炎癥在椎間盤(pán)退行性病變中的研究

康玉南　劉華水

【關(guān)鍵詞】 椎間盤(pán)退行性病變；炎癥

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.12.096

椎間盤(pán)退行性病變的過(guò)程包含了一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)， 包括：結(jié)構(gòu)性破壞事件；中樞性椎間盤(pán)內(nèi)的細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)正常下降；隨后產(chǎn)生的細(xì)胞廢棄物的逐漸積累和細(xì)胞外基質(zhì)分子的逐漸降解[1-4]。這些事件使得椎間盤(pán)內(nèi)的微環(huán)境逐漸呈酸性， 從而進(jìn)一步危害到細(xì)胞的生存能力。在退行性椎間盤(pán)病變中， 不同的原因?qū)ν诵行宰甸g盤(pán)病變起到了促進(jìn)作用， 例如終板的鈣化現(xiàn)象可導(dǎo)致正常的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)路線(xiàn)遭到破壞， 過(guò)度的機(jī)械性負(fù)荷、患者遺傳易感性、不健康的生活習(xí)慣、組織衰老和脊椎感染都可以促進(jìn)退行性椎間盤(pán)病變的發(fā)展。假設(shè)不考慮這些原因， 炎癥也可作為椎間盤(pán)退行性病變中無(wú)所不在的參與者， 并且炎癥與腰背痛之間的聯(lián)系是非常清楚的。但是炎癥是否觸發(fā)免疫細(xì)胞產(chǎn)生聚集反應(yīng)至椎間盤(pán)并且免疫細(xì)胞是否與炎癥反應(yīng)相關(guān)， 還未有明確的結(jié)論。

一個(gè)關(guān)于椎間盤(pán)炎癥反應(yīng)的假設(shè)為椎間盤(pán)炎癥其依賴(lài)于外源性因素， 例如結(jié)晶體和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）分解產(chǎn)物， 二者能夠誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)， 并焦磷酸鈣的結(jié)晶沉積物， 具有鎂磷鈣結(jié)石特征的立方體微觀(guān)結(jié)構(gòu)和羥基磷灰石在退行性的椎間盤(pán)標(biāo)本中已經(jīng)被觀(guān)察到[5-9]。在關(guān)節(jié)軟骨中， 結(jié)晶區(qū)域表明膠原蛋白、鈣結(jié)合蛋白、核心蛋白聚糖和大分子蛋白聚糖的含量與數(shù)量發(fā)生改變， 并且發(fā)生不正常的細(xì)胞外基質(zhì)降解。在關(guān)節(jié)和細(xì)胞外周組織表現(xiàn)的結(jié)晶吞噬作用能夠觸發(fā)NOD樣受體家族炎癥復(fù)合體的激活， 這個(gè)細(xì)胞質(zhì)多分子蛋白復(fù)合物可調(diào)節(jié)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）的活性和成熟， 并且可調(diào)節(jié)白介素（IL）-1β的釋放， IL-1β在退行性的椎間盤(pán)中被發(fā)現(xiàn)普遍存在[1， 10]。

