腰椎黃韌帶肥厚相關(guān)炎癥介質(zhì)研究概述

歐華西 魯齊林

退行性腰椎管狹窄癥是我國中老年人群的常見疾病，纖維性與骨性病理因素是導(dǎo)致腰椎管狹窄且引起腰部神經(jīng)根和馬尾神經(jīng)等相關(guān)癥狀的主要因素[1]。黃韌帶、椎間盤兩種纖維性因素尤其受研究者關(guān)注，其中黃韌帶的特殊解剖結(jié)構(gòu)涉及到腰椎中央椎管、椎間孔和神經(jīng)根管三因素，因此腰椎黃韌帶肥厚與腰椎管狹窄尤為相關(guān)[2]。正常的黃韌帶組織是由少量成纖維細(xì)胞和大量細(xì)胞外基質(zhì)組成，肥厚時出現(xiàn)成纖維細(xì)胞增殖、分化為分泌膠原的成纖維細(xì)胞，彈力纖維降解、膠原纖維增多，增生性膠原纖維紊亂，黃韌帶增厚、彈性下降、脆性增加[3]。腰椎黃韌帶肥厚實質(zhì)上是結(jié)締組織纖維化的病理過程，該纖維化過程中炎癥反應(yīng)在其中起重要作用[4]。本文就黃韌帶肥厚相關(guān)炎癥介質(zhì)及其作用綜述如下。

1 轉(zhuǎn)化生長因子-β1

轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)是與腰椎黃韌帶肥厚關(guān)系最為密切的因子之一。轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)是能影響細(xì)胞分化和生長過程的超家族，該超家族中包含許多亞型，在其眾多亞型中與黃韌帶肥厚關(guān)系最為密切的一種是TGF-β1[5]。TGF-β1是一種多效生物學(xué)細(xì)胞因子，包括成纖維細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞可分泌該因子。反之，TGF-β1也有改變成纖維細(xì)胞表型的能力，進(jìn)而改變成纖維細(xì)胞的生長特性并降低成纖維細(xì)胞生長過程中的接觸抑制效應(yīng)，其不僅具有促細(xì)胞增殖作用，還有促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成的效果，因為TGF-β1可促進(jìn)多種組織肥厚，其與多種纖維化疾病關(guān)系密切，TGF-β1已成為黃韌帶肥厚相關(guān)因子研究中最為熱門的因子之一[6]。Park等[7]首次報道了TGF-β1在肥厚與正常黃韌帶中的含量差異，并揭示了該因子與腰椎黃韌帶纖維化肥厚之間的關(guān)系。后續(xù)研究也證實了該因子在黃韌帶肥厚病理中的作用，鑒于其與黃韌帶密切相關(guān)，研究者將黃韌帶內(nèi)TGF-β1的含量作為評估黃韌帶肥厚進(jìn)展的特異性指標(biāo)[8]。TGF-β1促進(jìn)黃韌帶肥厚的具體機(jī)制在于其可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌纖維細(xì)胞分化，肌成纖維母細(xì)胞表達(dá)α平滑肌肌動蛋白(αSMA)并通過產(chǎn)生Ⅰ及Ⅲ膠原來促進(jìn)黃韌帶組織的纖維化[9]。Hur等的研究也得出相似結(jié)論且進(jìn)一步揭示：離體的黃韌帶成纖維細(xì)胞，培養(yǎng)中增加TGF-β1的刺激后，呈現(xiàn)出成纖維細(xì)胞，明顯分化及αSMA的強(qiáng)陽性表達(dá)，培養(yǎng)基中后續(xù)的膠原表達(dá)也顯著增多[10]。因此，TGF-β1對黃韌帶肥厚的作用在于促進(jìn)成纖維細(xì)胞的分化增殖及膠原纖維的生成。Takeyuki Saito對黃韌帶內(nèi)TGF-β1的相關(guān)研究顯示其主要來源在于該組織內(nèi)炎性浸潤的巨噬細(xì)胞和黃韌帶成纖維細(xì)胞，在體外構(gòu)建的巨噬細(xì)胞耗竭模型中發(fā)現(xiàn)TGF-β1的表達(dá)呈現(xiàn)明顯的受抑制現(xiàn)象[11]。關(guān)于巨噬細(xì)胞在肥厚黃韌帶內(nèi)大量浸潤的相關(guān)誘因主要有以下兩種：早期以脊柱力學(xué)因素占主導(dǎo)，腰椎后柱負(fù)荷增加，導(dǎo)致黃韌帶微損傷；后續(xù)的炎性反應(yīng)趨化誘導(dǎo)了巨噬細(xì)胞組織內(nèi)浸潤等[11]。近年來代謝性的因素如瘦素、山梨醇、雌二醇在黃韌帶內(nèi)造成黃韌帶內(nèi)的巨噬細(xì)胞趨化聚集[12-14]。除巨噬細(xì)胞外，免疫組織化學(xué)染色實驗揭示成纖維細(xì)胞也具有表達(dá)TGF-β1的功能，而且在成纖維細(xì)胞胞漿及胞核內(nèi)都有分布[15]。

