磁共振扩散张量成像参数与退变椎间盘髓核组织中水通道蛋白表达及生化成分含量的相关性研究

本研究针对椎间盘退变(IDD)早期诊断难题，创新性地采用磁共振扩散张量成像(DTI)技术，通过检测退变髓核组织的各向异性分数(FA)和表观扩散系数(ADC)值，结合Western blotting检测水通道蛋白(AQP1/AQP3)表达及DMMB/Sircol法测定糖胺聚糖(GAG)和胶原含量。研究发现DTI参数与生化成分含量显著相关，为IDD的早期定量诊断和疗效评估提供了新型影像学生物标志物。

　　

椎间盘退变(IDD)作为腰背痛的主要病因，已成为全球性健康挑战。随着人口老龄化加剧，IDD导致的慢性疼痛和功能障碍给社会带来沉重负担。传统MRI技术仅能检测晚期结构改变，而早期生化成分变化如糖胺聚糖(GAG)流失和胶原沉积难以捕捉。更棘手的是，目前临床广泛使用的Pfirrmann分级系统对早期退变敏感性不足，水通道蛋白(AQPs)在IDD中的作用机制也亟待阐明。

南京中医药大学附属中西医结合医院脊柱外科的研究团队在《BMC Musculoskeletal Disorders》发表的研究中，创新性地将磁共振扩散张量成像(DTI)技术应用于IDD评估。该研究通过39例腰椎间盘突出症患者的术中髓核样本，系统分析了DTI参数(FA/ADC)与AQPs表达、GAG/胶原含量的相关性，为IDD早期诊断提供了定量影像学依据。

研究采用多技术联合作战：通过全内镜微创手术获取人腰椎间盘髓核组织；采用3.0T磁共振进行DTI扫描并测量FA/ADC值；Western blotting检测AQP1/AQP3蛋白表达；DMMB比色法定量GAG含量；Sircol可溶性胶原检测试剂盒测定胶原含量。所有数据均采用SPSS 25.0进行统计分析。

主要研究结果

Western blotting检测退变髓核组织中AQP1和AQP3蛋白表达

随着Pfirrmann分级升高，AQP1和AQP3蛋白表达呈进行性下降趋势。与II级组相比，III-V级组表达量显著降低(P<0.05)，但IV级与V级组间无统计学差异。

不同Pfirrmann退变等级髓核组织中糖胺聚糖和胶原含量

GAG含量从II级组的89.80±7.68μg/mL降至V级组的43.37±9.92μg/mL，而胶原含量随退变程度显著增加(P<0.05)。

不同Pfirrmann退变等级髓核组织的FA和ADC值

FA值从II级组的0.0939±0.0069升至V级组的0.2601±0.0862，ADC值则从2.0016±0.089降至1.5187±0.1627。

人退变髓核组织FA和ADC值与糖胺聚糖和胶原含量的相关性分析

FA值与GAG含量呈中度负相关(r=-0.5974)，与胶原含量呈强正相关(r=0.8694)；ADC值与GAG含量呈中度正相关(r=0.6873)，与胶原含量呈强负相关(r=-0.8502)。

这项研究首次建立了DTI参数与髓核生化成分的定量关系，揭示了FA/ADC值变化与基质代谢失衡的内在联系。研究发现随着退变加重，AQPs表达下降导致水分代谢障碍，GAG流失和胶原沉积改变了髓核的微环境，进而影响水分子扩散特性——胶原网络重构增加了扩散各向异性(FA↑)，而基质降解限制了水分子自由扩散(ADC↓)。这些发现为IDD早期诊断提供了新型影像学生物标志物，DTI技术可望成为评估治疗效果的有力工具。虽然样本量限制需要更大规模验证，但该研究无疑为理解IDD病理机制和开发靶向治疗策略开辟了新思路。