IL-1基因多態(tài)性與腰椎間盤突出癥伴坐骨神經(jīng)痛發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系

李炯，任東良，楊金豐

(1.定興縣醫(yī)院骨科，河北保定 071000；2.保定市第一中心醫(yī)院骨科，河北保定 071000；3.定州市人民醫(yī)院骨科，河北定州 073000)

腰椎間盤突出癥是由于椎間盤變性、纖維環(huán)破裂，髓核突出后刺激或壓迫神經(jīng)根所表現(xiàn)出的臨床綜合征，以腰腿疼痛，間歇性跛行為主要癥狀[[1-2]。臨床上因椎間盤退變而引起腰腿痛患病率高達(dá)60-80%，而由于腰椎間盤突出引起坐骨神經(jīng)痛的患者占總?cè)丝跀?shù)的5%。該病因病程長、易反復(fù)發(fā)作，嚴(yán)重影響患者的勞動(dòng)能力及生活質(zhì)量[3-5]。腰椎間盤突出癥病理機(jī)制復(fù)雜，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為機(jī)械性壓迫是引起神經(jīng)根性疼痛的原因,但是近年來研究發(fā)現(xiàn)，遺傳因素在椎間盤病變發(fā)生、發(fā)展中可能扮演著重要角色。有研究顯示，白細(xì)胞介素-1(interleukin-1,IL-1)的釋放與腰椎間盤突出后的坐骨神經(jīng)根性疼痛相關(guān)[6-7]。本研究探討IL-1基因3個(gè)位點(diǎn)IL-1A(rs1800587 C/T)、 IL-1B (rs1143627 T/C)以及IL-1RN (rs2234677 G/A)單核苷酸多態(tài)性與腰椎間盤突出癥伴坐骨神經(jīng)痛發(fā)生的相關(guān)性，為腰椎間盤突出癥的病因研究、預(yù)防干預(yù)及康復(fù)工作提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

收集2016年5月-2018年1月期間于本院接受治療且無血緣關(guān)系的腰椎間盤突出癥患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡18～70歲；(2)影像學(xué)(CT或MRI)檢查符合腰椎間盤突出癥診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]；(3)臨床癥狀表現(xiàn)為沿坐骨神經(jīng)走向部位存在自發(fā)性或放射性疼痛或在臀部、腘窩、外踝等處存在壓痛點(diǎn)，在噴嚏、咳嗽、負(fù)重或大便時(shí)疼痛加?。?4)坐骨神經(jīng)牽拉性疼痛，直腿抬高試驗(yàn)陽性(干性坐骨神經(jīng)痛)，彎腰(拾物)試驗(yàn)陽性(根性坐骨神經(jīng)痛)；(6)患者均簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)伴有先天或后天腰椎椎體畸形；(2)合并脊柱結(jié)核、脊椎功能障礙或軟組織、骨關(guān)節(jié)、椎管內(nèi)腫瘤者；(3)合并嚴(yán)重心、肺、肝、腎、造血及內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病或其他慢性病者。

1.2 分組及隨訪

患者入院時(shí)均接受全面臨床檢查，評(píng)估疼痛程度以及感覺、運(yùn)動(dòng)功能障礙。入組患者采用保守療法[牽引治療、物理治療(電療、紅外線療法和熱療等)、推拿針灸治療、封閉療法、中藥治療]和手術(shù)療法。對(duì)患者進(jìn)行為期1年的隨訪，分別于6個(gè)月和12個(gè)月重復(fù)臨床檢查。隨訪過程中2例患者因搬去外地而退出研究，共獲得96例患者的完整資料，其中，男51例，女45例，平均(45.3±6.2)歲，其它基本情況如表1所示。所有患者的臨床數(shù)據(jù)的均在基因分型之前完成。本研究同時(shí)經(jīng)醫(yī)院倫理道德委員會(huì)審核通過。

