C57BL/6J小鼠脊椎及脊髓形态学数据变化及其对应关系

杨 依，戴春秋，王正梅，王嘉琪，吴菲菲，张昆龙，高 枫，王亚云

0 引 言

鼠类与人类的基因非常相似，99%的鼠类基因与人类基因同源；且与猴和猪等实验动物相比，鼠的繁殖速度快、喂养成本低，因此，鼠类已成为医学和生物学研究中重要的实验对象。其中，C57BL/6J小鼠繁殖性稳定，寿命较长，对肿瘤敏感性低，是国内外最常用的鼠类实验动物[1]。特别在神经科学领域，基于C57BL/6J小鼠遗传背景已经成功建立数百种转基因模式动物，并广泛应用于神经生物学以及临床神经系统疾病的机制研究[2]。因此，精准测量C57BL/6J小鼠神经系统解剖学数据具有重要意义。

目前，基于C57BL/6J小鼠构建脊髓损伤动物模型进行相关研究已成为国内外热点前沿领域[3-6]。例如，Zhang等[7]利用微型切割机在不损伤脊髓背侧动脉及其分支的情况下将脊髓右半切除来制作脊髓半切损伤模型，其重要步骤就是显露第9-11胸椎(T9-11)棘突，然后确定第10胸椎(T10)脊髓部位，最后用骨钳去除该部位椎板后，于中线切开硬脑膜暴露脊髓。Fan等[8]和Landry等[9]进一步将上述小鼠脊髓损伤模型的制备与基因表达检测研究相结合，以探索脊髓损伤时重要的分子和神经机制。随后，又诞生了改良Allen′s脊髓打孔法建立小鼠脊髓损伤动物模型。例如，Ito等[10]首先确定T10椎体部位，然后在该部位进行手术切开并分离椎旁肌肉，显露椎板后行T10节段椎板切除术，最后实现充分暴露脊髓组织的目的。由于脊柱作为实验性脊髓损伤的一个标志，且脊髓节段与相应脊椎不完全对应[11]。由此可见，明确C57BL/6J小鼠脊椎与脊髓的解剖位置关系及其表面标志是成功建立小鼠脊髓损伤模型的基础。

既往研究人员对小鼠脊椎及脊髓的解剖学结构进行了极其深入的研究[12-16]，以2009年由Watson C和Harvey AR编撰的专著《The Mouse Nervous System》(爱思唯尔出版社最为经典)[17]，迄今为止，该著作中有关小鼠脊椎和脊髓的数据仍然被全世界实验室研究人员最常引用。但遗憾的是，这些数据亟需进行补充完善和修订。

本研究利用最新体视学测量法，重点研究了C57BL/6J小鼠脊椎和脊髓精细解剖学数据，并对脊椎与脊髓的节段对应关系进行了详细分析与比对。本研究结果说明活体扪及C57BL/6J小鼠背部胸段最隆起骨性结构即为T1的棘突，扪及骨盆后与其平齐的椎骨即为第6腰椎(L6)，继续向下扪及腰骶部最隆起骨性结构即为第2骶椎(S2)棘突。本研究为精准定位小鼠脊椎与脊髓不同节段提供了明确的实验室数据，为更好研究神经系统相关疾病提供了重要的依据。

1 材料与方法

1.1 动物准备本研究选用20只雄性C57BL/6 J小鼠(3月龄，空军军医大学实验动物中心)，体重约为(20.13±0.66) g。实验动物合格证号：SCXK(陕)2019-001。实验严格按照《实验动物护理和使用指南》进行，报告均遵循ARRIVE指南。小鼠在湿度43%～ 48% 和温度22～25 ℃环境中生长，12/12 h光/暗循环，可自由获取食物和水。所有实验程序均得到空军军医大学(西安)研究教育动物使用与护理委员会的批准，并在尽可能减轻动物痛苦的同时，牺牲最少数量的动物。

