腰間盤HIZ與TNF—α表達(dá)的相關(guān)性研究及其在椎間盤內(nèi)破裂癥中的診斷價值

李松軍等

【摘要】 目的：觀察腰間盤信號改變與間盤組織TNF-α表達(dá)的關(guān)系，分析研究HIZ在椎間盤內(nèi)破裂癥中的診斷價值。方法：38例經(jīng)椎間盤造影診斷為IDD的患者，行腰椎MRI檢查和Pfirrmann分級及VAS評分，根據(jù)VAS評分結(jié)果分為輕度疼痛A組、中度疼痛B組及重度疼痛C組；根據(jù)Pfirrmann分級標(biāo)準(zhǔn)將Ⅲ級歸入輕度退變D組，Ⅳ級為中重度退變F組。取手術(shù)切除的HIZ及非HIZ間盤組織行TNF-α免疫組化染色觀察和TNF-α含量檢測，同時以5例脊柱骨折患者手術(shù)時取出的間盤組織作為對照。結(jié)果：（1）間盤信號與年齡間的直線相關(guān)系數(shù)R值0.6111，信號與年齡呈負(fù)相關(guān)；信號與間盤內(nèi)TNF-α表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)，R值為-0.8710。（2）隨著疼痛癥狀加重，間盤信號逐漸減弱，A、B、C組間盤信號改變與對照組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。（3）間盤退變程度與間盤信號改變及TNF-α表達(dá)量相關(guān)，D組、F組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。（4）IDD患者HIZ間盤組織局部炎性反應(yīng)明顯，TNF-α免疫組化染色陽性；HIZ組TNF-α表達(dá)量明顯強于非HIZ組和對照組（P<0.05）。結(jié)論：（1）間盤信號與年齡、TNF-α表達(dá)量及VAS評分負(fù)相關(guān)。（2）IDD患者HIZ中TNF-α陽性表達(dá)明顯，表明HIZ可作為IDD診斷的一個特異性影像改變。

【關(guān)鍵詞】 椎間盤內(nèi)破裂癥； 高信號區(qū)； 磁共振成像； 腫瘤壞死因子-α； 免疫組化

椎間盤內(nèi)破裂癥（internal disc disruption， IDD）是以腰間盤內(nèi)在結(jié)構(gòu)完整性受到破壞為病理基礎(chǔ)的腰痛綜合征。近年來，IDD逐漸被人們所認(rèn)識和重視[1]。T2WI纖維環(huán)后部高信號區(qū)（high-intensity zone， HIZ）已被用來診斷疼痛間盤，但間盤局部腫瘤壞死因子-α（tumour necrosisfactor， TNF-α）的表達(dá)是否與IDD間盤HIZ發(fā)生演變相關(guān)，鮮見相關(guān)報道[2-3]。為此，筆者對IDD患者手術(shù)切除的HIZ間盤組織進(jìn)行了TNF-α免疫組化觀察和TNF-α表達(dá)量檢測，以進(jìn)一步明確HIZ、TNF-α的相關(guān)性和HIZ在診斷IDD的臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 符合標(biāo)準(zhǔn)的IDD患者共38例，其中男21例，女17例；年齡29～64歲，平均48.5歲。病程14周～13年，平均6.23年。所有入選病例均行腰椎MRI檢查，由兩個非實驗組高年資醫(yī)師對腰椎MRI影像按照Pfirrmann分級標(biāo)準(zhǔn)分析判定間盤退變影像級別。

1.2 IDD診斷標(biāo)準(zhǔn) IDD診斷標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）腰、臀部及大腿疼痛，不伴有明顯的神經(jīng)根壓迫癥狀；（2）癥狀反復(fù)遷延不愈；（3）內(nèi)科保守治療3個月無療效；（4）影像學(xué)檢查無明顯神經(jīng)根受壓；（5）MRI表現(xiàn)單節(jié)段后部出現(xiàn)高信號區(qū)。（6）間盤造影疼痛誘發(fā)試驗陽性。

1.3 IDD病例排除標(biāo)準(zhǔn) 除外脊柱創(chuàng)傷性骨折、病理性骨折、化膿性脊柱炎、脊柱結(jié)核、腰椎間盤突出癥，腰椎管狹窄癥及椎間盤炎及其他免疫性脊柱關(guān)節(jié)病如強直性脊柱炎、反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎等疾病。