2 白細(xì)胞介素-1β

腰椎黃韌帶中的白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)主要對黃韌帶的效應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生作用，其次對細(xì)胞外的基質(zhì)變性也具有一定影響。白細(xì)胞介素-1(IL-1)是一種由內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞等細(xì)胞受刺激后產(chǎn)生的炎性因子。IL-1β能與免疫球蛋白超家族受體結(jié)合后進(jìn)一步刺激細(xì)胞產(chǎn)生血小板生長因子與集落刺激因子，還能刺激細(xì)胞產(chǎn)生其他類炎癥介質(zhì)來參與免疫應(yīng)答與組織損傷[16]。成纖維細(xì)胞是黃韌帶的效應(yīng)細(xì)胞，IL-1β參與黃韌帶的肥厚病理過程主要是通過影響成纖維細(xì)胞數(shù)量及性質(zhì)來引起黃韌帶的纖維化。具體機(jī)制研究方面顯示IL-1β可上調(diào)成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達(dá)，誘導(dǎo)前列腺素E2(PGE2)的產(chǎn)生、參與炎癥反應(yīng)，參與腰椎黃韌帶內(nèi)微損傷后的瘢痕修復(fù)。此外，成纖維細(xì)胞可被IL-1β激活產(chǎn)生MMP-13來參與細(xì)胞外基質(zhì)的代謝[17]。人體黃韌帶膠原纖維主要由Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原組成，在離體黃韌帶成纖維細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)IL-1β刺激成纖維細(xì)胞48 h后Ⅰ型膠原mRNA和蛋白表達(dá)均高于對照組[4]。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)IL-1β與TNF-α可以通過核易位方式激活MAPK和NF-κB信號通路，促進(jìn)金屬蛋白酶基因表達(dá)，在促進(jìn)黃韌帶基質(zhì)變性方面發(fā)揮協(xié)同作用[18]。

3 白細(xì)胞介素-6

黃韌帶主要是由成纖維細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，白細(xì)胞介素-6(IL-6)主要影響成纖維細(xì)胞的增殖及細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維的增生。白細(xì)胞介素-6(IL-6)可由巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞等細(xì)胞分泌產(chǎn)生[19]。IL-6是慢性炎癥中最為常見的炎癥介質(zhì)之一，結(jié)締組織纖維化是一種慢性炎癥，IL-6在該慢性炎癥病理過程中的作用較為顯著[20]。在結(jié)締組織中IL-6可通過激活成纖維細(xì)胞和增加膠原蛋白表達(dá)誘導(dǎo)組織纖維化。黃韌帶肥厚的病理過程是結(jié)締組織纖維化的一種。IL-6在該組織內(nèi)可影響黃韌帶成纖維細(xì)胞的增殖、分化及細(xì)胞外的基質(zhì)代謝[21]。在IL-6與人黃韌帶組織關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)相對于促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖，IL-6在誘導(dǎo)黃韌帶膠原蛋白過度表達(dá)方面的作用更為顯著[22]。過表達(dá)的膠原蛋白增加了黃韌帶基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維構(gòu)成比，此種蛋白構(gòu)成的膠原纖維就會失去原始的致密規(guī)律的排列，紊亂錯綜的排列分布纖維逐漸導(dǎo)致黃韌帶基質(zhì)的性狀改變。Park等[4]的研究揭示了血管生成素樣蛋白2(Angptl2)在這一病理過程中的作用及其與IL-6的關(guān)系：Angptl2通過整合素a5b1/NF-κB信號通路促進(jìn)IL-6的表達(dá)，IL-6一方面發(fā)揮促進(jìn)黃韌帶成纖維細(xì)胞的增殖作用，另一方面可上調(diào)膠原蛋白的表達(dá)。黃韌帶肥厚的病理表現(xiàn)主要在于以下三個方面：1)成纖維細(xì)胞的增殖；2)細(xì)胞外基質(zhì)膠原纖維的增生；3)彈力纖維的降解。IL-6主要影響其前兩個方面，第三方面主要受黃韌帶組織內(nèi)基質(zhì)金屬蛋白酶的影響。