在組織功能障礙或損傷中生成的細(xì)胞外基質(zhì)分解產(chǎn)物可以促進(jìn)炎癥反應(yīng)， 這已經(jīng)在不同的模型中得到證明， 椎間盤(pán)大部分由細(xì)胞外基質(zhì)分子組成， 包括膠原蛋白、蛋白聚糖類(lèi)和其他的基質(zhì)蛋白類(lèi)， 其可以被區(qū)域性的激酶類(lèi)持續(xù)性地合成和降解， 來(lái)維持動(dòng)態(tài)平衡[11-14]。然而當(dāng)失衡發(fā)生之后， 降解產(chǎn)物可能觸發(fā)炎癥反應(yīng)。例如在體外研究中發(fā)現(xiàn)纖維蛋白碎片緩解金屬蛋白酶抑制作用， 可以促進(jìn)單核細(xì)胞遷移。這種現(xiàn)象很容易使單核細(xì)胞進(jìn)入炎癥區(qū)域。層粘連蛋白的碎片， Ⅳ型膠原蛋白和纖維蛋白也能夠調(diào)節(jié)在其他系統(tǒng)中的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和增殖。在軟骨移植培養(yǎng)物中， 纖維調(diào)節(jié)素碎片在白介素-1（IL-1）刺激后被生成。在不同的體外研究中， 來(lái)源于彈性蛋白、層粘連蛋白以及Ⅰ型和Ⅳ型膠原蛋白的產(chǎn)物、纖維連接蛋白、巢蛋白、凝血酶敏感蛋白和透明質(zhì)酸的碎片也可以誘導(dǎo)蛋白酶和細(xì)胞因子產(chǎn)生， 而不依賴(lài)于它們的趨化活性[15-18]。似乎碎片釋放開(kāi)始引起和加速局部的炎癥反應(yīng)， 許多這樣的碎片（來(lái)源于雙糖鏈蛋白聚糖、纖維連接蛋白、透明質(zhì)酸）通過(guò)在其他模型系統(tǒng)中的toll樣受體2和/或TLR4發(fā)出信號(hào)， TLR4非常特別， 為模式識(shí)別受體可參與先天性免疫反應(yīng)， 在炎癥性退行性病變中涉及到。在人類(lèi)的椎間盤(pán)細(xì)胞中， 透明質(zhì)酸碎片可導(dǎo)致炎癥性和分解代謝基因IL-1β、白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）、環(huán)加氧酶-2， 基質(zhì)金屬蛋白酶-1和基質(zhì)金屬蛋白酶-13的mRNA表達(dá)水平的增加。然而當(dāng)IL-6產(chǎn)生卻依賴(lài)于TLR2而不依賴(lài)于TLR4。應(yīng)當(dāng)注意的是， 低分子量的分子和高分子量的分子具有不同的作用， 甚至有可能通過(guò)同樣的通路。例如高分子量分子：透明質(zhì)酸糖胺多糖可保護(hù)上皮細(xì)胞來(lái)對(duì)抗激通過(guò)NF-κB激活的凋亡前刺激， 以TLR依賴(lài)性方式。低分子量分子降解產(chǎn)物能夠誘導(dǎo)炎癥， 通過(guò)NF-κB/IκBa復(fù)合物的激活， 促進(jìn)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的IL-1β和腫瘤壞死因子α的生成。由于它們的雙重角色并且因?yàn)樵S多蛋白酶和許多種碎片可同時(shí)釋放， 因此很難評(píng)估ECM蛋白在免疫系統(tǒng)內(nèi)的全面作用。這種困難被體內(nèi)數(shù)據(jù)的缺損而惡化， 由于來(lái)檢測(cè)碎片和免疫細(xì)胞的技術(shù)的局限性， 因?yàn)檫@些碎片很多都是低濃度和短暫性的[2]。

