不同類型脊柱側凸的椎旁肌病理改變研究進展

李君禹，張 蕊，鄭丹楓*，張英爽，于 淼*

（1.北京大學第三醫(yī)院，北京 100191；2.北京大學醫(yī)學部，北京 100191）

脊柱側凸是脊柱的多個節(jié)段椎體旋轉并伴有側向彎曲的三維畸形。目前根據(jù)病因可分為特發(fā)性脊柱側凸、先天性脊柱側凸、神經(jīng)肌肉型脊柱側凸、退變性脊柱側凸等類型。椎旁肌的病變在脊柱側凸的病因學研究中一直具有重要意義，并且不同類型脊柱側凸的椎旁肌病理學改變有所異同?，F(xiàn)就其中主要幾類脊柱側凸綜述如下：

1 特發(fā)性脊柱側凸

特發(fā)性脊柱側凸是脊柱側凸中最常見的類型，在青少年人群中發(fā)病率為2%～3%［1］，患者存在脊柱側凸及椎體的旋轉畸形，而無任何先天性脊柱異?；蚝喜⑸窠?jīng)肌肉疾病，其病因不明，常于青少年時期發(fā)病，也稱為青少年特發(fā)性脊柱側凸（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）［2］。國內(nèi)外學者從骨骼發(fā)育、激素、代謝、神經(jīng)肌肉異常、遺傳和表觀遺傳因素等方面對其病因展開研究并提出諸多觀點，但尚無定論［3，4］。其中，椎旁肌作為人體軀干姿勢反射的效應器官，其病理異常一直是研究的重要方向［5］。

與正常人相比，AIS患者兩側的椎旁肌中均可見肌肉萎縮、壞死、變性、線粒體增生、肌梭密度減低等病理改變［6］，有些患者伴有肌絲斷裂、肌膜下糖原、脂質及線粒體聚集等超微結構的異常［7］。同時，將AIS患者凸凹兩側椎旁肌相比較后發(fā)現(xiàn)，凸側的肌肉體積和橫截面積大于凹側，而凹側的纖維化和脂肪浸潤率顯著高于凸側，這種差異在側凸不同節(jié)段有所不同，頂椎處最明顯，并且與Cobb角正相關［8，9］。此外，凹側膠原表達明顯增強且分布紊亂，推測與凹側椎旁肌廢用萎縮有關，并且由于膠原纖維的牽拉限制作用，常會影響患者的矯正效果［10］。肌纖維類型方面，由于凸側椎旁肌長期處于緊張狀態(tài)，故其肌絲排列密集，線粒體豐富，有氧代謝活躍，耐勞型的Ⅰ型肌纖維明顯多于凹側，并且可有Ⅰ型肌纖維群組化現(xiàn)象，而凹側則以易疲勞的II型肌纖維增加為主，并隨側凸畸形的嚴重程度而加重［5］。另外，有研究者認為，局灶性纖維化可能是AIS特有的病理改變，尤其在凹側更加明顯［11，12］，并且這種改變與原發(fā)性肌病，如Ullrich先天性肌營養(yǎng)不良和杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD）的纖維化明顯不同［11］。推測這種局灶性纖維化直接影響了雙側椎旁肌的應力平衡，可能產(chǎn)生并加重了側凸［11］。神經(jīng)肌電活動方面，將椎旁肌標本神經(jīng)鍍銀染色后發(fā)現(xiàn)，凸側與凹側的運動終板變化也有所不同，凸側以T1型終板為主，分支多，傳導率高，神經(jīng)終末支配率（terminal innervation ratio,TIR）較大，并出現(xiàn)新生終板；而凹側則以T0型終板為主，并出現(xiàn)退變終板，這一結果與凸側肌電活躍吻合，表明凸側椎旁肌處于一種負荷鍛煉后的改建過程中［6，13］。另外，兩側微量元素的含量差異也被多位研究者觀察到，凸側鐵含量較高，凹側則以鈣鎂含量較高，推測為兩側椎旁肌做功不同的適應性改變［6］。