根據(jù)等位基因?qū)⒒颊叻纸M如下：(1)IL-1A與IL-1RN基因分組：①IL-1A C/C和IL-1RN G/G組(n=20)；②IL-1A */T或IL-1RN */A組(n=53)；③IL-1A */T和IL-1RN */A組(n=23)。 (1)IL-1B與IL-1RN基因分組：①IL-1B C/C和IL-1RN G/G組(n=9)；②IL-1B */T或IL-1RN */A組(n=50)；③IL-1B */T和IL-1RN */A組(n=37)。

表1 患者分組情況

1.3 資料采集

1.3.1 疼痛程度 采用視覺模擬評(píng)分法(visual analogue scale, VAS)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.2 生活質(zhì)量 采用腰痛Oswestry功能障礙指數(shù)(Oswestry disability index, ODI)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.3 基因組DNA提取 使用全血DNA分提取劑盒(北京天根生化科技有限公司)從全血細(xì)胞中提取基因組DNA。受試者抽取3 mL外周靜脈血，注入含有檸檬酸鈉的抗凝真空管中，置于-70℃冰箱保存，實(shí)驗(yàn)時(shí)取出根據(jù)說明書操作。加細(xì)胞裂解液800 μL于37℃水浴過夜，次日加入Tris-飽和酚500 μL，10000 r/min離心20 min，吸取上清液加等體積酚-氯仿(1:1)，同法再用氯仿提取，后加人異丙醇1 mL沉淀，12000 r/min離心10 min，棄上清，加入75%冰乙醇洗滌，7500 r/min進(jìn)行干燥1 min， 40 μL無DNA酶去離子水溶解，紫外分光光度計(jì)測量DNA濃度及純度，-30℃保存待用。

1.3.4 目的基因PCR擴(kuò)增 應(yīng)用Primer Premier 5軟件設(shè)計(jì)引物，由上海英俊基因有限公司合成。擴(kuò)增反應(yīng)體系：模板DNA 4 μL，2×PCR緩沖液5 μL，上下游引物各1.5 μL，4×dNTP 4 μL，Taq聚合酶0.25 μL(大連TaKaRa公司)，無菌去離子水補(bǔ)足總體積至50 μL，以去離子水作為陰性對(duì)照。95℃預(yù)變性10 min，94℃變性30 s，58℃退火30 s，72℃延伸1 min，反應(yīng)進(jìn)行35個(gè)循環(huán)后,置于72℃延伸10 min。使用ABI 7900HT序列檢測系統(tǒng)(Applied Biosystems)檢測擴(kuò)增結(jié)果，使用SDS 2.2軟件(Applied Biosystems)確定基因型。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，進(jìn)行單獨(dú)分析以檢查協(xié)變量年齡、性別、治療方法和吸煙狀態(tài)的潛在混雜效應(yīng)。P<0.1的協(xié)變量保留在最終模型中。通過重復(fù)測量方差分析(rmANOVA)比較基因型的VAS評(píng)分和ODI評(píng)分隨時(shí)間的變化。通過單因素方差分析檢查椎間盤突出后12個(gè)月的VAS評(píng)分和ODI評(píng)分與不同IL-1A或IL-1B和IL-1RN基因型的組合作用的關(guān)系。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 混雜效應(yīng)

如表2所示，對(duì)于不同基因組和分組的患者，年齡與性別對(duì)VAS評(píng)分無影響，吸煙情況與治療方式是影響VAS評(píng)分的混雜因素。性別對(duì)患者的ODI評(píng)分無影響，而年齡、吸煙情況與治療方式是影響ODI評(píng)分的混雜因素。