4 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)對腰椎黃韌帶的影響在于降解基質(zhì)中的彈力纖維?；|(zhì)金屬蛋白酶是一類鋅依賴性酶的超家族，其成員有降解或修飾細(xì)胞外基質(zhì)中彈力纖維、微纖維和蛋白多糖等成分的作用[23]。腰椎黃韌帶肥厚的病理改變中，基質(zhì)金屬蛋白酶對彈力纖維的降解過程起主要作用[24]。黃韌帶的彈力纖維核心區(qū)存在有許多微纖維，其在彈力纖維的結(jié)構(gòu)中的地位較為特殊。彈力纖維形成過程中，微纖維與彈力蛋白形成中心核結(jié)構(gòu)并相互鉚合形成“支架”，該支架引導(dǎo)彈力纖維，隨其分布形成規(guī)律且較為緊密的排列。黃韌帶肥厚發(fā)生時內(nèi)部彈力纖維發(fā)生改變，最顯著的特點(diǎn)在于中心核結(jié)構(gòu)的破壞及微纖維的減少。中心核結(jié)構(gòu)的代謝周期非常緩慢，因此彈力纖維結(jié)構(gòu)的重建或重塑較為困難[25]。MMPs可導(dǎo)致彈力纖維丟失、瘢痕重建與黃韌帶的肥厚密切相關(guān)，其中MMP-13的作用最為顯著，其能降解彈力纖維中的中心核、微纖維且阻止彈力纖維的再生，進(jìn)而影響了黃韌帶的結(jié)構(gòu)重塑[26]。除MMP-13外，該病理過程還涉及到基質(zhì)金屬蛋白酶家族的其他成員，MMP2和MMP9被證實同樣擁有降解彈力纖維的能力，而且MMP-13在此過程中可與MMP2和MMP9發(fā)揮協(xié)同作用。Bum-Joon-Kim等在人黃韌帶的體外實驗研究中發(fā)現(xiàn)MMP-13可以通過正反饋促進(jìn)MMP2和MMP9的表達(dá)，共同促進(jìn)降解黃韌帶彈力纖維的作用[18]。2型糖尿病患者體內(nèi)高糖代謝相關(guān)的炎癥環(huán)境下成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等受到刺激使得MMP-13高表達(dá)，使得該人群黃韌帶中彈力纖維的降解更加明顯，目前2型糖尿病被認(rèn)為是黃韌帶肥厚的高危因素[27]。

