椎間盤(pán)退行性變過(guò)程中細(xì)胞類(lèi)型及病理生理變化的研究進(jìn)展

李富東，朱 健，孫凱強(qiáng)，孔凡奇，史建剛

海軍軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)征醫(yī)院骨科，上海 200003

腰背痛為常見(jiàn)病，50%～80%的成年人在一生中出現(xiàn)過(guò)腰背痛癥狀，嚴(yán)重影響患者生活［1］。椎間盤(pán)退行性變（IDD）是導(dǎo)致椎間盤(pán)源性腰痛的重要原因之一。IDD是指在年齡增長(zhǎng)過(guò)程中，椎間盤(pán)內(nèi)的髓核組織水分逐漸減少，椎間盤(pán)失去正常的彈性和張力，在外界因素（如損傷，勞累等）的作用下，纖維環(huán)結(jié)構(gòu)破壞，髓核組織結(jié)構(gòu)發(fā)生異常改變。IDD是一個(gè)慢性炎性狀態(tài)，發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中炎性因子顯著升高，基質(zhì)降解酶活性增高，血管神經(jīng)長(zhǎng)入發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)［2］。更重要的是椎間盤(pán)基質(zhì)中的炎性因子吸引炎性相關(guān)細(xì)胞進(jìn)入發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)，炎性細(xì)胞又刺激椎間盤(pán)細(xì)胞產(chǎn)生更多的促炎細(xì)胞因子，加速I(mǎi)DD的發(fā)展。

IDD是一個(gè)多因素的脊柱病理過(guò)程，同時(shí)在退行性變過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能異常改變。細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位；椎間盤(pán)細(xì)胞的種類(lèi)、數(shù)量、功能等與椎間盤(pán)的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。因此，在人體生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老過(guò)程中，椎間盤(pán)細(xì)胞的類(lèi)型和病理生理變化對(duì)判斷椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)具有重要意義。本文分析了近年國(guó)內(nèi)外關(guān)于IDD發(fā)展過(guò)程中其內(nèi)部細(xì)胞類(lèi)型變化及相關(guān)分子機(jī)制的研究，就椎間盤(pán)細(xì)胞特征及IDD過(guò)程中細(xì)胞的異常改變進(jìn)行總結(jié)，包括IDD過(guò)程中椎間盤(pán)細(xì)胞種類(lèi)、數(shù)量、功能、細(xì)胞密度、細(xì)胞增殖和衰老死亡等的改變，旨在為未來(lái)IDD的預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。

1 正常椎間盤(pán)細(xì)胞的組成與功能

1.1 脊索細(xì)胞

脊索細(xì)胞在胎兒早期是常見(jiàn)細(xì)胞，但隨著年齡增長(zhǎng)，脊索細(xì)胞數(shù)量逐漸減少，衰老死亡的脊索細(xì)胞數(shù)量逐漸增多，4～10歲逐漸無(wú)法檢測(cè)到，髓核內(nèi)脊索細(xì)胞的凋亡提示IDD的開(kāi)始［3］。脊索細(xì)胞具有較強(qiáng)的合成蛋白多糖的功能，而蛋白多糖具有與水結(jié)合的能力，所以脊索細(xì)胞可能負(fù)責(zé)維持髓核的凝膠狀態(tài)［4］。Kim等［5］的研究表明，脊索細(xì)胞具有抗炎、抗凋亡和神經(jīng)抑制作用。Aguiar等［6］認(rèn)為，脊索細(xì)胞引導(dǎo)鄰近的間充質(zhì)細(xì)胞遷移至椎間盤(pán)，并分化生成髓核組織，最終形成椎間盤(pán)組織。成人髓核組織中脊索細(xì)胞的減少和消失可能與IDD的發(fā)生有關(guān)。

1.2 髓核細(xì)胞

脊索細(xì)胞誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞向類(lèi)髓核細(xì)胞定向分化，形成髓核細(xì)胞［7］。髓核細(xì)胞在形態(tài)和功能上與軟骨細(xì)胞相似，組織切片上髓核細(xì)胞呈圓形或類(lèi)圓形，位于陷窩中［8］。髓核細(xì)胞由中胚層的軸中胚層，即脊索，分化而來(lái)，屬于纖維軟骨細(xì)胞，而軟骨細(xì)胞由中胚層的脊索旁中胚層的生骨節(jié)分化而來(lái)，屬于透明軟骨［9］。髓核細(xì)胞可以合成并分泌多種活性分子：Ⅱ型膠原蛋白和蛋白多糖等。髓核細(xì)胞所合成的基質(zhì)成分極具親水性，使髓核組織富含水分并極具黏彈性，因而能夠有效吸收載荷，并能將載荷均勻分散到纖維環(huán)。

