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背景和目的:椎间盘退变广泛存在于各年龄段人群,髓核细胞的老化在临床脊柱事件中起到了关键的影响。前期研究发现,在不同退变程度的髓核组织中,间充质干细胞表型呈代偿性上调。受局部解剖结构的限制,在终末期逐渐降低。此前较多研究表明,间充质干细胞对退变髓核细胞的老化有部分缓解能力,并能增强其细胞活力。然而干细胞旁分泌作用触发了髓核细胞的何种保护性应答较少报道。因此,本研究以此为切入点,探究三维共培养的间充质干细胞对髓核细胞老化的影响以及下游可能的发生机制。研究方法:1.研究不同退变程度的髓核临床组织标本以及构建的大鼠尾椎退变模型中间充质干细胞表型的变化与临床分级指标之间的关系。2.构建不同细胞密度的三维共培养体系,观察间充质干细胞对退变髓核细胞老化的缓解和影响。3.为研究间充质干细胞对髓核细胞所引起的广泛而复杂的变化,利用RNA-seq技术,通过分析目的细胞在细胞合成以及信号通路上的改变,用以确定间充质干细胞对髓核细胞可能的靶点。4.基于前期的研究结果,对与髓核细胞显著改变的ZMPSTE24基因,采用crispr cas9基因编辑技术构建稳定的ZMPSTE24敲除髓核细胞株,在体外实验中观察ZMPSTE24过表达与敲除后对髓核细胞合成与分解代谢以及细胞周期状态的影响。5.为进一步验证间充质干细胞对髓核组织的改变,采用了体外器官培养技术,通过在器官水平观察间充质干细胞对髓核组织退变的影响以及能否缓解髓核退变的改变。研究结果:1.间充质干细胞重要表型之一 CD44的表达在大鼠尾椎屈曲模型和不同临床分级的临床标本中与椎间盘退变程度的加重呈短期内上调后期逐渐降低的过程。所提取的髓核细胞进行SA-β-gal染色,结果随组织退变的进展阳性率逐渐上升,其差异性具有统计学意义。2.复合间充质干细胞的三维海藻酸钠凝胶材料在不同细胞密度以及共培养时间的条件下均表现出对髓核细胞衰老表型的挽救效果:老化染色阳性率降低、细胞活性增加、细胞合成分解平衡重构。3.共培养的髓核细胞在细胞结构、生物学合成能力以及生物学过程中均表现出与对照组的显著差异。其中,诱导衰老的髓核细胞其法尼基化表现上调,细胞外基质合成过程得到增强,炎性相关标志物IL1、IL6、IL10、IL13、IL33与对照组相比转录组mRNA呈下调趋势。4.髓核细胞ZMPSTE24过表达与敲除后,在炎性诱导老化的条件下,不同分组的髓核细胞在细胞老化阳性率、细胞活性、细胞合成能力以及促细胞外基质降解方面表现出显著差异性。过表达ZMPSTE24在诱导老化压力下,能有效降低细胞老化阳性率,提高细胞活性能力,促使髓核细胞的合成能力增强。5.在通过体外髓核组织器官培养后,骨髓间充质干细胞组中的髓核组织高度减低程度明显优于髓核细胞共培养组和空白对照组。且干细胞共培养组中Aggrecan免疫组化阳性率显著高于髓核细胞共培养组。结论和意义:本研究结合髓核细胞老化阳性率与椎间盘退变程度之间的相关性证实了间充质干细胞对髓核退变的反应性。确认了间充质干细胞在共培养体系中对髓核细胞的转录保护作用。发现并确认了与髓核细胞退变相关的衰老基因ZMPSTE24在炎性衰老压力中对细胞的保护作用,阐述了其与炎性通路可能的发生机制。并为ZMPSTE24作为防治椎间盘退变的早期诊断标志或治疗靶点提供了的一定的理论依据。