抗炎藥與腰椎間盤突出癥研究進展

郟振杰 楊新明 丁棚輝

1.浙江省臺州市立醫(yī)院疼痛科，臺州，318000，中國

2.河北北方學院附屬第一醫(yī)院骨科，張家口，075000，中國

腰椎間盤突出癥（lumbar intervertebral disc herniation，LDH）是因椎間盤變性，纖維環(huán)破裂，髓核突出刺激或壓迫神經根、馬尾神經所表現(xiàn)出的一種綜合征［1］。腰椎間盤突出癥的癥狀包括腰痛、神經根疼痛、感覺異常、下肢麻木等，嚴重時可出現(xiàn)馬尾神經損傷，大小便障礙，甚至癱瘓。此外，椎間盤炎癥也可通過產生局部慢性炎癥和炎性因子導致椎間盤退變或突出［2］。隨著人口老齡化該病患病率日益升高［3］。

1 椎間盤突出中炎癥關鍵細胞及因子

椎間盤是人體內最大的無血管器官，由纖維環(huán)和髓核兩部分組成。纖維環(huán)的致密膠原纖維通過包繞髓核形成免疫系統(tǒng)生理屏障。除了這種生理屏障之外，由于Fas 配體的表達，椎間盤細胞還可以主動抵抗免疫細胞侵襲［4］。炎癥反應可誘導椎間盤局部代謝紊亂，其特征在于細胞外基質功能成分合成減少、分解代謝增加，并伴有代償性異常代謝激活［5］。代謝紊亂可導致椎間盤形態(tài)被破壞，功能完整性喪失，具有免疫原性的髓核細胞和周圍組織接觸，周圍炎性細胞募集至損傷的椎間盤組織后，釋放出大量炎癥相關因子和細胞外基質降解酶，還包括循環(huán)單核細胞和巨噬細胞的激活、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）釋放以及其他細胞因子如白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6，最終導致蛋白聚糖和膠原蛋白的產生減少，加重髓核細胞變性。同時，退化的椎間盤細胞和炎性細胞釋放過量神經營養(yǎng)因子，誘導椎間盤血管化，加劇了炎癥細胞的浸潤。大量的細胞因子也會增加神經的疼痛敏感性，進而加重了腰背部疼痛等臨床癥狀［6-7］。

椎間盤細胞已被鑒定為可產生多種細胞因子，包括IL-1α［8］、IL-1β［9］、IL-6［9-10］、IL-8［11］、IL-10［12］、TNF-α［13］、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）［14］、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）［15］和成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）［16］。環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）［17］和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）［18］也可以通過椎間盤細胞分泌。作為促炎因子，IL-1β在退化的椎間盤和小關節(jié)中高表達［17，19］，具有促進基質降解酶（如基質金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2），MMP-3和MMP-13）合成、導致蛋白聚糖和膠原蛋白的產生減少、誘導IL-6、COX-2 和PGE2表達［20］的特征。目前已發(fā)現(xiàn)許多途徑（Fig.1），例如核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）和有絲分裂原激活的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途徑等，在椎間盤炎癥因子產生和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）分解代謝中起重要作用［21-22］。

Fig.1 The mechanism of inflammatory associated lumbar disc herniation

2 抗炎藥物

2.1 甾體類抗炎藥

2.1.1 糖皮質激素

糖皮質激素可以通過抑制炎癥介質白三烯、前列腺素等的合成抑制炎癥反應；通過抑制巨噬細胞表達TNF-α、IL-1 和IL-6 等細胞因子，減輕炎癥級聯(lián)反應，同時可以降低脊神經根對炎癥介質的敏感性。硬膜外腔注射的糖皮質激素種類可分為顆粒型激素（如醋酸曲安奈德）和非顆粒型激素（如長效激素地塞米松）［23］。溫優(yōu)良等比較了曲安奈德和地塞米松治療LDH 的效果，通過評定2 組病人的M-JOA 評分與VAS 評分，結果表明曲安奈德療效強于地塞米松［24］。Tagowski等發(fā)現(xiàn)曲安奈德在重度腰椎神經根病中療效更好；對于輕度至中度疼痛，曲安奈德與地塞米松治療之間無明顯差異［25］。造成硬膜外注射非顆粒型激素療效較差的原因可能是非顆粒型激素在椎管內清除較快。Manchikanti 研究發(fā)現(xiàn)硬膜外注射糖皮質激素對治療椎間盤突出癥有較好的短期效果，而中長期效果欠佳［26］。但目前椎管內注射糖皮質激素的種類、劑量、頻率及聯(lián)合亦或不聯(lián)合局麻藥使用還缺乏統(tǒng)一標準。

