皮埃蒙特犊牛先天性中枢神经系统畸形（第二部分）：结构性脊髓疾病的临床与病理特征研究

《Frontiers in Veterinary Science》：Congenital central nervous system malformations in piedmontese calves—part 2. structural spinal cord disorders

　　

摘要 引言： 牛结构性脊髓畸形可能被低估，其真实发病率、临床谱系及病因因素仍缺乏充分描述。研究人员在配套研究中描述了皮埃蒙特犊牛的先天性结构性脑畸形，而本研究聚焦于先天性脊髓异常，并描述其临床与病理特征。 方法： 本前瞻性观察性研究（2021–2025年）中，对疑似先天性中枢神经系统（CNS）异常的皮埃蒙特犊牛进行了临床与神经学检查、脑脊液（CSF）分析、诊断性影像学检查、区域性致畸病毒病原体分子检测、尸检及组织病理学检查。研究群体来源于意大利库内奥省和都灵省，两地合计占皮埃蒙特牛养殖场的80%以上。仅纳入经尸检确认存在结构性脊髓异常的犊牛。 结果： 在70头因疑似先天性CNS异常而接受尸检的犊牛中，5头确认存在结构性脊髓畸形。脊髓异常包括脊髓发育不良（myelodysplasia，4/5）、脊髓空洞积水症（hydrosyringomyelia，3/5）、节段性脊髓发育不全（segmental spinal cord aplasia，2/5）及脊髓纵裂畸形（diplomyelia，2/5）。开放性脊柱裂（open spina bifida）见于2/5例，闭合性脊柱裂（closed spina bifida）见于1/5例。合并肌肉骨骼及泌尿生殖系统异常较为常见。所有病例的牛病毒性腹泻病毒（BVDV）、蓝舌病病毒（BTV）及施马伦贝格病毒（SBV）分子检测均为阴性。 讨论： 本前瞻性研究中，皮埃蒙特犊牛的结构性脊髓畸形表现为异质性发育障碍谱系，常相互并存，并与肌肉骨骼及泌尿生殖系统先天性异常相关联。本研究首次为皮埃蒙特牛未来关于其发育机制及遗传基础的研究建立了表型框架。

皮埃蒙特犊牛先天性脊髓畸形的临床病理特征研究解读

一、研究背景与意义

先天性中枢神经系统（CNS）疾病在牛中常被低估。由于缺乏系统性监测、患病犊牛经济价值低以及依赖死后确认，许多病例未被发现，尤其是在围产期死亡或症状非特异时。既往回顾性研究报道，CNS畸形约占神经科病例的15%，在感染性和代谢性疾病之后位列第三。先天性脊髓畸形是一组异质性发育障碍，源于原肠胚形成、神经管形成及脊髓发育过程中的异常，包括脊柱裂相关畸形（如脑脊膜膨出、脊髓脊膜膨出、脊髓裂）、I型和II型脊髓分裂畸形（分别称为脊髓纵裂和脊髓纵裂畸形）、节段性脊髓发育不全/发育不良以及脊髓空洞积水症。这些畸形可孤立发生，也可与其他先天性缺陷并存。尽管牛中偶有报道，但其分类和临床病理描述仍十分缺乏，现有文献仅限于孤立病例报告和小型病例系列，临床病理谱系和病因学背景尚未完全阐明。脊髓缺陷可能源于遗传异常或宫内暴露于致畸因子（包括病毒感染、营养缺乏或妊娠关键期摄入有毒植物），但大多数自然发生病例的潜在病因仍未确定。本研究旨在系统描述皮埃蒙特犊牛自然发生的先天性结构性脊髓畸形的临床表现、计算机断层扫描（CT）发现及大体和組織病理学特征，为诊断、预防及未来发病机制和遗传决定因素研究提供依据。

二、研究设计与技术方法

本研究为前瞻性观察性研究，于2021年2月至2025年3月间，在意大利都灵大学兽医教学医院开展，研究对象为疑似先天性CNS结构异常的皮埃蒙特犊牛。研究群体来源于库内奥省和都灵省，两地占皮埃蒙特牛养殖场（约4,200家）的80%以上。纳入标准为出生后即表现神经症状且自然死亡或经预后评估后安乐死的犊牛，以及具有明显颅骨或骨骼异常的死产犊牛，且必须有尸检记录。排除获得性（非先天性）疾病或数据不足以支持分类的病例。临床和神经学检查由经认证的神经科兽医按照标准化方案执行；进行全血细胞计数、血清生化及脑脊液（CSF）分析；对血液或脾脏样本进行施马伦贝格病毒（SBV）、蓝舌病病毒（BTV）和牛病毒性腹泻病毒（BVDV）的一步法实时逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测；使用16层CT扫描仪（Somatom Emotion 16，西门子）获取影像，层厚1.5 mm，110 kV、130 mA，并进行多平面重建（MPR）和三维容积再现（3D-VR）。所有犊牛均接受全身尸检，脊髓整体大体检查后经10%中性缓冲福尔马林固定、石蜡包埋，对病变区域及代表性节段进行苏木精-伊红（H&E）、尼氏染色和快蓝（LFB）染色，并对选定切片进行免疫组织化学标记。