許多研究表明椎間盤(pán)退行性病變可以?xún)?nèi)源性生成， 包括炎癥樣蛋白[1， 6]。尤其特別的是， 在體外研究中已經(jīng)證明椎間盤(pán)細(xì)胞能夠吞噬顆粒和細(xì)胞凋亡小體。依次來(lái)說(shuō)人類(lèi)外科手術(shù)中的非突出性髓核樣本表現(xiàn)出大量的固有性CD68+細(xì)胞[9， 13]。進(jìn)一步而言， 最近的一項(xiàng)關(guān)于人類(lèi)髓核細(xì)胞的細(xì)胞因子或趨化因子表達(dá)譜分析已經(jīng)具有清晰的證據(jù)， 即髓核細(xì)胞或至少髓核細(xì)胞之中的某些細(xì)胞為特異性炎癥相關(guān)性分子的生產(chǎn)者， 甚至在最基本的條件下（非退變性髓核）。而且浸潤(rùn)的白細(xì)胞：CD11b-陽(yáng)性細(xì)胞在脫出的椎間盤(pán)中被發(fā)現(xiàn)。在脫出的椎間盤(pán)中， 髓核細(xì)胞被推測(cè)具有完整性且從許多的免疫細(xì)胞的血管源頭中獨(dú)立分離。這些細(xì)胞是否能夠?yàn)轳v留型巨噬細(xì)胞或巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞， 這個(gè)問(wèn)題還仍然存在。同時(shí)多向性細(xì)胞因子和炎癥趨化因子具有三種作用方式：①刺激其他炎性介質(zhì)的生成和基質(zhì)金屬蛋白酶的生成。②加強(qiáng)基質(zhì)退化。③招募炎癥性細(xì)胞并激活吞噬作用。總的來(lái)說(shuō)這些作用會(huì)促進(jìn)椎間盤(pán)退行性病變的疾病進(jìn)程發(fā)展。應(yīng)當(dāng)注意的是， 過(guò)分的機(jī)械負(fù)荷已經(jīng)證明通過(guò)蛋白酶的激活可以改變細(xì)胞外基質(zhì)的性質(zhì)并且促進(jìn)炎癥的發(fā)展， 促成椎間盤(pán)退行性病變。除了體外研究之外， 牛尾側(cè)椎間盤(pán)的器官培養(yǎng)已經(jīng)證明壓力可以誘導(dǎo)凋亡、產(chǎn)生炎癥介質(zhì)和改變基質(zhì)的完整性導(dǎo)致疾病的進(jìn)展。在比較嚴(yán)重的變形階段， 本來(lái)含有的很明顯的封閉性髓核細(xì)胞， 具有免疫赦免性， 開(kāi)始暴露于免疫細(xì)胞， 開(kāi)始對(duì)炎癥刺激產(chǎn)生反應(yīng)?？梢云鹪从谛碌男纬傻难埽?侵入病理性裂縫， 并且在纖維環(huán)中發(fā)現(xiàn)裂縫， 伴隨著血管形成的容易受到傷害的神經(jīng)纖維內(nèi)向生長(zhǎng)也被認(rèn)為是椎間盤(pán)疼痛的起源， 可加速地促進(jìn)腰痛的產(chǎn)生。

實(shí)際上， 雖然對(duì)于局灶性損傷和炎癥有可能形成的地點(diǎn)為椎體的終板末端和纖維環(huán)， 因?yàn)檫@是椎間盤(pán)中唯一可以形成血管的位點(diǎn)。髓核細(xì)胞能夠吸引白細(xì)胞并且增加血管通透性， 當(dāng)皮下植入物時(shí)。在脫出的椎間盤(pán)中的某些細(xì)胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)可能會(huì)增加， 因?yàn)楫?dāng)暴露時(shí)被免疫細(xì)胞認(rèn)為是非自身者。這可能與自發(fā)性消退或脫出的椎間盤(pán)碎皮消失現(xiàn)象有關(guān)， 其可歸因于通過(guò)招募/浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的基質(zhì)降解和吞噬作用。在跨韌帶擠壓的病例中， 當(dāng)髓核細(xì)胞可能更多地暴露于免疫細(xì)胞時(shí)， 復(fù)原可能發(fā)生。進(jìn)一步說(shuō)， 皮下移植的髓核細(xì)胞的生存率在具有免疫障礙性的NOD小鼠中會(huì)很高， 并且小鼠的巨噬細(xì)胞和自然殺傷（NK）細(xì)胞可溶解自體性髓核細(xì)胞， 在體外研究中， 表明免疫細(xì)胞群體對(duì)髓核細(xì)胞組織具有反應(yīng)[3]。

總之， 炎癥在椎間盤(pán)退行性病變中起著非常重要的作用， 需要進(jìn)行持續(xù)的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡緒江， 邵增務(wù). 外源性腫瘤壞死因子-α對(duì)腰椎間盤(pán)退變影響的實(shí)驗(yàn)研究. 中國(guó)脊柱脊髓雜志， 2006， 16（7）：541-544.