1.2 实验步骤戊巴比妥(50 mg/kg)麻醉小鼠，40 mL 0.01 mol/L磷酸盐缓冲液(PBS；pH=7.4)溶液灌流，70 mL 4%多聚甲醛溶液灌注并固定组织。固定后立即取出完整椎体，剥离表面肌肉并浸泡在4%多聚甲醛溶液中以避免脊髓收缩，保证脊椎和脊髓的完整性。分离脊髓时，从颈髓开始将椎板和椎体从上至下去除，取出整个脊髓并避免脊髓损伤。在荧光显微镜下观察并立即测量(LEICA，M205RA)。为保证脊髓测量的准确性，观察时间不应超过20 min。

1.3 测量范围逐一测量脊椎和脊髓的头端到尾端，观察其生理曲率。在显微镜下测量颈椎、胸椎、腰椎和骶椎。测定小鼠脊髓各节段的长度和比例并确定脊椎腰骶部膨大的分布区域。

2 结 果

2.1 C57BL/6J小鼠的脊椎测量结果C57BL/6J小鼠有7个颈椎，第1颈椎(C1)较大。胸椎共13个，C57BL/6J小鼠第1胸椎(T1)背侧(棘突)突起较明显，在体外可触及，该突起与第2肋骨相对应。腰椎共6个，L6位于骨盆，L5-L6之间的椎间盘与大腿根部相对应。骶椎有4个。见图1。C57BL/6J小鼠椎体全长(57.34±2.93) mm，颈椎长度(7.61±0.51) mm，占椎体总长度13.28%±0.01%；胸椎长度(20.96±1.56) mm，占总长度的36.53%±0.53%，腰椎长度(17.74±0.62) mm，占椎体总长度的31.00%±0.21%；骶椎长度(11.03±0.94) mm，占椎体总长度的19.22 %± 0.32%。腰骶部可触及较明显隆起，该隆起对应于S2。胸腰椎边界在解剖过程中易被破坏断开。

图1 C57BL/6J小鼠的脊柱测量结果Figure 1 Skeletal vertebral columns of C57BL/6J (n=20) mice

2.2 C57BL/6J小鼠的脊髓测量结果C57BL/6J小鼠脊髓细长，近似圆柱形，白色，背腹侧稍扁平，由中线隔分成左右两半。从枕骨大孔后端延伸至脊椎下部。C57BL/6J小鼠脊髓由34个节段组成：8个颈段(C1-C8)、13个胸段(T1-T13)、6个腰段(L1-L6)和4个骶段(S1-S4)。C57BL/6J小鼠脊髓总长度约(43.94±2.77) mm，其中颈段脊髓长度为(7.61±0.51) mm，占脊髓总长度的16.91%±0.02%。胸段脊髓长度为16.91%±0.02%，占脊髓总长度的47.55%±0.02%。腰骶段脊髓长度为(15.67±2.01) mm，占脊髓总长度的(35.53±0.03)%。全脊髓有两处膨大，颈部和腰部有两处膨大，长度相对较短，其上部的颈段和胸段脊髓较长。即颈、腰(腰骶部)膨大，并与肢体神经相连。颈膨大从C4/C5延伸至T1，长度范围为(3.90±0.03) mm，宽度范围为(2.41±0.03) mm。腰膨大从L1延伸至L5，长度范围为(8.79±0.04 )mm，宽度范围为(2.02±0.11) mm。腰膨大比颈膨大略窄，其背腹直径也略小。见图2。

图2 C57BL/6J小鼠的脊髓测量结果Figure 2 Skeletal vertebral columns of C57BL/6J(n=20) mice

2.3 本研究数据与Yaksh的数据对比与既往研究相比[18]，本研究中，颈椎长度缩短了0.72%，胸椎长度延了1.53%，腰椎长度缩短了1.0%，骶椎长度延长了0.22%。见图3。

图3 与Yaksh的数据对比Figure 3 Comparison of the present sudy and data from Yaksh (1999)

2.4 C57BL/6J小鼠的脊椎与脊髓对应关系T10以上脊髓与脊椎平行对应，T10以下脊髓明显短于脊椎。脊髓的起始点，即C1，与第1颈椎相对应。脊髓末端，即S4，对应于第4及第5腰椎。颈膨大，即C4/C5-T1，对应于第5颈椎到第1胸椎。腰膨大，即L1-L5，对应于第13胸椎到第3腰椎。脊髓终止的部位与第5腰椎相对应。