2.1.2 雌激素

椎間盤突出與椎間盤退變密切相關，減緩椎間盤退變是目前研究的難點與熱點。雌激素在包括肌肉骨骼系統(tǒng)和結締組織在內的各種組織中發(fā)揮一系列生物學作用。雌激素在女性健康椎間盤的調節(jié)和功能維持過程中也起重要作用。絕經期雌激素水平降低對椎間盤結構有負面影響。盡管中青年男性腰椎間盤退變的發(fā)生率高于女性，但老年女性腰椎間盤退變的發(fā)生率高于同齡男性［27-28］。此外，與無卵巢切除術的女性相比，有卵巢切除史的女性退行性腰椎突出癥發(fā)生率高出近3 倍［29］。同時動物層面的大量實驗也證實了雌激素減退可導致腰椎間盤變性［30-32］。

雌激素受體（oestrogen receptor，ER）在所有椎間盤結構中表達，包括纖維環(huán)［33］、髓核［34-35］，但關于局部椎間盤組織中的雌激素水平未見報道。雌激素缺乏導致髓核細胞中TNF-α、IL-1β、IL-6 表達水平顯著增加。而雌激素替代療法可以降低炎性因子，調節(jié)氧化還原平衡，減輕椎間盤基質的降解［36-37］。雌激素可能通過調節(jié)髓核細胞中的P 物質水平影響促炎性細胞因子分泌［38］。也有研究表明抑制miR-203-3p 的表達后通過上調雌激素受體α抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的人椎間盤炎癥和變性［39］。雌激素也可通過調節(jié)ROS/NF-κB 通路緩解TNF-α誘導的髓核細胞早衰［35］。

2.2 非甾體抗炎藥（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs）

非甾體抗炎藥是一類具有鎮(zhèn)痛、解熱、抗炎和血小板抑制作用的異質有機酸。非甾體類抗炎藥作用機制與甾體類抗炎藥相比較為簡單，通過抑制催化花生四烯酸轉化為前列腺素關鍵酶—環(huán)氧化酶發(fā)揮抗炎作用［40］。目前已知COX 同工酶有兩種：COX-1 和COX-2。COX-1 作為一種“內務”酶，可維持正常的體內平衡，起到血管凝血和胃腸道保護作用；COX-2 主要由內毒素和細胞因子等促炎性因子選擇性誘導表達，在炎癥部位促進前列腺素產生，進而介導炎癥和疼痛反應［41］。關于NSAIDs 對椎間盤組織的作用存在爭議。在髓核細胞中，阿司匹林減少了脂多糖誘導的細胞氧自由基（ROS、NO）和炎性細胞因子（IL-1β、IL-6 和TNF-α）。體內實驗發(fā)現(xiàn)阿司匹林治療可防止椎間盤組織中COX-2 的丟失，降低MMP-3 和MMP-13 的表達水平，減少iNOS、COX-2、IL-1β和TNF-α的表達［42］。相反，其他研究表明NSAIDs 降低基質蛋白的合成，包括膠原蛋白和蛋白聚糖，進而抑制椎間盤修復。因此，需要進一步的證據充分評估NSAIDs 治療對椎間盤疾病的影響。

2.3 中藥

中藥方劑治療腰椎間盤突出癥，主要以補虛藥、活血化瘀藥、祛風濕藥類藥物為主［43］。補腎通痹湯可改善LDH 患者腰椎功能，降低炎癥反應CRP、TNF-α、IL-6 水平，減輕疼痛程度［44］。烏頭湯治療有助于降低腰椎間盤源性疼痛患者血清炎性因子水平（TNF-α、IL-6、IL-8），緩解疾病疼痛程度、增加直腿抬高角度［45］。芍藥甘草湯可抑制椎間盤組織中NF-κB 信號通路關鍵節(jié)點髓樣分化因子88（MyD88）、NF-κB P65 蛋白表達，進而降低兔血清炎癥因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表達，最終頸椎間盤細胞結構得以改善［46］。

2.4 生長因子和細胞因子

生長因子和細胞因子高度參與變性椎間盤疾病，因此是生物學治療的主要目標。TGF-β是參與細胞生長和發(fā)育早期調節(jié)的蛋白，其中TGF-β1、生長和分化因 子5（growth and differentiation factor 5，GDF-5）和GDF-6 在改善椎間盤炎癥方面具有潛在作用。

TGF-β1 可以下調IFN-γ和IL-1β介導的TNF-α表達，并拮抗TNF-α誘導的髓核細胞中Ⅰ型膠原和MMP3 的降解［47］。一項體內研究表明，椎間盤內注射TGF-β1 下調了CID 的表達，并緩解了大鼠椎間盤退行性改變，減輕大鼠盤源性疼痛［48］。TGF-β還可通過ERK1/2 信號通路發(fā)揮作用，這種信號通路可以被特定抑制劑所阻斷［47］。