5 腫瘤壞死因子α

腫瘤壞死因子-α(TNF-α)對黃韌帶肥厚的影響主要在于黃韌帶基質(zhì)中的膠原纖維代謝。TNF-α是一種主要由活化的巨噬細(xì)胞分泌的多效炎癥因子。TNF-α是炎癥級聯(lián)反應(yīng)的始動因子，亦是炎癥反應(yīng)過程的關(guān)鍵性因子，該因子在炎癥部位的含量水平反應(yīng)著炎癥的嚴(yán)重程度[19]。近年來，TNF-α參與的炎癥反應(yīng)與黃韌帶肥厚的關(guān)系備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)腰椎肥厚黃韌帶內(nèi)的TNF-α含量與巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(MIF)的作用存在直接或間接的關(guān)系：一方面MIF是TNF-α的上游因子，其可直接促進(jìn)TNF-α在成纖維細(xì)胞及基質(zhì)中的表達(dá)；另一方面，MIF可抑制組織內(nèi)巨噬細(xì)胞的游走，聚集巨噬細(xì)胞的浸潤，進(jìn)而間接增加TNF-α的表達(dá)量[28]。除此之外，一些金屬蛋白酶是TNF-α的下游因子[29]。TNF-α通過正反饋作用促進(jìn)下游金屬蛋白酶的表達(dá)，進(jìn)一步加重黃韌帶基質(zhì)內(nèi)彈力蛋白的降解，共同作用于黃韌帶的肥厚。研究表明結(jié)締組織中TNF-α被抑制后，可阻礙組織纖維化的進(jìn)程[18]。黃韌帶的膠原纖維主要由I型膠原與Ⅲ型膠原構(gòu)成，前文所述IL-1β能促進(jìn)I型膠原的表達(dá)；TNF-α可促進(jìn)成纖維細(xì)胞Ⅲ型膠原的表達(dá)。因此，在多種因素引起的黃韌帶炎癥反應(yīng)中，TNF-α對黃韌帶肥厚的影響主要在黃韌帶的基質(zhì)部分。

6 巨噬細(xì)胞移動抑制因子

巨噬細(xì)胞移動抑制因子(MIF)是一種激活T細(xì)胞表達(dá)的可溶性多效因子，其可能是腰椎黃韌帶炎性肥厚的重要因素。除了激活T細(xì)胞外，成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、胰島β細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等也能分泌此種蛋白[30]。MIF具有抑制巨噬細(xì)胞的遷移，引起巨噬細(xì)胞在組織局部聚集的特性。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)MIF對成纖維細(xì)胞的增殖有明顯影響[31]。CD74和CXCR 2.4是公認(rèn)的MIF細(xì)胞膜表面受體，其中CD74與MIF結(jié)合對下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用最為顯著，最具代表性的是激活PI3K/Akt信號通路進(jìn)以促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡；CXCR2和MIF可促進(jìn)下游炎癥反應(yīng)，CXCR4與之結(jié)合后會表現(xiàn)出炎癥趨化作用[32-33]。因此MIF可以直接或間接地起到促炎和趨化作用，使得其參與的炎癥反應(yīng)呈現(xiàn)“放大效應(yīng)”。另外，MIF本身也是一種生長因子，因此MIF還具有明顯的促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用。黃韌帶肥厚是結(jié)締組織纖維化的過程，MIF是上述黃韌帶纖維化相關(guān)因子如TGF-β1、金屬蛋白酶、IL-1β等的上游因子[17，31，34]。魯齊林團(tuán)隊通過對肥厚黃韌帶中MIF含量的研究驗證人黃韌帶內(nèi)不僅含有MIF，而且2型糖尿病群體黃韌帶內(nèi)具有更高的表達(dá)，且MIF含量與黃韌帶厚度顯著正相關(guān)，為研究MIF與黃韌帶肥厚的炎癥關(guān)系提供了新的思路[35]。因此，MIF不僅可能直接促進(jìn)黃韌帶的退變，還可能通過提高黃韌帶纖維化因子的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮多種因子的“網(wǎng)絡(luò)”協(xié)同作用。

7 展望

腰椎黃韌帶是厚度小于4 mm的結(jié)締組織，其解剖結(jié)構(gòu)決定黃韌帶肥厚是腰椎管狹窄的重要病理因素。不論是力學(xué)因素還是代謝性物質(zhì)聚集介導(dǎo)生化損傷，炎癥反應(yīng)是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。因此，MIF、TNF-α、IL-6、IL-1β、MMP-13和TGF-β1等諸項纖維化炎癥介質(zhì)，可單獨(dú)作用于腰椎黃韌帶的肥厚，其間還存在交互作用。MIF是一種多效因子，不僅具有促炎作用，而且還可發(fā)揮趨化效能，使得MIF參與的炎癥反應(yīng)呈現(xiàn)出“放大效應(yīng)”。此外，MIF是諸多炎性介質(zhì)的上游因子。因此，腰椎黃韌帶肥厚是多種炎癥介質(zhì)參與的結(jié)締組織纖維化過程，MIF在其中的作用舉足輕重，值得進(jìn)一步研究。