三、研究结果

3.1 病例纳入与总体发现

共有70头疑似先天性CNS异常的犊牛接受尸检。29/70（41%）因尸检显示为子宫外获得的非先天性CNS疾病被排除；25/70（36%）因存在与CNS无关的先天性异常被排除，其中6/25（24%）为孤立性小眼畸形，19/25（76%）为肌肉骨骼或颅面畸形（16/19为关节弯曲和脊柱侧凸，3/19为腭裂）；另有11/70（16%）因存在先天性结构性脑畸形被纳入配套研究。最终5/70（7%）确认存在先天性脊髓畸形，构成最终研究样本。5头中3头活体就诊后安乐死，2头为死产。脊髓异常包括脊髓发育不良（4/5）、脊髓空洞积水症（3/5）、节段性脊髓发育不全（2/5）和脊髓纵裂畸形（2/5）。开放性脊柱裂见于2/5例，闭合性脊柱裂见于1/5例，其中1头开放性脊柱裂犊牛合并Chiari样畸形。所有病例BVDV、BTV和SBV的RT-PCR检测均为阴性。

3.2 各病例临床病理特征

病例1（雄性，死产）：表现为后躯和骨盆肢体显著发育不良、体长缩短。CT显示T11–L1轻度局灶性后凸、L4–L5背侧半脱位、L6严重畸形/残遗伴左侧椎体不对称发育不良、腰椎神经弓不完全背侧融合（L1–L5，L5最严重）、近完全骶骨发育不全伴骶髂关节缺如。大体检查见腰椎柱向上偏移、L5–L6椎体发育不全、脊髓突然中断及残遗马尾样丝状结构。组织病理学显示腰椎脊髓正常，骶段（S2）腹正中裂不完全重复伴中央管严重扩张和破裂，更尾侧水平腹正中裂缺如伴腹索部分融合，并见脊索残迹。诊断为节段性脊髓发育不全、闭合性脊柱裂、骶部脊髓发育不良、脊髓纵裂畸形（II型分裂脊髓畸形）及脊髓空洞积水症。

病例2（雌性，死产）：表现为体长缩短。CT显示C3–C4椎间隙严重狭窄、胸椎严重发育不良（T5至尾侧胸椎）伴椎体形成/分节失败、椎体和肋骨发育不全、显著右侧脊柱侧凸、椎体融合、尾侧胸椎背侧移位及椎管不连续提示脊髓中断。大体检查见T7–T11椎体缺如、椎体残端相距约10 cm、脊髓在T6处逐渐变细形成纤维化窄带，T13以尾脊髓正常。组织病理学显示脊髓在胸段突然终止伴末端脑膜结缔组织和脑膜增厚，脊髓实质内神经元和髓鞘纤维束杂乱排列。合并先天性膈疝伴腹腔器官移位入胸腔、肝脏位置异常、脾脏畸形、肾皮质小囊肿、左侧子宫角囊性扩张、胸腔显著受压及肺叶异常分叶。诊断为节段性脊髓发育不全、局灶性脊髓发育不良。

病例3（雌性，2日龄）：表现为腰骶部脑脊膜膨出、尾发育不全、泄殖腔畸形、后肢关节弯曲和肌萎缩、截瘫伴深部痛觉消失。CT显示L4–L6椎体融合、L3–L5楔形变形伴局灶性后凸、L6严重不对称发育不良伴左侧背侧部分近完全缺如。大体检查见经腰椎（L4–L6）骨性和肌性缺损的脊柱裂伴脑脊膜膨出。组织病理学显示神经元胞体和髓鞘纤维排列不规则伴中度胶质增生、脊神经节细胞迁移缺陷、神经根髓鞘形成不良。合并左肾发育不全、子宫和膀胱发育不良。诊断为开放性脊柱裂伴脑脊膜膨出、脊髓发育不良。

