P＜0.001)、融合节段前凸角度(P=0.008)、椎间隙前缘高度(P=0.002)。而PLIF组在椎间隙后缘高度(P＜0.001)和椎间孔高度(P＜0.001)恢复方面优于TLIF组，差异有统计学意义。椎间隙高度指数结果显示：与PLIF比较，OLIF组(P＜0.001)和TLIF组(P＜0.001)明显更高，然而，OLIF与TLIF两组间比较无明显差异(P=0.471)。
结论：OLIF，PLIF和TLIF三种腰椎融合方式均能达到满意的融合效果，OLIF在腰椎前凸角度、融合节段前凸角度、椎间隙前缘、后缘高度以及椎间孔高度恢复方面有更大的优势。TLIF手术在恢复腰椎前凸角度、融合节段前凸角度、椎间隙前缘高度方面优于PLIF，椎间隙后缘高度以及椎间孔高度改善方面不及PLIF。
第三部分退变性腰椎不稳减压融合术后椎间融合器后移的危险因素分析
目的：探讨腰椎退变性不稳减压融合术后椎间融合器移位的发生率和危险因素，旨在为脊柱外科医生制定手术方案提供依据。
方法：通过回顾性分析2011年1月至2015年12月的286例患者，所有患者均行术前、术后早期腰椎前后位和侧位x线，观察并记录椎间融合器后移(posterior cage migration , PCM)发生情况。PCM的界定为椎间融合器向后方移位超过椎体后缘。根据随访时PCM的发生情况，将患者分为PCM组和非PCM(N-PCM)组。为分析PCM的相关危险因素的贡献度，将危险因素分为3类进行统计学分析：患者特征：年龄、性别、体重指数、骨密度、病程、诊断、合并症、吸烟；手术相关指标：手术时间、出血量、手术策略、椎间融合器形态、椎间融合器大小、手术节段、融合数量、植骨来源、术者经验；影像学参数：术前腰椎前凸、腰椎前凸矫正度、术前腰椎活动度、术前椎间高度、椎间高度变化、椎旁肌退变。
结果：在随访过程中，286例患者中有18例(6.3%)出现PCM。两组患者的诊断具有显著性差异，腰椎滑脱诊断在PCM组发生率高于N-PCM组，其它参数无统计学差异。在手术指标中，仅有椎间融合器大小和术者经验有显著性差异，在PCM组椎间融合器尺寸小于N-PCM组，与N-PCM组相比较，在PCM组中缺乏经验的外科医生(不到3年)更多见。两组放射学参数差异无统计学意义。Logistic回归模型显示，少于3年经验的外科医生、小尺寸椎间融合器、腰椎滑脱是PCM的独立相关危险因素。
结论：腰椎退变性不稳减压融合术后椎间融合器移位的发生率为6.3%，危险因素包括外科医生经验、椎间融合器尺寸、腰椎滑脱，对于腰椎滑脱患者，术前应充分了解PCM的风险。而对于脊柱外科医生，最好选择尺寸较大的椎间融合器，操作要谨慎，尤其是对于融合术经验不足3年的术者。