1.3 軟骨細(xì)胞

椎間盤(pán)的軟骨終板是椎間盤(pán)主要的營(yíng)養(yǎng)滲透途徑之一。軟骨終板主要由透明軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，是維持脊柱生物力學(xué)穩(wěn)定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。軟骨終板細(xì)胞外基質(zhì)具有保持軟骨水分、維持組織張力和緩沖機(jī)械應(yīng)力的作用［10］。生理范圍內(nèi)的流體靜壓可能是刺激椎間盤(pán)細(xì)胞合成基質(zhì)的因素之一；過(guò)高或者過(guò)低的應(yīng)力都可導(dǎo)致終板軟骨細(xì)胞合成基質(zhì)與基質(zhì)降解失衡［11］。在異常應(yīng)力作用下，終板軟骨細(xì)胞發(fā)生損傷、死亡，使得細(xì)胞外基質(zhì)平衡破壞，導(dǎo)致軟骨終板營(yíng)養(yǎng)彌散功能障礙，最終軟骨終板發(fā)生鈣化，被骨組織取代。軟骨終板發(fā)生破裂、鈣化進(jìn)而引起椎間盤(pán)營(yíng)養(yǎng)彌散通路障礙，直接導(dǎo)致椎間盤(pán)因營(yíng)養(yǎng)供給不足而發(fā)生退行性變、鈣化，甚至使代謝產(chǎn)物積聚于椎間盤(pán)內(nèi)，激活椎間盤(pán)內(nèi)的分解酶，導(dǎo)致基質(zhì)破壞，細(xì)胞代謝障礙、死亡。

1.4 纖維環(huán)細(xì)胞

纖維環(huán)是一種高度纖維化且排列有序的結(jié)構(gòu)，可分為內(nèi)層纖維環(huán)和外層纖維環(huán)。內(nèi)層纖維環(huán)主要由圓形的纖維軟骨細(xì)胞合成的Ⅱ型膠原組成，外層纖維環(huán)主要由細(xì)長(zhǎng)的成纖維細(xì)胞合成的Ⅰ型膠原組成［12］，這些纖維排列成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以抵抗機(jī)械應(yīng)力。有研究［13］報(bào)道，纖維環(huán)細(xì)胞來(lái)自Scx+Sox-9+祖細(xì)胞群體，外層細(xì)胞主要是細(xì)長(zhǎng)紡錘樣的成纖維樣細(xì)胞；內(nèi)層細(xì)胞與軟骨細(xì)胞類(lèi)似，也產(chǎn)生Ⅱ型膠原；層間基質(zhì)有復(fù)雜的彈性纖維和橋接結(jié)構(gòu)。纖維環(huán)外層存在一層表達(dá)CD146和轉(zhuǎn)膠蛋白（SM22a）的細(xì)胞，這些CD146+的細(xì)胞可能是常駐干細(xì)胞，在傷口愈合和收縮中起重要作用［14］。隨著年齡增長(zhǎng)，干細(xì)胞的檢測(cè)標(biāo)志物逐漸降低，這可能與成人椎間盤(pán)損傷后修復(fù)能力降低相關(guān)［14］。纖維環(huán)細(xì)胞對(duì)纖維環(huán)結(jié)構(gòu)的形成和維持具有重要意義。在IDD過(guò)程中，纖維環(huán)細(xì)胞逐漸衰老死亡，使纖維環(huán)結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而加速I(mǎi)DD。