當前，對AIS椎旁肌病理改變的研究已經(jīng)深入到分子水平，Acaroglu等［14］通過酶聯(lián)免疫吸附劑分析，發(fā)現(xiàn)鈣調蛋白（calmodulin）在椎旁肌中分布不對稱，凸側明顯高于凹側，這可能會影響肌肉的收縮性。邱勇等［15］采用逆轉錄定量聚合酶鏈式反應（RT-qPCR）對AIS患者椎旁肌中褪黑素受體進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)褪黑素受體2（MT2）在凹側表達高于凸側。雌激素受體（ER）和神經(jīng)生長因子（NGF）在AIS患者兩側椎旁肌中的不對稱分布也有報道［16，17］。推測上述分子的不對稱分布可能參與了AIS的發(fā)生和發(fā)展過程，但是確切機制仍未闡明。Sheng等［18］對 AIS患者椎旁肌中的 fibrillin-1（FBN1）和fibrillin-2（FBN2）檢測發(fā)現(xiàn)，AIS患者FBN1 mRNA表達水平顯著降低，并且與患者側凸的嚴重程度顯著相關。此外，椎旁肌細胞內(nèi)外H19、ADIPOQ mRNA、轉化生長因子β（TGF-β）及其受體等分子變化也逐漸成為AIS病因探索的重要靶點［19，20］。

2 先天性脊柱側凸

先天性脊柱側凸（congenital scoliosis,CS）系妊娠第4～6周脊柱發(fā)育異常所致的畸形，出生即可存在脊柱彎曲，其病因復雜，目前尚不確定，臨床上可分為椎體形成障礙（Ⅰ型）、椎體分節(jié)不良（Ⅱ型）和混合型（Ⅲ型）［21］。

CS患者椎旁肌的病理變化為脊柱側凸的繼發(fā)改變。一方面，類似AIS，CS患者兩側椎旁肌對比仍然可以發(fā)現(xiàn)：凸側Ⅰ型肌纖維含量較多、橫截面積較大，且存在比AIS更明顯的Ⅰ型肌纖維群組化現(xiàn)象，并與側凸的嚴重性呈正相關［22］。凸側椎旁肌的梭內(nèi)肌纖維數(shù)目及平均橫截面積顯著大于凹側，而凹側脂肪浸潤程度較大［22］。這些表現(xiàn)也從側面提示，AIS患者中相對應的病理變化可能系脊柱側凸的繼發(fā)改變。另一方面，CS也有不同于AIS之處：在肌肉組織纖維化方面，CS患者椎旁肌纖維化表現(xiàn)為彌漫性，同時伴有顯著的肌纖維走行紊亂；AIS則多表現(xiàn)為局灶性纖維化，肌細胞無明顯炎癥壞死反應，而由纖維母細胞直接增殖伴纖維化。在神經(jīng)終板方面，雖然CS組與AIS組表現(xiàn)類似，但在CS組中，凸側的T1型終板更多，TIR值更高，凹側的T0型終板也比AIS組的多，主要是CS組病程更長，Cobb角更大所致［23］。值得注意的是，CS側凸節(jié)段的脊髓及神經(jīng)根常受到不同程度的影響，肌電圖檢查發(fā)現(xiàn)，CS患兒的椎旁肌有失神經(jīng)支配現(xiàn)象，說明椎骨的發(fā)育畸形已對脊髓神經(jīng)支配造成損傷［23］。

分子病理學方面，與AIS相似，CS患者椎旁肌凹側的褪黑素受體2（MT2）表達高于凸側，而胰島素樣生長因子-1受體（IGF-lR）和生長激素受體（GHR）的表達量則明顯低于凸側，提示雙側椎旁肌中上述分子的差異表達可能繼發(fā)于脊柱畸形［15］。不過，在表觀遺傳因素H19和ADIPOQ的表達方面，CS組和AIS組存在不同。H19作為一種長鏈非編碼RNA，與骨骼肌的分化、再生和肌細胞內(nèi)葡萄糖代謝調節(jié)相關；H19通過編碼miR-675-5p調控ADI?POQ的表達。Jiang等［19］通過RNA-seq對5例AIS患者的5對椎旁肌檢測發(fā)現(xiàn)：H19和ADIPOQ mRNA在兩側椎旁肌中呈現(xiàn)顯著表達差異，凹側肌肉中H19的較低表達和ADIPOQ mRNA的較高表達與側凸嚴重程度和起始年齡呈正相關；而在CS患者兩側椎旁肌中，這兩個分子并沒有顯著表達差異。這一研究結果也提示AIS患者的椎旁肌變化不完全是繼發(fā)于脊柱側凸，可能作為原發(fā)因素參與發(fā)病。

