本文属于类型a，即单项原创研究的学术报告。

本研究由Marcel Rigaud、Geza Gemesc、Marie-Elizabeth Barabas、Donna I. Chernoff、Stephen E. Abrama、Cheryl L. Stucky和Quinn H. Hogan等人完成，主要作者来自Medical College of Wisconsin的麻醉学系、细胞生物学/神经生物学/解剖学系，以及奥地利Graz医科大学麻醉与重症监护医学系。该研究于2008年5月发表在期刊 Pain 上，卷号为136，期号为1-2，页码188-201。

学术背景

本研究属于神经病理性疼痛研究领域中的解剖学基础研究。在慢性疼痛机制研究中，大鼠模型长期被广泛使用，尤其是坐骨神经（sciatic nerve）相关的脊髓神经结扎（spinal nerve ligation, SNL）模型。随着转基因小鼠技术的发展，研究者开始将大鼠疼痛模型直接转移到小鼠中，但此前并未系统验证小鼠与大鼠坐骨神经的解剖结构是否真正一致。在大鼠中，坐骨神经主要由第四腰神经（L4）和第五腰神经（L5）构成，这是许多疼痛研究中获取背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）或进行SNL手术的依据。然而，小鼠腰椎椎体数目存在种系内和种系间变异，这可能导致骨性标志与神经节段对应关系发生改变。因此，本研究旨在明确小鼠坐骨神经的基本解剖构成，以及腰椎骨性分节对坐骨神经来源节段的影响，为小鼠疼痛模型的正确应用提供解剖学依据。

研究流程

本研究包含多个相互关联的实验程序。

第一项程序是大体解剖观察。研究者使用了三种小鼠品系：C57BL/6J（简称C57，共66只）、DBA/2J（简称DBA，共30只）和杂交品系B6129PF2/J（简称F2，共20只），以及三种大鼠品系：Sprague–Dawley（简称SD，45只）、Wistar（10只）和Brown Norway（简称BN，9只）。动物处死后，解剖暴露腰骶丛神经直至椎间孔，在20倍放大镜下确认坐骨神经的各组成节段。同时统计肋骨数目、标记最尾侧肋骨和最头侧无肋骨椎体为第一腰椎（L1），并进一步暴露椎骨和骨盆以判断腰骶融合情况。通过解剖直接观察神经连接模式，记录各节段间是否存在连接分支。

第二项程序是量化各节段对坐骨神经的贡献比例。研究者对解剖标本进行拍照，在盲法条件下测量各组成神经的宽度，测量重复三次。为了将神经宽度转换为横截面积，研究者对5只代表性动物的标本进行固定、包埋和冷冻切片，显微镜下测量神经横截面积，建立了宽度与面积之间的指数拟合关系（y = 6442e^0.0047x，r² = 0.91），从而可以根据照片中的宽度估算出神经截面积，用于比较不同节段的相对贡献。

第三项程序是逆行示踪实验，用于确定投射至后爪足底皮肤和坐骨神经的大鼠/小鼠DRG感觉神经元节段分布。研究者使用True Blue染料，在小鼠后爪足底中心皮下注射15微升1%溶液，或在股中部坐骨神经进行神经外膜下注射2微升。注射后5至8天取材L1至L6同侧DRG及一个对侧DRG对照，经过固定、蔗糖平衡和35微米切片后，在紫外荧光下观察并计数True Blue阳性神经元。阳性判定阈值以对侧DRG最亮像素值的两倍为标准。DBA和C57小鼠各5只用于足底注射，各5只用于坐骨神经注射。

第四项程序是行为学验证。研究者对C57小鼠和SD大鼠进行选择性脊神经结扎，测试不同节段结扎后的运动和感觉功能改变。小鼠行L4结扎（n=11）和假手术（n=5），大鼠行L5结扎（n=10）和假手术（n=10）。还进行了小鼠L3结扎（n=13）和大鼠L4结扎（n=9）。术后观察足部姿势（如足内收呈杯状）和屈肌无力表现。感觉测试采用针刺足底法，记录单纯缩足反射或复杂痛觉过敏行为（持续抬足、舔足、抖足、跺足），比较同侧与对侧反应频率，并辅以von Frey纤维测试机械异常性疼痛（allodynia）。

第五项程序是骨性标志距离测量。在C57小鼠（n=11）和F2小鼠（n=20）的骨架标本上，从背侧测量髂嵴（iliac crest, IC）上缘到横突（transverse process, TP）上缘和上关节突（superior articular process, SAP）上缘的距离，以寻找在腰椎数目不确定时仍能可靠定位L5的骨性标志。

数据分析采用重复测量ANOVA，其中节段水平为组内因素，品系或椎体数目为分类因素；组间比较采用单因素ANOVA和Bonferroni事后检验；感觉行为数据用双侧和时间两个组内因素的重复测量ANOVA分析；骨性分节和运动行为特征用Pearson’s χ²检验。显著性水平设为p<0.05。