2 發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中細(xì)胞的組成與功能

2.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞

正常狀態(tài)下，椎間盤(pán)是無(wú)血管組織，通過(guò)鄰近的椎體終板和周?chē)w維環(huán)的微血管擴(kuò)散來(lái)接收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和排出廢物。但在IDD過(guò)程中，微血管形成并長(zhǎng)入纖維環(huán)內(nèi)層，甚至髓核組織。椎間盤(pán)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)異常被認(rèn)為是引起IDD的主要原因［15］。髓核細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要通過(guò)軟骨終板內(nèi)的微血管彌散至終板及髓核基質(zhì)到達(dá)髓核細(xì)胞。Rodriguez等［16］的研究表明，終板硬化不是導(dǎo)致IDD的根本因素；通過(guò)對(duì)終板形態(tài)和終板退行性變之間的定量關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，IDD過(guò)程中終板的微孔變得越來(lái)越多。Xu等［17］的研究表明，IDD過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)減少的原因不是終板鈣化和硬化，而是終板微血管密度的降低。IDD過(guò)程中，血管內(nèi)皮細(xì)胞逐漸凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致終板微血管密度降低［17］。髓核內(nèi)所含有的蛋白多糖具有抑制血管長(zhǎng)入的作用［18］。IDD時(shí)，髓核內(nèi)聚蛋白多糖成分減少，促進(jìn)血管長(zhǎng)入的因素增多，導(dǎo)致新生血管長(zhǎng)入并深達(dá)髓核，引起椎間盤(pán)源性腰痛，并且隨著血管化程度增強(qiáng)，IDD程度也逐漸加重（圖1）。

圖1 正常椎間盤(pán)與發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)對(duì)比

2.2 神經(jīng)纖維細(xì)胞

新生兒腰椎椎間盤(pán)終板和纖維環(huán)上有許多致密的神經(jīng)纖維。隨著年齡增長(zhǎng)，這些神經(jīng)纖維逐漸退化，僅剩下纖維環(huán)外部部分［19］，正常成人腰椎椎間盤(pán)纖維環(huán)內(nèi)側(cè)區(qū)域不再存在神經(jīng)結(jié)構(gòu)［20］（圖1）。Palmgren等［21］發(fā)現(xiàn)，在正常成人腰椎椎間盤(pán)外層纖維環(huán)中存在交感神經(jīng)纖維標(biāo)志物——神經(jīng)肽Y，和感覺(jué)神經(jīng)纖維標(biāo)志物——P物質(zhì)。提示椎間盤(pán)外層纖維有交感神經(jīng)和脊神經(jīng)支配。2003年，F(xiàn)agan等［22］通過(guò)定量研究發(fā)現(xiàn)，正常椎間盤(pán)外層纖維環(huán)和終板間的神經(jīng)密度分布無(wú)顯著差異。椎間盤(pán)一旦發(fā)生病變，神經(jīng)纖維在纖維環(huán)形成新的分布，病變部位的神經(jīng)纖維分布密度增高［23］。有研究［24］發(fā)現(xiàn)，分布在椎間盤(pán)中的神經(jīng)纖維來(lái)源于背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元。這些神經(jīng)元可以根據(jù)細(xì)胞直徑、神經(jīng)遞質(zhì)類(lèi)型和不同的細(xì)胞骨架成分進(jìn)行分類(lèi)。支配腰椎椎間盤(pán)的背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元主要是小細(xì)胞神經(jīng)元，這種小細(xì)胞神經(jīng)元發(fā)出支配腰椎椎間盤(pán)的纖維［24］。而小細(xì)胞來(lái)源的神經(jīng)纖維主要是損傷性神經(jīng)纖維，這就構(gòu)成了椎間盤(pán)源性腰背痛的解剖學(xué)基礎(chǔ)。

IDD過(guò)程中神經(jīng)纖維形成并進(jìn)入纖維環(huán)內(nèi)層和髓核是椎間盤(pán)源性腰背痛的主要神經(jīng)機(jī)制。神經(jīng)纖維可以沿著發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)裂隙中的肉芽組織生長(zhǎng)，這些神經(jīng)纖維可逐漸深入到纖維環(huán)深部，甚至進(jìn)入髓核［25］（圖1）。IDD過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)胞因子是誘導(dǎo)神經(jīng)末梢向發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)生長(zhǎng)的重要因素。例如，正常椎間盤(pán)髓核和纖維環(huán)細(xì)胞中存在少量神經(jīng)生長(zhǎng)因子和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF），但椎間盤(pán)源性腰背痛患者發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中BDNF和神經(jīng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)明顯增加［26］。因此，IDD過(guò)程中可能會(huì)有神經(jīng)纖維的長(zhǎng)入，并且神經(jīng)纖維末梢受到椎間盤(pán)內(nèi)物質(zhì)刺激后產(chǎn)生疼痛感覺(jué)。