1.4 VAS評分分組 根據(jù)美國NIH制定的臨床疼痛的測定視覺模擬標(biāo)尺法（VAS）對腰痛進(jìn)行評分，38例IDD腰痛患者根據(jù)VAS評分結(jié)果分為三組：11例VAS評分為1～3分者歸入輕度疼痛A組，10例4～6分為中度疼痛B組，17例7～10分者為重度疼痛C組。

1.5 腰椎MRI檢查 西門子1.5T磁共振成像儀行腰椎MRI檢查。HIZ的評定標(biāo)準(zhǔn)：T2WI高信號局限于后側(cè)纖維環(huán)內(nèi)部，且比髓核的信號略高[4]。

1.6 間盤信號強度測量及分組 利用磁共振內(nèi)置的測量軟件，測量T2WI正中矢狀面圖像間盤的信號強度，測量3次，取其平均值。按照Pfirrmann分級標(biāo)準(zhǔn)分組，設(shè)定Pfirrmann Ⅲ級為D組，Ⅳ級設(shè)為F組。

1.7 間盤組織TNF-α免疫組化染色觀察和表達(dá)量檢測 選擇纖維環(huán)后方出現(xiàn)HIZ且內(nèi)科治療無效的IDD病例行腰椎前路椎間融合術(shù)，術(shù)中收集HIZ和非HIZ的間盤組織。將標(biāo)本研磨成勻漿，加5 mL 0.1 mol pH7.4磷酸鹽緩沖液，3000 r/min

離心3 min，采用雙抗體夾心ABC-ELISA法檢測上清液TNF-α含量（試劑盒購自北京中杉金橋）。同時將標(biāo)本經(jīng)10%甲醛固定，常規(guī)石蠟包埋切片，HE染色后光鏡下觀察形態(tài)學(xué)特點。TNF-α免疫組化SP法步驟簡述如下：切片脫蠟至水、熱抗原修復(fù)，PBS洗3次，5 min/次，滴加1%BSA封閉非特異性抗原位點，室溫20 min，滴加鼠抗TNF-α抗體（北京中杉金橋），室溫孵育1 h，PBS洗3次，5 min/次，滴加生物素標(biāo)記的羊抗鼠IgG（1：200，北京中杉金橋），室溫靜置孵育30 min；PBS洗3次。5 min/次，DAB顯色，蘇木精復(fù)染，鏡檢，以細(xì)胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)棕黃色信號為陽性。

1.8 統(tǒng)計學(xué)處理 使用SPSS 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果以（x±s）表示。椎間盤信號改變與年齡、VSA評分及TNF-α表達(dá)量、HIZ TNF-α表達(dá)量與腰椎間盤退變程度之間的相關(guān)性采用直線相關(guān)分析；對不同組別TNF-α表達(dá)量及間盤信號改變采用t檢驗。以P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 間盤信號改變與患者年齡、性別、VAS評分及TNF-α表達(dá)量之間的相關(guān)性 IDD患者典型MRI HIZ信號參見圖1。統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明，間盤信號改變與性別無明顯相關(guān)性（P>0.05），但間盤T2WI信號與IDD患者年齡間存在直線回歸關(guān)系，R值為-0.6111，P<0.05，說明信號與年齡之間線性依存程度高，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明隨著年齡的增長，信號逐漸降低。進(jìn)一步分析表明，T2WI間盤信號與TNF-α表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)（R=0.8710，P<0.001）；當(dāng)腰痛加重即VAS評分增高時，間盤信號明顯減弱，表明間盤信號與VAS評分負(fù)相關(guān)（R=-0.9135，P<0.001），見表1。

2.2 不同疼痛組間間盤信號和TNF-α表達(dá)量的關(guān)系 隨著疼痛癥狀加重，間盤信號逐漸減弱。統(tǒng)計結(jié)果表明正常組與A組、B組和C組間盤信號比較，信號強度逐漸降低，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），提示患者隨著腰痛癥狀逐漸加重及VAS評分增加，間盤信號逐漸降低，也意味著腰痛癥狀的嚴(yán)重程度與椎間盤信號降低程度相關(guān)，見表2。另外，隨著間盤內(nèi)信號的改變，局部TNF-α表達(dá)也出現(xiàn)相應(yīng)的變化，其表達(dá)量與間盤退變程度正相關(guān)。統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明D組、F組及對照組間比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。提示隨著間盤內(nèi)信號降低其TNF-α表達(dá)量明顯增高，見表3。