3 神經(jīng)肌肉型脊柱側凸

神經(jīng)肌肉型脊柱側凸（neuromuscular scoliosis,NS）系神經(jīng)肌肉方面疾病導致肌肉力量不平衡所致，這些疾病可發(fā)生于大腦、脊髓、周圍神經(jīng)、神經(jīng)-肌肉接頭和肌肉等部位，脊柱側凸的發(fā)生率為25%～100%不等，取決于潛在的疾病類型［24］。與AIS相比，神經(jīng)肌肉型脊柱側凸發(fā)病早，進展迅速，在骨骼成熟后仍可繼續(xù)發(fā)展［25］。90%的病例可累及8個以上的椎體，常合并骨盆傾斜和全身性的肌肉功能障礙［26］。由于神經(jīng)肌肉病變?yōu)樵l(fā)性改變，故此類型脊柱側凸常需要借助肌電圖和肌肉活檢以幫助確診。不同類型神經(jīng)肌肉疾病所致的脊柱側凸常有各自典型的椎旁肌病理改變。

中央軸空?。╟entral core disease,CCD）是最為常見的一類可引起脊柱側凸并發(fā)癥的神經(jīng)肌肉病，對此類患者的椎旁肌活檢標本進行線粒體酶染色和糖原染色后，在肌細胞中央常出現(xiàn)淡染區(qū)，即“軸空現(xiàn)象”［27］，其中部分患者RYR1基因突變，易出現(xiàn)惡性高熱，后者可能增加脊柱側凸矯正手術風險，需進行鑒別診斷［28］。還有一類與能量代謝相關的基因異常造成肌肉病變同時引起脊柱側凸，如近年來發(fā)現(xiàn)，SEPN1相關肌?。⊿EPN1-related myopathy），這種常染色體隱性遺傳肌病出現(xiàn)SEPN1基因突變，影響內(nèi)質網(wǎng)鈣離子轉運，從而引起骨骼肌的內(nèi)質網(wǎng)-線粒體銜接功能異常，造成患者力弱、脊柱側凸、甚至致命的呼吸衰竭，骨骼肌可出現(xiàn)病理性胰島素抵抗［29］。杜式肌營養(yǎng)不良（Duchenne muscular dystrophy,DMD）因X連鎖遺傳的DYS基因突變致病，導致抗肌萎縮蛋白（dystrophin）明顯減少甚至缺失，患者的椎旁肌可存在嚴重的脂肪變性以及明顯的肌肉組織以及肌周圍血管硬化［30］。Ullrich先天性肌營養(yǎng)不良（Ullrich congenital muscular dystrophy,UCMD）患者肌肉活檢可發(fā)現(xiàn)細胞外基質中膠原蛋白VI（COL6）明顯缺乏［31］；脊髓型肌萎縮（spinal muscular atrophy,SMA）患者椎旁肌則具有失神經(jīng)和神經(jīng)再支配的病理現(xiàn)象，不同亞型的SMA還可伴有細胞色素酶（COX）染色缺失、線粒體DNA缺乏等線粒體發(fā)生受損的形態(tài)學和分子改變特征，而肌肉生成相關的調節(jié)因子，如成肌細胞決定因子1（myoblast determina?tion 1,MYOD）、肌細胞生成素（myogenin,MYOG）等與肌細胞分化、成熟相關的基因表達均有不同程度上調［32］；肌小管肌?。╩yotubular myopathy） 以MTM1基因突變?yōu)樘卣?，其椎旁肌則以存在營養(yǎng)不良且中央核相對較大的肌纖維為主要組織病理學特征。

