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第一部分大鼠腰椎间盘退变动物模型的构建目的构建大鼠椎间盘退变模型以模拟人类椎间盘退变，为下一部分研究提供大量适度退变的髓核细胞。方法60只SD大鼠，采用27G针在C臂机透视引导下行后路穿刺损伤L45、L56椎间盘纤维环，分别于术前、术后2周、术后4周、术后8周四个时间点行MRI扫描改良Thompson分级；组织切片HE染色、Masson染色；RT-PCR检测聚集蛋白聚糖(Aggrecan)、Ⅱ型胶原、Sox-9、Ⅰ型胶原mRNA的表达，以确定椎间盘退变程度。结果MRI：大鼠造模术后2周，大多数椎间盘信号未见明显改变，仅少数髓核信号强度较术前强度稍低；术后4周，T2加权像髓核信号强度与邻近节段椎间盘相比稍有降低，髓核偏灰色，绝大多数椎间盘呈改良Thompson2-3级退变；术后8周，T2加权像椎间盘髓核信号强度有明显降低，部分椎间盘甚至呈“黑椎间盘”样改变；改良Thompson等级随造模时间延长渐升高（p<0.05）。组织HE染色及Masson染色：随造模时间延长，纤维环胶原纤维各层间逐渐出现裂隙，甚至断裂，髓核内脊索细胞及软骨样细胞渐减少，髓核与纤维环界限渐不清晰。RT-PCR显示随造模时间延长，Aggrecan、Ⅱ型胶原、Sox-9的mRNA的表达水平逐渐降低，而Ⅰ型胶原mRNA的表达呈逐渐升高趋势。结论经后路在C臂机透视引导下采用27G穿刺针损伤SD大鼠腰椎间盘纤维环，该方法创伤小、出血少、可控性强、成功率高，经MRI、组织学及RT-PCR检测，椎间盘退变速度缓慢，能模拟人类椎间盘退变的病理过程，该动物模型的成功建立为本研究提供大量退变髓核细胞。第二部分IGF-1促进大鼠退变的髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原的表达目的研究胰岛素样生长因子-1（Insulin-like growth factor-1，IGF-1）对大鼠退变的髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原基因转录及蛋白表达的影响，对大鼠退变髓核细胞增殖的影响。方法针刺损伤致大鼠腰椎间盘退变后，选择MRI表现为轻-中度退变（改良Thompson2-3级）的椎间盘，行髓核细胞体外分离贴壁培养，观察细胞形态，台盼蓝染色检测细胞存活率。将不同浓度（0、20、50、100、200ng/ml）的IGF-1作用于贴壁培养的P2代细胞，采用MTT法检测IGF-1对细胞增殖的影响。1%藻酸盐包被P2代髓核细胞三维培养，经不同浓度（0、20、50、100、200ng/ml）的IGF-1作用12小时后提取RNA，采用RT-PCR检测髓核细胞Aggrecan和Ⅱ型胶原mRNA的表达。三维培养的大鼠退变髓核细胞，采用100ng/ml的IGF-1作用24小时，应用Western-blot检测Aggrecan和Ⅱ型胶原蛋白水平的表达。结果大鼠退变的髓核细胞贴壁缓慢，细胞呈梭形、多角形，原代细胞存活率可达91-96%，传代后细胞存活率稍降低。MTT法结果显示：随IGF-1浓度增加，OD570nm吸光度值渐升高，100ng/ml组细胞增殖能力增加了约66%（p<0.05），而200ng/ml组与100ng/ml组间OD570nm吸光度值无显著差异（p>0.05）。RT-PCR结果显示：随IGF-1浓度的增高，髓核细胞Aggrecan、Ⅱ型胶原的mRNA的表达水平呈逐渐升高趋势（p<0.05），而100ng/ml组和200ng/ml组间无显著差异（p>0.05）。Western-blot结果显示：与对照组比较，100ng/ml的IGF-1能显著提升髓核细胞Aggrecan和Ⅱ型胶原的蛋白表达水平（p<0.01）。结论IGF-1可促进大鼠退变髓核细胞增殖；IGF-1可促进退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原基因转录和蛋白的表达。IGF-1作为一种细胞因子，可用于椎间盘退变生物学治疗的研究。第三部分IGF-1通过PI3K/Akt信号通路促进退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原的表达目的分析探讨IGF-1主要通过何种信号转导机制来促进大鼠退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原的表达。方法三维培养的P2代髓核细胞血清饥饿12小时后，按处理方法不同分为4组：对照组、IGF-1组（100ng/ml）、LY294002组（50μM，PI3K/Akt通路抑制剂）、IGF-1+LY294002组，采用Western-blot方法检测IGF-1对磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphoinositide3-kinase，PI3K/Akt）信号转导通路的激活作用；检测LY294002对PI3K/Akt信号转导通路的抑制作用。三维培养的P2代髓核细胞血清饥饿12小时后，按处理方法不同分为4组：对照组、IGF-1组、LY294002组、IGF-1+LY294002组，采用Western-blot方法检测PI3K/Akt信号通路的激活或抑制对大鼠退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原表达的影响。结果Western-blot结果显示：与对照组相比，IGF-1能促进PI3K及Akt的磷酸化（p<0.01），激活PI3K/Akt信号通路；与IGF-1组相比，IGF-1+LY294002组的PI3K及Akt的磷酸化水平均显著降低（p<0.01）。Western-blot结果显示：与对照组相比，IGF-1能明显促进退变髓核细胞Aggrecan和Ⅱ型胶原的表达（p<0.01）；与IGF-1组相比，IGF-1+LY294002组Aggrecan和Ⅱ型胶原的表达水平均显著降低（p<0.01）。结论IGF-1能激活PI3K/Akt信号通路，IGF-1能促进大鼠退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原的表达；而LY294002可以显著抑制IGF-1的上述作用。说明IGF-1可通过PI3K/Akt信号通路促进大鼠退变髓核细胞Aggrecan及Ⅱ型胶原的表达。