表2 潛在混雜因素對(duì)患者VAS評(píng)分、ODI評(píng)分的影響

2.2 不同等位基因患者VAS與ODI評(píng)分

經(jīng)過治療后，患者的VAS評(píng)分ODI評(píng)分均有所下降。如圖1A所示，對(duì)于IL-1A與IL-1RN基因型組合，攜帶不同等位基因的患者VAS評(píng)分ODI評(píng)分差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.175；P=0.055)。圖1B所示對(duì)于IL-1B與IL-1RN基因型組合，相對(duì)于同時(shí)攜帶IL-1B C/C和IL-1RN G/G基因的患者以及IL-1B */T或IL-1RN */A分組的患者，同時(shí)攜帶IL-1B罕見等位基因T與IL-1RN罕見等位基因A的患者VAS評(píng)分更高，疼痛程度更為嚴(yán)重(P=0.039)，同時(shí)ODI評(píng)分也高于其他2組患者(P=0.027)。

圖1A IL-1A與IL-1RN基因分組患者VAS、ODI評(píng)分變化

圖1B IL-1B與IL-1RN基因分組患者VAS、ODI評(píng)分變化

2.3 12個(gè)月患者VAS、ODI評(píng)分

對(duì)12個(gè)月時(shí)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，如表3所示，同時(shí)攜帶有IL-1B*/T和IL-1RN */A基因型的患者，1年后的疼痛嚴(yán)重，功能障礙恢復(fù)程度更差(VAS評(píng)分P=0.003，ODI評(píng)分P=0.050，單向ANOVA)。而對(duì)于IL-1A/IL-1RN基因型分組，各組患者均未觀察顯著性差異(VAS評(píng)分P=0.105，ODI評(píng)分P= 0.214)。

表3 12個(gè)月時(shí)患者的VAS與ODI評(píng)分

3 討論

腰椎間盤病變由生理性退變、椎間盤損傷、脊柱過度負(fù)荷、吸煙等多種因素引起。先前研究表明，患者疼痛是由腰椎間盤突出壓迫神經(jīng)根所致，椎間盤突出后引起炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)，致神經(jīng)根脫髓鞘改變，造成神經(jīng)根充血性水腫且高度敏感，在此基礎(chǔ)上受到輕微壓迫或牽拉及發(fā)生劇痛[3,8]。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)和分子免疫學(xué)的迅速發(fā)展以及細(xì)胞因子研究的深入，大量研究表明，退行性病變過程中，椎間盤髓核組織中的細(xì)胞因子如IL-1、IL-6和 TNF-α等起著重要作用[9-11]。IL-1被公認(rèn)為是與椎間盤退變相關(guān)的最重要的炎性細(xì)胞因子之一，可刺激炎癥細(xì)胞的聚集、激活和炎癥遞質(zhì)的釋放，可能在椎間盤退行性變的病理生理過程中發(fā)揮重要作用[6-7]。

對(duì)于某些可引起自身基質(zhì)破壞而激發(fā)炎癥反應(yīng)的物質(zhì)，椎間盤細(xì)胞有潛在合成的能力，在一定的誘因下可被激活。研究表明，IL-1和促炎細(xì)胞因子共同通過產(chǎn)生大量的水解酶而降解軟骨細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，造成關(guān)節(jié)破壞[6]。有研究表明，腰椎間盤突出癥患者組織中IL-1、前列腺素表達(dá)升高可能參與了疼痛反應(yīng)過程，IL-1可增加椎間盤中前列腺素的含量，使神經(jīng)末梢感受器敏感性增強(qiáng)，同時(shí)增強(qiáng)和延長組胺、5-羥色胺、緩激肽等致痛因子對(duì)神經(jīng)末梢的致痛作用，并且IL-1的表達(dá)水平與神經(jīng)性疼痛程度呈正相關(guān)[12]。一些遺傳變異可能會(huì)影響這些過程并影響疼痛敏感性。有研究表明，IL-1的遺傳變異可能會(huì)降低椎間盤突出后的疼痛閾值，IL-1基因多態(tài)性與腰神經(jīng)根性疼痛患者疼痛強(qiáng)度增加和壓力性疼痛閾值降低有關(guān)[13]。IL-1家族主要包括IL-1α、IL-1β和內(nèi)源性IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)。IL-1α、IL-1β是強(qiáng)烈的炎癥誘導(dǎo)劑，由單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和椎間盤細(xì)胞等多種細(xì)胞分泌，并通過內(nèi)源性IL-1Ra的表達(dá)來維系平衡；IL-1Ra主要由單核細(xì)胞產(chǎn)生，不與IL-1直接結(jié)合，而是與α和β的兩型受體相結(jié)合，阻斷α和β發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)破壞作用[14]。