主要结果

大体解剖结果显示，所有小鼠品系的坐骨神经均由L3和L4脊神经为主构成，L5仅提供较小直径的贡献，L6不参与。L3和L4神经在所有152个观察侧均完全融合。L2与L3之间存在品系依赖性的连接，C57小鼠100%存在连接，F2小鼠为90%，DBA小鼠仅49%。在大鼠中，所有品系的坐骨神经均以L4和L5为主，L6贡献可变，L3连接小且品系依赖性。

量化分析进一步支持了上述观察。在小鼠中，节段水平对神经面积有显著影响（p<0.0001），品系与节段水平之间存在显著交互作用（p<0.0001）：DBA和F2小鼠L3与L4贡献相对均衡，而C57小鼠L4贡献大于L3。在所有品系中，L5贡献均小于L3和L4。在大鼠中，L4和L5为主要贡献节段，Wistar大鼠L4与L5贡献均等，而SD和BN大鼠L5贡献大于L4。

腰椎骨性分节分析显示，小鼠品系间存在显著差异（p<0.001）。C57小鼠86%具有6/6对称腰椎模式，DBA小鼠97%为5/5模式，F2小鼠60%为6/6、30%为5/5。另有少数个体出现5/6或6/5不对称融合。将所有5/5个体与6/6个体比较发现，椎体数目与神经节段贡献之间存在显著交互作用（p<0.0001），6/6小鼠的L4贡献相对增加，而5/5小鼠L3贡献相对增加，即腰椎数目增加伴随神经来源节段向尾侧偏移。然而，大鼠三种品系均为6/6腰椎模式，但品系间神经贡献仍存在显著差异（p<0.001），表明骨性分节并非决定神经构成的唯一因素。

逆行示踪结果显示，无论注射部位是坐骨神经还是足底皮肤，DBA和C57小鼠中的True Blue阳性神经元均主要集中在L3和L4 DRG，L5 DRG阳性神经元较少。足底注射后，品系与节段之间的交互作用显著（p<0.001），DBA小鼠L3阳性神经元比例高于C57小鼠，而更尾侧节段的阳性神经元数目相对减少，这与DBA小鼠均为5/5腰椎模式一致。

行为学结果表明，小鼠L4结扎后出现同侧机械痛觉过敏（p<0.001，n=11），假手术组无此现象。von Frey测试也证实L4结扎后同侧缩足阈值显著降低（0.03±0.03 g vs. 0.13±0.12 g，p<0.001）。大鼠L5结扎同样产生痛觉过敏（p<0.001，n=10）。小鼠L3结扎后69%出现选择性屈肌无力，而L4结扎后仅8%出现（p<0.01）；大鼠L4结扎后100%出现屈肌无力，而L5结扎后0%出现（p<0.001）。相反，小鼠L4结扎后83%出现足部杯状姿势，而L3结扎后仅8%（p<0.001）；大鼠L5结扎后80%出现杯状足，而L4结扎后0%（p<0.001）。这些功能学证据与解剖学发现一致，证明小鼠L3和L4神经节段与大鼠L4和L5神经节段在解剖和功能上具有同源性。

骨性标志测量发现，在六腰椎小鼠的L6横突与五腰椎小鼠的L5横突之间，IC-TP距离虽有显著差异但存在重叠，无法用于可靠区分。而在IC-SAP距离上，六腰椎小鼠L6 SAP与五腰椎小鼠L5 SAP之间无重叠，所有五腰椎小鼠的L5 SAP均位于髂嵴上方1 mm以上，因此髂嵴上方第一个超过1 mm的上关节突可被可靠鉴定为L5，无论腰椎数目如何。

结论与意义

本研究首次系统证实了小鼠坐骨神经主要由L3和L4脊神经构成，L5仅提供少量贡献，这与大鼠坐骨神经由L4和L5构成存在本质差异。因此，在小鼠中进行远端后肢炎症、肿瘤或坐骨神经损伤研究时，病理变化应在L3和L4 DRG中寻找，而非传统上沿用的L4和L5。小鼠SNL模型应结扎L4脊神经，同时保持L3完整，以模拟大鼠L5结扎的病理状态。此外，本研究揭示了小鼠腰椎骨性分节的品系间变异，以及该变异对神经来源节段的影响，提示在手术和取材中必须谨慎定位。研究还指出，即使在骨性分节一致的情况下，不同品系间神经节段贡献仍存在差异，这可能是不同品系小鼠或大鼠在SNL后表现出不同程度神经病理性疼痛行为的原因之一。因此，在未来的后肢疼痛模型研究中，对解剖底物的正确评估对于结果解释至关重要。

研究亮点

本研究的创新之处在于首次将小鼠和大鼠的坐骨神经节段组成进行了系统对比，并通过大体解剖、截面定量、逆行示踪和行为学验证四种独立方法交叉印证了结论。研究还关注了腰椎骨性分节变异这一常被忽视的解剖学问题，并提供了实用的骨性标志定位方法。发现小鼠品系间以及大鼠品系间均存在神经节段贡献比例的遗传性差异，为解释不同品系在神经病理性疼痛模型中的行为差异提供了解剖学基础。该研究对疼痛研究领域具有重要的方法学指导价值，提醒研究者不能简单将大鼠的解剖学知识直接套用于小鼠。