*與對照組比較，P<0.05；△與C組比較，P<0.05；#與B組比較，P<0.05

2.3 HIZ組和非HIZ組間盤組織TNF-α表達(dá)量分析 從表4可以看出，HIZ組TNF-α表達(dá)量及間盤信號改變較非HIZ組和對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；病理學(xué)觀察示HIZ局部炎性反應(yīng)明顯，免疫組化結(jié)果顯示TNF-α染色陽性，而對照組和非HIZ組TNF-α免疫染色弱陽性，HIZ組TNF-α表達(dá)程度明顯強于非HIZ組和對照組（P<0.05），見表4。說明椎間盤破裂后，血管、肉芽組織和軟骨樣細(xì)胞爬行滲透增生明顯，見圖2。

*與對照組比較，P<0.05；△與F組比較，P<0.05

*與對照組比較，P<0.05；△與非HIZ組比較，P<0.05

注：A：典型HIZ區(qū)組織學(xué)改變HE×200；B：非HIZ區(qū)間盤組織TNF-α免疫組化染色呈弱陽性SP×200；C：對照組間盤TNF-α免疫組化染色弱陽性SP×200；D：HIZ區(qū)TNF-α免疫組化染色強陽性SP×200

3 討論

研究證實突出的椎間盤和退變椎間盤中有大量的炎性因子TNF-α，IL-1、IL-6、磷脂酶A2表達(dá)，炎性因子釋放是腰痛產(chǎn)生的重要原因。IDD作為一種椎間盤源性疾患，近年來逐漸被人們所認(rèn)識和重視，但I(xiàn)DD腰痛的病理機制一直不是十分明確。研究認(rèn)為退變的人間盤組織可自動分泌大量的促炎癥反應(yīng)介質(zhì)。因此，炎癥介質(zhì)表達(dá)增加與IDD的發(fā)病密切相關(guān)[5]。Burke等[6]研究發(fā)現(xiàn)椎間盤源性腰痛的病理基礎(chǔ)是在病變間盤內(nèi)積累了大量的炎癥介質(zhì)，這些炎性介質(zhì)作用于竇椎神經(jīng)末端的傷害感受器而引起腰痛。也有研究認(rèn)為產(chǎn)生疼痛的退變椎間盤終板內(nèi)、髓核、纖維環(huán)內(nèi)比單純退變椎間盤有更多的傷害感受器末梢[7]。本文研究結(jié)果顯示，IDD患者間盤組織TNF-α表達(dá)量明顯高于對照組，而且其增高的程度與患者根性疼痛的程度即VAS評分明顯相關(guān)（R=0.8453）。因此筆者認(rèn)為，椎間盤組織中TNF-α介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在IDD疼痛的發(fā)生中起重要作用，進(jìn)一步證實了IDD腰間盤組織的炎癥反應(yīng)在疼痛機制中的作用。有研究表明，椎間盤破裂的程度和由椎間盤造影術(shù)所激惹再現(xiàn)的疼痛之間存在極好的相關(guān)性[8]。趙鳳東等[9]發(fā)現(xiàn)終板Modic退變分級與椎間盤退變pear分級密切相關(guān)，并與椎間盤造影疼痛誘發(fā)試驗有關(guān)聯(lián)性。本文研究表明Pfirrmann Ⅲ級D組、F組及對照組間比較差異有顯著性并與TNF-α表達(dá)量存在線性關(guān)系（P<0.05），說明纖維環(huán)內(nèi)破裂的程度越嚴(yán)重其后緣HIZ TNF-α表達(dá)量明顯增高。隨著年齡的增長，椎間盤正常老化也可能出現(xiàn)低信號。本試驗的病例也證實椎間盤信號的降低與年齡是呈負(fù)相關(guān)的，R值為-0.6111，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），提示信號改變與年齡之間線性依存程度高，存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系。