病例4（雌性，2日龄）：表现为腰骶部脑脊膜膨出、尾发育不全、泄殖腔畸形、后肢关节弯曲和肌萎缩、截瘫伴深部痛觉消失、前肢轻度本体感觉缺陷。CT显示T13–L1和L2–L3椎间隙近完全塌陷伴不规则相对终板、轻度胸腰段后凸（T13–L3）、L6与严重发育不良的S1残迹融合、L4以尾椎弓不完全背侧闭合且L6背侧椎弓完全缺如、近完全骶骨发育不全伴骶髂关节缺如、完全尾椎发育不全、严重双侧跗骨畸形。大体检查见经骶骨（S1）骨性和肌性缺损的脊柱裂伴脑脊膜膨出、颈胸段硬膜外出血、小脑颅尾向伸长伴轻度小脑蚓部尾侧疝出。组织病理学显示神经元和髓鞘纤维束杂乱排列伴中央管扩张和破裂、脑膜纤维化伴蛛网膜微囊、多灶性出血、神经根髓鞘形成不良。合并胸骨舌骨肌发育不良、子宫和膀胱发育不良、直肠阴道瘘。诊断为Chiari样畸形复合体伴开放性脊柱裂、脊髓发育不良、脊髓空洞积水症。

病例5（雌性，5日龄）：表现为外生殖器畸形、后肢发育不良和萎缩、截瘫伴深部痛觉消失。CT显示C7–T3多节段椎体融合伴椎体形成和分节联合失败、局灶性颈胸段后凸伴中度椎管狭窄、第十三肋发育不良（右侧重于左侧）、腰椎5节、L2–L3部分脊椎滑脱伴轻度椎管狭窄、近端尾椎轻度畸形。大体检查见脊髓节段性增大（T12–L2）伴中央管扩张。组织病理学显示胸腰段腹正中裂不完全重复伴中央管严重扩张和破裂。合并轻度肠炎、双侧颅叶肺炎、泄殖腔畸形。诊断为颈胸段后凸、脊髓纵裂畸形和脊髓空洞积水症。

四、讨论与结论

本研究发现皮埃蒙特犊牛先天性脊髓畸形构成异质性畸形谱系，包括与脊柱裂缺损相关的脑脊膜膨出和脊髓发育不良、II型脊髓分裂畸形、脊髓空洞积水症及节段性脊髓发育不全，多数伴有严重椎体畸形和其他器官系统（尤其泌尿生殖道）先天性异常。两头腰骶部开放性脊柱裂伴脑脊膜膨出和脊髓发育不良的犊牛表现出高度一致的临床表型，包括尾发育不全、泄殖腔畸形、泌尿生殖道异常和对称性后肢关节弯曲。胚胎学上，脊柱裂源于椎弓融合失败，常与神经管形成过程中的神经管缺陷相关。病例4中脊柱裂与Chiari样畸形并存，与人类开放性脊柱裂与Chiari II畸形之间的关联相平行。节段性脊髓发育不全的胚胎学基础可能涉及原肠胚形成期脊索-中胚层的局灶性紊乱，导致神经管、椎柱和脊神经根的协调发育同时受损。脊髓分裂畸形最被广泛接受的胚胎学假说认为，持续性神经肠管阻止发育中脊索与内胚层的正常分离，脊索分裂为两个半脊索突起，导致上方神经板分叉并形成两个半脊髓。4/5例存在内脏异常，主要涉及泌尿生殖和肛门直肠系统，可能源于次级神经胚形成障碍——尾侧细胞团不仅形成尾侧脊髓，还参与椎柱和周围尾侧间充质的形成，后者在肛门直肠和泌尿生殖系统发育中发挥核心作用。5头中4头为雌性，与人类和犊牛中报道的女性优势一致。所有病例主要牛致畸病毒检测均为阴性，结合一致的临床表型模式，提示可能存在遗传性病因。本研究存在局限性：尽管采用前瞻性设计和4年主动监测，符合纳入标准的脊髓畸形病例数量有限，无法推断患病率；PCR检测阴性不能完全排除感染性病因，尤其是妊娠早期感染；遗传分析在当时尚不可用。总之，本研究首次对皮蒙特犊牛先天性脊髓畸形进行了临床病理学特征描述，整合了临床、CT、大体病理和组织病理学发现。主要致畸病毒检测阴性及多个病例一致的表型模式提示可能存在遗传性甚至家族性起源。对这些疾病的认识有助于临床诊断、病理分类和育种管理，所建立的详细表型框架为未来遗传学研究提供了基础，并有助于跨物种理解先天性脊髓发育障碍。