腰椎間盤退變的免疫學(xué)研究

陳伯華　相宏飛　邱晨生

[摘要]椎間盤退變是引起腰背痛的主要原因之一，給病人帶來巨大痛苦。細(xì)胞因子在椎間盤退變的過程中發(fā)揮極其重要作用，引起椎間盤免疫狀態(tài)改變。本期骨科學(xué)專題的相關(guān)研究就白細(xì)胞介素`-18（IL`-18）、白細(xì)胞介素`-6（IL`-6）、超敏C反應(yīng)蛋白（hs`-CRP）、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子`-1（SDF`-1）、細(xì)胞周期D1型結(jié)合蛋白1（CCNDBP1）、70 kDa熱休克蛋白8（HSPA8）等細(xì)胞因子與椎間盤退變的關(guān)系展開討論，以期更加深入了解椎間盤退變的分子生物學(xué)機制及對椎間盤免疫的影響。

[關(guān)鍵詞]椎間盤退行性變;腰腿痛;趨化因子CXCL12;細(xì)胞周期D1型結(jié)合蛋白1;HSP70熱休克蛋白質(zhì)類;述評

腰背痛現(xiàn)已成為世界上最為常見且嚴(yán)重的疾病之一，給病人乃至整個社會帶來巨大負(fù)擔(dān)。85%以上的人群一生中發(fā)生過腰背痛。腰椎間盤退變是引起腰背痛的主要原因之一，小于30歲的群體中有40%個體存在椎間盤退變，而在大于50歲的群體中這一比例提高到了90%。椎間盤退變多開始于20～30歲，最年輕的椎間盤退變發(fā)生在2周歲。腰椎間盤退變中出現(xiàn)髓核細(xì)胞變性、壞死，細(xì)胞外基質(zhì)分解，髓核組織發(fā)生纖維環(huán)黏液變性、破裂，軟骨終板變薄、破裂等病理變化，最終由增生的結(jié)締組織取代，進(jìn)而導(dǎo)致盤源性腰痛、腰椎間盤突出、腰椎管狹窄，以及腰椎退行性滑脫等脊柱退行性疾患的發(fā)生和發(fā)展。引起椎間盤退變的因素是多樣且復(fù)雜的，主要涉及衰老、遺傳、生物力學(xué)、自身免疫、毒物、低度感染、營養(yǎng)、代謝性疾病、性別等復(fù)雜因素。隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，我們對椎間盤退變中的細(xì)胞表型、基因表達(dá)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等方面的變化有了更深入的了解，并進(jìn)行了退變椎間盤基因治療的研究，為進(jìn)一步診斷、治療椎間盤退變相關(guān)性疾病提供了科學(xué)的理論依據(jù)和可靠的研究基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)是生物功能的最終執(zhí)行者，檢測蛋白質(zhì)在不同條件下的變化情況，對疾病的病理生理學(xué)研究具有重要的價值。同時，免疫學(xué)研究對椎間盤退變與疼痛的發(fā)生發(fā)展也提供了一個方向。本期骨科學(xué)專題的相關(guān)研究，重點探討了椎間盤退變的免疫學(xué)假說與相關(guān)因素。

《腰椎間盤退變病人炎癥因子水平變化及其臨床意義》的研究，采用酶聯(lián)免疫吸附法對研究對象血清中的白細(xì)胞介素`-18（IL`-18）、白細(xì)胞介素`-6（IL`-6）、超敏C反應(yīng)蛋白（hs`-CRP）、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子`-1（SDF`-1）進(jìn)行了檢測，上述4種炎癥因子在椎間盤退變組明顯升高。SDF`-1又稱前B細(xì)胞增長刺激因子，是一類新發(fā)現(xiàn)的趨化因子家族成員，對骨髓細(xì)胞趨化活性較高。正常椎間盤中的基質(zhì)金屬蛋白酶以無活性酶原形式分泌，SDF`-1在低氧的情況下可誘導(dǎo)基質(zhì)細(xì)胞持續(xù)分泌并促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶的激活，間接促進(jìn)椎間盤細(xì)胞外基質(zhì)的降解，使Ⅱ型膠原和蛋白多糖減少，導(dǎo)致或加重椎間盤退變以及相應(yīng)的組織病變。SDF`-1水平可反映椎間盤病變程度，靈敏度高。椎間盤退變病人相關(guān)血清炎癥因子水平與SDF`-1水平呈正相關(guān)。SDF`-1水平與椎間盤退變病人的自身免疫反應(yīng)程度密切相關(guān)。檢測相關(guān)血清炎癥因子水平與SDF`-1水平有助于判斷椎間盤退變病情嚴(yán)重程度和治療效果。因此，椎間盤退變病人的血清炎癥因子水平較高，且與SDF`-1水平密切相關(guān)，可作為臨床監(jiān)測的指標(biāo)之一，有助于椎間盤退行性疾病的深入研究。