IDD是一個癥狀性診斷，臨床確診較困難。椎間盤造影是診斷IDD的基礎(chǔ)，但其創(chuàng)傷大和感染危險高，因此椎間盤造影在臨床上的應(yīng)用受到一定的限制。MRI T2WI正中矢狀面椎體后緣HIZ代表了椎間盤纖維環(huán)的破裂[10]。本實驗研究中組織學(xué)觀察顯示，HIZ間盤組織表現(xiàn)為血管化肉芽組織，說明椎間盤破裂后，血管、肉芽組織和軟骨樣細(xì)胞爬行滲透增生表現(xiàn)出局部炎性反應(yīng)，這也是T2WI出現(xiàn)HIZ的病理實質(zhì)。國內(nèi)外學(xué)者據(jù)此進(jìn)行診斷并開展相關(guān)研究，進(jìn)一步證實了HIZ在臨床診斷中的應(yīng)用價值[11-13]。Horton等[14]研究表明單節(jié)段間盤信號減低及后纖維環(huán)HIZ可以說明該間盤為致痛間盤不必行椎間盤造影。研究證實后緣HIZ與椎間盤源性腰痛存在顯著的相關(guān)性[15]。本研究HIZ組、非HIZ組和對照組組間間盤信號比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義意義（P<0.05）。說明HIZ可能是一個有價值的疼痛破裂椎間盤的標(biāo)志，也就說明HIZ可能是IDD重要影像學(xué)標(biāo)志。因此，HIZ可作為IDD的診斷征像，可作為IDD診斷篩選方法。

參考文獻(xiàn)

[1] Malik K M， Cohen S P， Walega D R， et al. Diagnostic criteria and treatment of discogenic pain： a systematic review of recent clinical literature[J]. Spine J， 2013， 13（11）：1675-1689.

[2] Chen Z Y， Ma L， Li T. Imaging of low back pain： comparative role of high intensity zone in diagnosing the discogenic low back pain with evidence-based radiology[J].Chin Med J （Engl）， 2009， 122（24）：3062-3065.

[3] Wang Z X， Hu Y G. High-intensity zone （HIZ） of lumbar intervertebral disc on T2-weighted magnetic resonance images： spatial distribution， and correlation of distribution with low back pain （LBP）[J]. Eur Spine J， 2012， 21（7）：1311-1315.

[4] Aprill C， Bogduk N. High-intensity zone： a diagnostic sign of painful lumbar disc on magnetic resonance imaging[J]. Br J Radiol， 1992， 65（773）：361-369.

[5] Muzin S， Isaac Z， Walker J. The role of intradiscal steroids in the treatment of discogenic low back pain[J]. Curr Rev Musculoskelet Med， 2008， 1（2）：103-107.

[6] Burke J G， Watson R W G， Mccormack D， et al. Human nucleus pulposis can respond to a proinflammatory stimulus[J]. Spine， 2003， 28（24）：2685-2693.

[7] Freemont A J， Watkins A， Le Maitre C， et al. Nerve growth factor expression and innervation of the painful intervertebral disc[J]. J Pathol， 2002， 197（3）：286-292.

[8]彭寶淦，孫金烈，王曉寧，等.腰椎間盤造影一致性疼痛反應(yīng)和纖維環(huán)破裂程度的相關(guān)性研究[J].中國矯形外科雜志，2005，3（5）：190-192.

[9]趙鳳東，黃悅，范順武，等.腰椎終板、椎間盤退變及椎間盤造影疼痛激發(fā)試驗的相關(guān)性研究[J].中華骨科雜志，2006，26（4）：30-34.

[10] Peng B， Hou S， Wu W， et al. The pathogenesis and clinical significance of a high-intensity zone（HIZ）of lumbar intervertebral disc on MR imaging in the patient with discogenic low back pain[J]. Eur Spine J， 2006， 5（3）：583-587.

[11] Lim C H，Jee W H， Son B C， et al.Discogenic lumbar pain： association with MR imaging and CT discography[J]. Eur J Radiol， 2005， 54（3）：431-437.

[12] Carragee E J， Hannibal M. Diagnostic evaluation of low back pain[J]. Orthop Clin North Am， 2004， 35（1）：7-16.

[13] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 34（11）：1144-1149.

[14] Horton W C， Daftari T K. Which disc as visualized by magnetic resonance imaging is actually a source of pain-A correlation between magnetic resonance imaging and discography[J]. Spine （Phila Pa 1976）， 1992， 17（6 Suppl）：S164-S171.

[15] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 11（5）：169-173.

（收稿日期：2013-10-30） （本文編輯：黃新珍）

[4] Aprill C， Bogduk N. High-intensity zone： a diagnostic sign of painful lumbar disc on magnetic resonance imaging[J]. Br J Radiol， 1992， 65（773）：361-369.

[5] Muzin S， Isaac Z， Walker J. The role of intradiscal steroids in the treatment of discogenic low back pain[J]. Curr Rev Musculoskelet Med， 2008， 1（2）：103-107.

