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椎间盘（IVD）退变是年轻人腰痛的主要原因，软骨终板（CEP）在其中作用关键。研究人员通过对人 CEP 细胞在 3D 琼脂糖培养中动态压缩并刺激 TNF，发现 TNF 诱导分解代谢，动态压缩无明显效果。该研究为理解 IVD 退变机制及治疗提供依据。
在人体的 “脊梁支柱”—— 椎间盘的健康问题中，椎间盘退变引发的腰痛，正成为困扰年轻人的一大顽疾。软骨终板作为椎间盘的重要组成部分，就像一个 “关键阀门”，不仅承担着传递压力、运输营养物质的重任，还在椎间盘的健康维持中扮演着关键角色。然而，随着年龄增长和各种因素影响，它会发生退变，进而引发一系列连锁反应，可导致椎间盘脱水、腰痛等问题，甚至出现 Modic 改变。目前，虽然炎症在椎间盘退变中的作用逐渐受到关注，但对于软骨终板在促炎、分解代谢环境下的力学生物学特性，人们了解甚少。为了深入探究这些未知领域，来自瑞士伯尔尼大学、希腊国立技术大学雅典分校、西班牙庞培法布拉大学等多个研究机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员为了验证 “动态压缩能诱导人软骨终板细胞合成代谢，而促炎细胞因子刺激会诱导分解代谢” 这一假设，采用了多种关键技术方法。他们从接受创伤手术患者的椎间盘中分离出软骨终板细胞（这些患者无腰痛或椎间盘退变病史），并进行体外培养。将细胞接种到 2% 的琼脂糖凝胶中构建 3D 培养模型，利用定制生物反应器对其进行动态压缩处理，同时设置添加肿瘤坏死因子（TNF）刺激的实验组。在实验过程中，运用了细胞活力检测、基因表达分析（定量聚合酶链反应，qPCR）、蛋白质分泌检测（Luminex 多重免疫分析）等技术，从多个层面检测细胞的变化 。
下面来看具体的研究结果：
- 细胞活力与代谢：在整个培养过程中，细胞活力没有显著变化，且细胞代谢活动和糖胺聚糖（GAG）/DNA 含量基本保持稳定。尽管在培养后期，GAG 释放到培养基中有增加趋势，但整体变化不明显，说明在该实验条件下，细胞的基本代谢功能未受明显影响。
- 基因表达变化：qPCR 结果显示，动态压缩对基因表达无显著影响，但 TNF 刺激却能显著改变关键基因的表达。像编码蛋白聚糖和胶原蛋白的基因 ACAN、COL2A1、COL6A1表达下降，而促炎基因 IL-6 和参与细胞外基质降解的 MMP-3 表达上调 。这表明 TNF 刺激促使细胞向分解代谢表型转变，影响细胞外基质的合成与降解平衡。
- 蛋白质分泌改变：TNF 刺激显著影响细胞分泌多种蛋白质。促炎因子如 IL-1β、RANTES（CCL5）、IL-6、IL-8 等分泌增加，同时一些与疼痛、神经生长和血管生成相关的因子分泌呈现时间依赖性变化。例如，神经生长因子（NGF）在培养 7 天后分泌增加，但 14 天后又恢复到对照水平，这暗示着细胞在炎症环境下的适应性变化 。
- 与模型预测对比：研究人员将实验结果与基于文献的调节网络模型（RNM）预测进行对比，发现两者偏差较低，在一定程度上验证了模型的可靠性，但也存在部分差异。如 RNM 预测的 TGF-β、IL-17 等蛋白的变化与实验结果不符，说明该模型在预测软骨终板细胞对 TNF 刺激的反应上还有待完善 。
综合研究结果与讨论部分，这项研究意义重大。一方面，证实了 TNF 能够诱导人软骨终板细胞的分解代谢反应，通过下调合成代谢基因表达和上调促炎蛋白分泌，影响细胞外基质的结构和功能，为理解椎间盘退变的分子机制提供了新的视角。另一方面，发现动态压缩在当前实验条件下对软骨终板细胞无明显作用，提示未来研究需要探索更合适的实验条件或添加其他生物材料，以更好地模拟体内力学环境，研究其对软骨终板细胞的影响。此外，研究还指出了现有研究的局限性，如实验模型的不完善、检测方法的局限性等，为后续研究指明了方向。