GDF-5 參與骨骼和關節(jié)發(fā)育，GDF-5 缺陷導致蛋白多糖和Ⅱ型膠原水平下降，椎間盤組織學結構異常［49］。在大鼠髓核細胞中，GDF-5 的過表達抑制了LPS 誘導的TNF-α、IL-1β、PGE 2 和NO 的分泌，上調膠原Ⅱ和聚集蛋白聚糖水平，并抑制了LPS 誘導的NF-κB 信號的激活［50］。

GDF-6（BMP 13）在早期胚胎和脊柱中具有重要作用［51］。在椎間盤疾病中GDF-6 注射治療可以防止細胞外基質蛋白的流失，促進Ⅱ型膠原表達，并在髓核中保留更多的水分和細胞［52-53］。Miyazaki 等發(fā)現(xiàn)在兔椎間盤退行性疾病模型中，靜脈穿刺注射GDF-6 降低了TNF-α、IL-6、VEGF、COX-2 和NGF 的表達［54］。盡管TGF-β1、GDF-5 和GDF-6 能抑制椎間盤炎癥，但其安全性有待進一步的研究。

2.5 其他

微RNA（microRNA，miRNA）可以調節(jié)神經性和炎性疼痛。小型非編碼RNA 長度約為22 個核苷酸，基因組轉錄產生的初級miRNA 通過逐步切割形成小型非編碼成熟miRNA，再與互補靶標mRNA 的3’UTR（非翻譯區(qū)）結合發(fā)揮作用，這可能會導致轉錄后沉默或mRNA 降解。研究發(fā)現(xiàn)，由miR-17、miR-18a、miR-19a、miR-19b、miR-20a 和miR-92a 組成的miR-17-92 簇可以協(xié)同調節(jié)電壓門控的鉀通道，從而影響神經性疼痛狀況的發(fā)展［55］。而且，來自miR-17 家族的miR-17、miR-20a 和miR-106a 可能通過增加TNF 的產生來調節(jié)信號調節(jié)蛋白α（SIRPα）的合成和SIRPα介導的巨噬細胞的激活［56］。Hasvik 等發(fā)現(xiàn)血清中miR-17 水平和腰部神經根痛的強度之間存在一定關聯(lián)性，髓核中miR-17 的上調可能促進TNF 從循環(huán)免疫細胞（例如單核細胞）中局部釋放，miR-17 可能參與了腰椎間盤突出后神經根痛的病理生理學過程［57］。Moen 等發(fā)現(xiàn)在椎間盤突出后，從髓核釋放的miR-223 可以減弱疼痛通路中的神經元活動，這預示miR-223 的失調可能導致慢性腰神經根痛［58］。作為miRNA-146 家族成員的一員，miRNA-146a 通過抑制椎間盤中IL-10 的表達來抑制炎癥反應［59］。雖然miRNA 與神經性及炎癥性疼痛疾病的研究報道日漸增多，然而miRNA 調節(jié)炎癥方面大多處于基礎研究階段，距離真正臨床應用還很遙遠。

褪黑素是體內參與生物節(jié)律調節(jié)的天然激素。在體外受精中，褪黑素減少了由過氧化氫叔丁基引起的細胞凋亡，維持ECM 產生，并抑制髓核細胞中變性酶表達，包括MMP-13 和ADAMTS-5［60］。體外細胞培養(yǎng)和體內大鼠模型研究表明，褪黑素可通過抑制IL-1β/NF-κB-NLRP3 炎性體激活正反饋回路并下調線粒體活性氧來延緩IL-1β誘導的腰椎間盤退化和相關腰椎間盤疼痛進程［61］。褪黑素也可以增強膠原蛋白Ⅱ和蛋白聚糖的表達水平，下調MMP-3，調節(jié)IL-1β誘導的細胞外基質水平重塑［62］。以上研究表明褪黑素可能是椎間盤疾病潛在的臨床抗炎藥物。

間充質干細胞外泌體通過抑制炎癥介質和NLRP3炎性體的活化進而在病理性髓核細胞中發(fā)揮抗炎作用。此外，外泌體可能向髓核細胞提供線粒體蛋白，并且這種補充劑可以修復受損的線粒體，對椎間盤起到保護作用［63］。

3 小結

盡管目前已有大量腰椎間盤突出與炎癥相關的研究，但是眾多炎癥因子之間如何相互影響，細胞內信號傳導通路如何調控，炎癥如何影響椎間盤組織代謝與合成等問題有待進一步探究。只有從根源上認識椎間盤炎癥機制，才能為其治療提出科學的理論依據，為每個患者量身定制治療方案，真正做到個體化治療。