[6] Burke J G， Watson R W G， Mccormack D， et al. Human nucleus pulposis can respond to a proinflammatory stimulus[J]. Spine， 2003， 28（24）：2685-2693.

[7] Freemont A J， Watkins A， Le Maitre C， et al. Nerve growth factor expression and innervation of the painful intervertebral disc[J]. J Pathol， 2002， 197（3）：286-292.

[8]彭寶淦，孫金烈，王曉寧，等.腰椎間盤造影一致性疼痛反應(yīng)和纖維環(huán)破裂程度的相關(guān)性研究[J].中國矯形外科雜志，2005，3（5）：190-192.

[9]趙鳳東，黃悅，范順武，等.腰椎終板、椎間盤退變及椎間盤造影疼痛激發(fā)試驗的相關(guān)性研究[J].中華骨科雜志，2006，26（4）：30-34.

[10] Peng B， Hou S， Wu W， et al. The pathogenesis and clinical significance of a high-intensity zone（HIZ）of lumbar intervertebral disc on MR imaging in the patient with discogenic low back pain[J]. Eur Spine J， 2006， 5（3）：583-587.

[11] Lim C H，Jee W H， Son B C， et al.Discogenic lumbar pain： association with MR imaging and CT discography[J]. Eur J Radiol， 2005， 54（3）：431-437.

[12] Carragee E J， Hannibal M. Diagnostic evaluation of low back pain[J]. Orthop Clin North Am， 2004， 35（1）：7-16.

[13] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 34（11）：1144-1149.

[14] Horton W C， Daftari T K. Which disc as visualized by magnetic resonance imaging is actually a source of pain-A correlation between magnetic resonance imaging and discography[J]. Spine （Phila Pa 1976）， 1992， 17（6 Suppl）：S164-S171.

[15] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 11（5）：169-173.

（收稿日期：2013-10-30） （本文編輯：黃新珍）

[4] Aprill C， Bogduk N. High-intensity zone： a diagnostic sign of painful lumbar disc on magnetic resonance imaging[J]. Br J Radiol， 1992， 65（773）：361-369.

[5] Muzin S， Isaac Z， Walker J. The role of intradiscal steroids in the treatment of discogenic low back pain[J]. Curr Rev Musculoskelet Med， 2008， 1（2）：103-107.

[6] Burke J G， Watson R W G， Mccormack D， et al. Human nucleus pulposis can respond to a proinflammatory stimulus[J]. Spine， 2003， 28（24）：2685-2693.

[7] Freemont A J， Watkins A， Le Maitre C， et al. Nerve growth factor expression and innervation of the painful intervertebral disc[J]. J Pathol， 2002， 197（3）：286-292.

[8]彭寶淦，孫金烈，王曉寧，等.腰椎間盤造影一致性疼痛反應(yīng)和纖維環(huán)破裂程度的相關(guān)性研究[J].中國矯形外科雜志，2005，3（5）：190-192.

[9]趙鳳東，黃悅，范順武，等.腰椎終板、椎間盤退變及椎間盤造影疼痛激發(fā)試驗的相關(guān)性研究[J].中華骨科雜志，2006，26（4）：30-34.

[10] Peng B， Hou S， Wu W， et al. The pathogenesis and clinical significance of a high-intensity zone（HIZ）of lumbar intervertebral disc on MR imaging in the patient with discogenic low back pain[J]. Eur Spine J， 2006， 5（3）：583-587.

[11] Lim C H，Jee W H， Son B C， et al.Discogenic lumbar pain： association with MR imaging and CT discography[J]. Eur J Radiol， 2005， 54（3）：431-437.

[12] Carragee E J， Hannibal M. Diagnostic evaluation of low back pain[J]. Orthop Clin North Am， 2004， 35（1）：7-16.

[13] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 34（11）：1144-1149.

[14] Horton W C， Daftari T K. Which disc as visualized by magnetic resonance imaging is actually a source of pain-A correlation between magnetic resonance imaging and discography[J]. Spine （Phila Pa 1976）， 1992， 17（6 Suppl）：S164-S171.

[15] Bohm B， Meinig H， Eckardt A， et al. Correlation of degenerative intervertebral disk displacement using MRI with discography findings in patients with back pain[J]. Orthopade， 2005， 11（5）：169-173.

（收稿日期：2013-10-30） （本文編輯：黃新珍）