3 讨 论

C57BL/6J小鼠的颅骨和骶骨尾端之间共有25到30个椎体。一般来说，C57BL/6J小鼠有7个颈椎、13个胸椎、6个腰椎、4个骶椎和28个尾椎[12,19]。本研究结果与既往实验结果一致。Green等[19]观察到小鼠胸椎和腰椎的数量在不同品系间与同一品系内都有显著的差异。在Bagg白化小鼠中，Yaksh[18]观察到13～14个胸椎和5～6个腰椎。几乎所有大鼠都有6个腰椎，但Rigaud等[20]观察到不同品系小鼠之间存在显著差异——DBA/2J中有5个椎体，C57BL/6J中有6个椎体，B6129PF2/J小鼠的差异则更大。

除去尾椎，不同节段在小鼠脊柱总长度的占比约为颈椎14%，胸椎35%，腰椎32%，骶椎19%[18]。相比之下，本研究显示C57BL/6J小鼠颈椎长度缩短了0.72%，胸椎长度延长了1.53%，腰椎长度缩短了1.0%，骶椎长度延长了0.22%。一般来说，小鼠的颈椎和腰椎活动度较高，但在本研究中发现C57BL/6J小鼠的颈椎和腰椎活动度均缩短，这表明小鼠的活动度降低。我们推测，这可能是由于近年来实验鼠繁殖环境、饮食条件的改善，小鼠获取食物更加方便，且采用单独的笼式饲养，使小鼠活动范围缩小，导致运动量减少。同时，在本实验中，小鼠的脊椎总长度略有增加，说明小鼠呈现出长大的趋势，充足的饮食条件和良好的饲养环境提供了较好的生长环境。由于脊髓整体比椎体短，只有大部分头端脊髓节段与相应椎体相对应，且这种差异在头端中有增加趋势。从出生到成熟，这种差异也在增加。Sakla[21]研究了大鼠从出生后第1天到第120天脊髓和脊椎的生长情况，他观察到脊椎比脊髓长得快，第1天脊髓止于相应的第5骶椎，第120天脊髓下行至第5腰椎。文献报道成年大鼠的脊椎比脊髓生长快，因此脊椎和脊髓并非一一对应，且脊髓有两处膨大，即颈、腰(腰骶部)膨大，膨大与相应肢体的神经相连接[21]。颈膨大从C5延伸到T1，腰膨大从L2延伸到L6。

然而，啮齿类动物脊髓损伤模型的病理改变接近与人类脊髓损伤的临床特征，主要表现为损伤部位弥漫性出血、坏死和水肿，若损伤时间较长，导致脊髓萎缩[22]。可见，明确啮齿类动物脊柱以及脊髓的定位关系将是一个重点。近年来，小鼠广泛应用于外周神经病变模型的制备，以促进神经病理性痛的研究[23]。因此，在小鼠脊髓损伤模型的制备过程中，缺乏准确的脊髓解剖定位可能会一定程度限制影响实验研究，进而影响试验后小鼠功能恢复或治疗干预的疗效评价。本研究对C57BL/6J小鼠脊椎和脊髓的解剖位置进行了研究，准确测量了每个节段相应的长度和比例，以及棘突的明显标志物，颈膨大和腰骶膨大的部位，明确了小鼠脊髓与脊椎的对应关系，便于准确找到脊髓损伤模型制备与鞘内注射的位置，为开展脊髓损伤及脊髓背角注射病毒小鼠模型的相关实验提供了重要的解剖基础，进一步为脊髓相关疾病患者及临床定位诊断奠定科研基础。

虽然哺乳动物脊髓的大体结构相似，但在神经连接和神经组织上仍存在一些差异，这使得研究小鼠脊髓十分必要。动物实验模型与临床的病理环境尚有不同，即使同一种模型不同品系的动物所产生的脊髓损伤的效应也不尽相同，然而不同的研究团队因具体的实验需要，选用小鼠的品系和月龄并不一致。因此，在后续的实验中，我们将进一步研究不同种类的大鼠和其他小鼠的脊椎和脊髓的变化及其相互对应关系。此外，我们还将进一步研究C57BL/6J小鼠背根神经的详细数据。