本研究分析了編碼IL-1α、IL-1β和IL-1Ra的3個(gè)基因位點(diǎn)IL-1A C/T、IL-1B T/C和IL-1RN G/A的單核苷酸多態(tài)性對(duì)椎間盤突出癥患者臨床癥狀的影響。由于持續(xù)性疼痛與生活方式可能存在相互作用，因此在最終的統(tǒng)計(jì)分析中，通過對(duì)患者的治療情況和吸煙情況進(jìn)行了調(diào)整。所有患者在首次就醫(yī)時(shí)均感受到劇烈的疼痛，同時(shí)生活質(zhì)量嚴(yán)重受損。相對(duì)于IL-1B C/C和IL-1RN G/G基因的患者以及IL-1B */T或IL-1RN */A分組的患者，同時(shí)攜帶IL-1B罕見等位基因T與IL-1RN罕見等位基因A的患者疼痛程度更為嚴(yán)重，生活質(zhì)量受損程度更高，而對(duì)于IL-1A與IL-1RN基因型組合，攜帶不同等位基因的患者則未出現(xiàn)顯著差異。

對(duì)12個(gè)月時(shí)采樣數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析顯示，同時(shí)攜帶有IL-1B*/T和IL-1RN */A基因型的患者1年后的疼痛嚴(yán)重、功能障礙恢復(fù)程度更差(VAS評(píng)分P=0.003，ODI評(píng)分P=0.050，單向ANOVA)。而對(duì)于IL-1RN基因型分組，各組患者均未觀察顯著差異(VAS評(píng)分P=0.105，ODI評(píng)分P= 0.214)。與C等位基因相比，IL-1B、T等位基因在mRNA和蛋白質(zhì)水平上與增強(qiáng)的啟動(dòng)子活性相關(guān)，導(dǎo)致基因表達(dá)增加。此外，早期數(shù)據(jù)表明，IL-1RN的A等位基因在IL-1RN基因第二內(nèi)含子上具有可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)(VNTR)多態(tài)性，與體外單核細(xì)胞IL-1Ra合成減少和IL-1β產(chǎn)生增加有關(guān)[15]。因此，同時(shí)攜帶IL-1BT等位基因和IL-1RNA等位基因的患者IL-1水平相提高，導(dǎo)致IL-1受體激活增加，炎癥反應(yīng)更加明顯。

對(duì)患者椎間盤樣本的分析表明，IL-1與IL-1Ra的高比例可能與椎間盤退化有關(guān)。IL-1可誘導(dǎo)基質(zhì)降解酶表達(dá)上調(diào)，并抑制蛋白多糖的再合成，從而促進(jìn)椎間盤的退化。因此，IL-1可能間接促進(jìn)傷害性傳遞，這可能解釋了IL-1B*/T和IL-1RN*/A基因型患者疼痛經(jīng)歷的增加。

本研究表明，下腰部神經(jīng)根疼痛與風(fēng)險(xiǎn)增加長期臨床疼痛可能依賴于IL-1B*/T和IL-1RN */A基因型。然而，筆者未發(fā)現(xiàn)患者疼痛以及生活質(zhì)量與IL-1A*/T和IL-1RN*/A基因型之間有聯(lián)系。除了遺傳因素外，其他風(fēng)險(xiǎn)因素如體力勞動(dòng)因素、心理社會(huì)因素也可能導(dǎo)致持續(xù)性腰痛和殘疾，因此IL-1基因型和椎間盤突出癥患者持續(xù)性疼痛之間的聯(lián)系可能與更復(fù)雜的機(jī)制有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究探討。