《不同年齡腰突出椎間盤組織CCNDBP1表達(dá)及意義》的研究，則以年齡段為分組，從細(xì)胞、基因、蛋白水平研究了細(xì)胞周期D1型結(jié)合蛋白1（CCNDBP1）在退變椎間盤中的表達(dá)情況，探討在椎間盤退變中CCNDBP1表達(dá)與衰老因素的相關(guān)性。CCNDBP1是白細(xì)胞特異性接頭蛋白，在免疫系統(tǒng)細(xì)胞信號機制和轉(zhuǎn)錄調(diào)控肝臟特異性基因的突變機制中起作用。CCNDBP1在正常椎間盤表達(dá)明顯高于退變椎間盤組織，證明CCNDBP1可能與抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞的分化和增殖有關(guān)。目前，CCNDBP1的研究多集中在腫瘤領(lǐng)域，在椎間盤中研究報道較少。該文通過蘇木精`-伊紅染色和免疫組化染色發(fā)現(xiàn)退變椎間盤組織細(xì)胞量明顯減少，細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，隨年齡的增大細(xì)胞數(shù)量越少，證明CCNDBP1可能參與細(xì)胞的增殖過程。同時，在蛋白、基因和細(xì)胞水平研究發(fā)現(xiàn)，CCNDBP1在不同年齡階段腰突出椎間盤組織中的均有表達(dá)，且隨年齡增加其表達(dá)量逐漸減少，從而推斷CCNDBP1可能通過參與免疫反應(yīng)、抑制椎間盤細(xì)胞凋亡、促進(jìn)椎間盤細(xì)胞分化與增殖的途徑延緩椎間盤退變，然而其作用機制尚需進(jìn)一步研究。

《腰椎間盤髓核組織HSPA8表達(dá)及對退變程度影響》的研究結(jié)果表明，70 kDa熱休克蛋白8（HSPA8）含量隨著人類腰椎間盤退變程度加重而逐漸降低。該研究結(jié)果有助于判定椎間盤退變嚴(yán)重程度和治療效果，為臨床提供了潛在治療靶點。熱休克蛋白（HSP）是一種能夠在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭的多功能蛋白，是原核生物和真核細(xì)胞生物在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)折疊、組裝和易位過程中所伴隨的。熱休克同源蛋白71 （HSC71）屬于HSP70家族，一直存在于細(xì)胞質(zhì)中。HSPs是由熱、炎癥遞質(zhì)和生理應(yīng)激誘導(dǎo)的，在促進(jìn)大多數(shù)細(xì)胞蛋白的合成和折疊、分布和降解以及受損蛋白的再生或清除等方面均具有重要作用。HSPA8在腰椎間盤退變性疾病發(fā)生與進(jìn)展中起著重要作用。HSPA8的表達(dá)量隨著腰椎間盤退變程度的加重而減少，HSPA8蛋白在正常組、突出組、脫出組、游離組腰椎間盤髓核組織表達(dá)分別呈強陽性、陽性、弱陽性、弱陽性或陰性表達(dá)。從而證實HSPA8與人類腰椎間盤退變相關(guān)。因此，HSPA8可作為推測腰椎間盤退變嚴(yán)重程度的指標(biāo)之一。但是，調(diào)節(jié)HSPA8變化機制與信號通路尚有待進(jìn)一步的深入研究。

椎間盤是一種免疫豁免器官，是人體中最大的無血管區(qū)組織，也是人體中最早出現(xiàn)退變的組織器官。這種特殊解剖結(jié)構(gòu)決定了椎間盤組織生理和病理情況下的特異性。研究生理狀態(tài)下和病理狀態(tài)下椎間盤組織及其他體液中蛋白的差異表達(dá)，對探求椎間盤退變的發(fā)病機制及診療方法都有意義。然而，一方面人椎間盤樣本來源困難，尤其是正常組織樣本。以往多采用脊柱爆裂骨折、特發(fā)性脊柱側(cè)彎手術(shù)病人椎間盤組織作為正常樣本，但越來越多研究表明，上述疾病的椎間盤組織亦已發(fā)生病理生理學(xué)變化并伴隨椎間盤內(nèi)蛋白質(zhì)成分的改變，很大程度上制約了實驗研究準(zhǔn)確性。另一方面，椎間盤退變是一個多因素影響的復(fù)雜過程，目前研究大多關(guān)注于有限而單一的幾種蛋白，不能從整體水平上系統(tǒng)地認(rèn)識椎間盤的生物學(xué)特性，且缺乏相關(guān)機制的研究。隨著分子生物學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的深入研究，相信可更全面更深入地了解椎間盤退變機制和各因素之間交互作用，為臨床診治該病提供理論基礎(chǔ)。