[2] 董振輝， 王德春. 白介素6對(duì)人髓核細(xì)胞凋亡的影響. 中國(guó)矯形外科雜志， 2010， 18（23）：1976-1980.

[3] 李志浩， 朱立新， 許勇， 等. 人退變腰椎間盤(pán)中HIF-1α和COX-2的表達(dá)相關(guān)性及其意義. 頸腰痛雜志， 2010， 31（1）：12-15.

[4] 張益民， 李漢秀， 辛杰， 等. 炎癥因素在腰椎間盤(pán)退行性病變中的作用. 中國(guó)組織工程研究， 2004， 8（29）：6474-6475.

[5] 孫中儀， 田紀(jì)偉. 炎性因子與椎間盤(pán)退變的研究進(jìn)展. 中華醫(yī)學(xué)雜志， 2013， 93（41）：3322-3324.

[6] 李威. IL-10和TGF-β對(duì)犬椎間盤(pán)退變炎性反應(yīng)影響的機(jī)制研究. 第二軍醫(yī)大學(xué)， 2015.

[7] 林秋水. 白細(xì)胞介素-17在椎間盤(pán)退變發(fā)病機(jī)制中的作用研究. 第二軍醫(yī)大學(xué)， 2011.

[8] 徐偉明， 陳阿梅. 椎間盤(pán)退行性變相關(guān)細(xì)胞因子作用及其干細(xì)胞治療的研究進(jìn)展. 感染、炎癥、修復(fù)， 2012， 13（1）：59-61.

[9] 李威， 唐勇， 季偉， 等. 細(xì)胞因子參與抑制犬椎間盤(pán)退變細(xì)胞內(nèi)炎癥因子水平的體外實(shí)驗(yàn)研究. 北京醫(yī)學(xué)， 2015（2）：127-130.

[10] 姜杰， 施杞， 唐勇. IL-1與椎間盤(pán)退行性病變關(guān)系的研究進(jìn)展. 中醫(yī)正骨， 2000， 12（6）：51-53.

[11] 何驍， 李貴濤， 鄧?yán)蚶颍?等. 骨髓基質(zhì)細(xì)胞在椎間盤(pán)退行性疾病治療中的研究進(jìn)展. 中南醫(yī)學(xué)科學(xué)雜志， 2008， 36（6）：810-812.

[12] 李小川， 阮狄克. MicroRNAs在退變椎間盤(pán)中表達(dá)與調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展. 中國(guó)脊柱脊髓雜志， 2015， 25（10）：942-945.

[13] 武曉飛， 馬迅， 馮皓宇， 等. 炎癥因子對(duì)腰椎間盤(pán)退變影響的研究. 實(shí)用醫(yī)技雜志， 2013， 20（4）：400-402.

[14] 彭寶淦， 王占朝， 唐家廣， 等. 突出的頸椎間盤(pán)組織炎癥反應(yīng)機(jī)制研究. 中國(guó)組織工程研究， 2003， 7（20）：2774-2775.

[15] 韓小偉， 馮剛. 椎間盤(pán)退行性變的生物學(xué)治療進(jìn)展. 重慶醫(yī)學(xué)， 2012， 41（21）：2204-2206.

[16] 王宗亮， 劉維鋼， 史建剛， 等. 細(xì)胞因子在椎間盤(pán)退變中作用的研究進(jìn)展. 組織工程與重建外科， 2007， 3（1）：59-60.

[17] 孫中儀. NF-κB信號(hào)通路在椎間盤(pán)退變中的作用及機(jī)制研究. 上海交通大學(xué)， 2015.

[18] 何守玉， 邱勇. 椎間盤(pán)退行性疾病生物治療研究的進(jìn)展. 中國(guó)骨與關(guān)節(jié)雜志， 2013（10）：593-597.

[收稿日期：2017-01-17]