不過值得注意的是，在某些診斷為青少年特發(fā)性脊柱側凸（AIS）的患者椎旁肌活檢中，常存在神經(jīng)肌肉型脊柱側凸的特有病理改變。Luciano等［33］對兩例先前診斷為AIS的患者術中進行椎旁肌病理活檢，發(fā)現(xiàn)其椎旁肌中存在中央核肌?。╟ore myopathy）的病理表現(xiàn)，然而患者唯一的臨床表現(xiàn)為脊柱側凸，并未出現(xiàn)肢體肌力降低、呼吸肌功能受限等中央核肌病的典型表現(xiàn)。類似地，Wajchenberg［9］、吳士文等［34］也分別在先前診斷為AIS患者的椎旁肌中發(fā)現(xiàn)“中央軸空”的病理改變，以及存在先天性肌纖維類型不均（congenital fiber type disproportion,CFTD）和伴均一1型肌纖維的先天性肌?。╟ongenital neuromuscular dis?ease with uniform type1 fiber,CNMDU1）的病理依據(jù)，但患者并沒有上述神經(jīng)肌肉病的典型臨床表現(xiàn)。另外，筆者也曾報道一例原先診斷為“先天性脊柱側凸（CS）”的患者，對其椎旁肌活檢發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白Ⅵ（COL6）明顯缺失，進一步基因檢測提示COL6基因突變，但患者僅有脊柱側凸表現(xiàn)，明顯不同于Beth?lem和Ullrich肌病，推測椎旁肌的這一病變可能影響了脊柱的早期正常發(fā)育［35］。

4 小結與展望

不同類型的脊柱側凸，椎旁肌的病理改變有所差異。青少年特發(fā)性脊柱側凸（AIS）和先天性脊柱側凸（CS）的椎旁肌病理變化較為相似，但是CS由于病程更長，側凸更嚴重，故椎旁肌病理變化更為明顯。雖然目前多數(shù)研究者傾向于認為AIS和CS的椎旁肌病理改變均繼發(fā)于脊柱側凸畸形，但是椎旁肌的局灶性纖維化、以及H19與ADIPOQ在椎旁肌凸凹兩側的表達差異卻屬于AIS患者獨有的病理變化，這些研究結果提示，AIS的椎旁肌病變不全是繼發(fā)改變，也可能是脊柱側凸的原發(fā)始動因素。

神經(jīng)肌肉型脊柱側凸的椎旁肌病理變化屬于肌肉原發(fā)性病變，不同類型的神經(jīng)肌肉病常有各自典型的椎旁肌病理表現(xiàn)。然而，目前臨床上存在某些不典型的神經(jīng)肌肉病，僅表現(xiàn)為脊柱側凸，無外周神經(jīng)肌肉癥狀。上述臨床資料提示，在目前診斷的AIS和CS患者中，可能存在一些特殊的神經(jīng)肌肉病亞型，其病變僅累及椎旁肌肉，椎旁肌活檢表現(xiàn)出與神經(jīng)肌肉型側凸相似的病理改變，使其對脊柱的牽拉喪失平衡從而造成側凸。而該病變不累及外周肌群，故沒有類似于此類神經(jīng)肌肉病那樣顯著的四肢肌無力表現(xiàn)。這類患者的存在一方面為AIS的病因學研究提供了不同的視角，另一方面，從精準醫(yī)學發(fā)展角度看，可將這類患者從AIS診斷中單獨分類研究，以便能更好地制定有針對性的治療策略，如通過靶向逆轉椎旁肌病變對這類患者實行非手術治療。當前，已有研究證實了椎旁肌在脊柱側凸治療方面的價值。Wong等［36］發(fā)現(xiàn)麻痹椎旁肌對脊柱側凸有明顯的矯正作用；隨著基于干細胞的再生醫(yī)學的發(fā)展，位置相對較淺的椎旁肌也可能成為未來干細胞治療AIS的理想靶點，通過對病變的椎旁肌進行改造重塑，或可部分逆轉側凸曲線［37］。

此外，對于某些比較隱匿的先天性神經(jīng)肌肉疾病，臨床上容易誤診,從而導致在畸形矯正術中忽略真正的原發(fā)病，如對于中央軸空?。–CD）伴脊柱側凸患者，在手術麻醉過程中可能存在惡性高熱風險［38］。因此，無論何種類型的脊柱側凸，椎旁肌活檢病理檢查對于明確診斷、探尋病因、或是管理患者都具有重要意義。不過，患者的椎旁肌通常存在不同程度的萎縮，如何保證取材和病理切片、制片的質量；病理結果的判定，如何減少假陽性或者假陰性的發(fā)生；對其他正常肌肉活檢以作為對照的倫理審核等諸多方面的問題，在后續(xù)開展相關研究時，也需要考慮和重視。