2.3 巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出廣泛的促炎、重塑和抗炎功能的動(dòng)態(tài)表型譜，這些功能是急、慢性疾病的關(guān)鍵因素［27］。在對(duì)急性損傷的反應(yīng)中，巨噬細(xì)胞在初期（0～3 d）迅速?gòu)拇傺谞顟B(tài)（M1表型）轉(zhuǎn)變?yōu)殡S后（4～18 d）抗炎狀態(tài)（M2表型）［27］。M1表型巨噬細(xì)胞對(duì)啟動(dòng)血管生成至關(guān)重要［28］。M2表型巨噬細(xì)胞進(jìn)一步細(xì)分為M2a和M2c表型，M2c表型具有重塑功能，因?yàn)槠浞置诖罅炕|(zhì)金屬蛋白酶-7（MMP-7），MMP-8，MMP-9［29］。盡管M2c表型巨噬細(xì)胞有助于組織修復(fù)［30］，但這些細(xì)胞也與一些病理性退行性變疾病有關(guān)，如脊柱關(guān)節(jié)病、肌腱疾病、慢性靜脈潰瘍等。M2a表型與抗炎、促進(jìn)愈合功能相關(guān)，但也和纖維化疾病相關(guān)，如肺纖維化、腎纖維化和腺體纖維化等。M1和M2c表型巨噬細(xì)胞隨著IDD程度的加重而增多，在椎間盤(pán)的結(jié)構(gòu)紊亂區(qū)域（髓核）尤其明顯［27］（圖1）。M1表型分泌高水平促炎因子，如TNF-α和IL-1β；M2c表型產(chǎn)生較高水平的MMP，而MMP與細(xì)胞外基質(zhì)重塑相關(guān)；抗炎的M2a表型與組織修復(fù)的最后階段相關(guān)［28］。在體實(shí)驗(yàn)［31］表明，髓核組織暴露于纖維環(huán)和背根神經(jīng)節(jié)會(huì)招募更多的巨噬細(xì)胞。椎間盤(pán)嚴(yán)重退行性變區(qū)域出現(xiàn)大量含有巨噬細(xì)胞表型標(biāo)志物的細(xì)胞，表明巨噬細(xì)胞在IDD損傷和愈合過(guò)程中發(fā)揮重要作用。巨噬細(xì)胞在椎間盤(pán)損傷修復(fù)不同階段中表現(xiàn)出的不同表型有利于維持椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。

2.4 T淋巴細(xì)胞

正常成人椎間盤(pán)內(nèi)沒(méi)有T淋巴細(xì)胞，但發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中能檢測(cè)出T淋巴細(xì)胞［32］。胚胎發(fā)育成熟后，外層纖維環(huán)將椎間盤(pán)組織與血液循環(huán)隔離，從而形成了椎間盤(pán)自身免疫的基礎(chǔ)。纖維環(huán)同心層由交替排列的傾斜膠原纖維和蛋白多糖構(gòu)成，軟骨終板含有蛋白多糖和膠原蛋白，高濃度蛋白多糖結(jié)構(gòu)抑制了血管生長(zhǎng)，因此，纖維環(huán)和軟骨終板及免疫調(diào)節(jié)相關(guān)分子可視為血液-髓核屏障，該屏障將髓核與人體的免疫系統(tǒng)分隔開(kāi)來(lái)［33］。IDD過(guò)程中，纖維環(huán)或終板的破壞使此屏障被打破，導(dǎo)致血管以機(jī)械或化學(xué)誘導(dǎo)的形式逐漸長(zhǎng)入，髓核的免疫反應(yīng)會(huì)引發(fā)各種下游級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而引起髓核脫出、神經(jīng)受壓導(dǎo)致的下肢疼痛等一系列改變。髓核組織接觸循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)皮細(xì)胞成分后，髓核內(nèi)T淋巴細(xì)胞增加［34］（圖1）。IDD早期，T細(xì)胞活化，細(xì)胞毒性T細(xì)胞改變椎間盤(pán)內(nèi)細(xì)胞溶酶體膜通透性，進(jìn)而釋放溶酶體酶，損傷細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)［35］。T細(xì)胞在椎間盤(pán)的聚集可能與IDD形成惡性循環(huán)，從而加速I(mǎi)DD發(fā)展。

2.5 肥大細(xì)胞

正常椎間盤(pán)內(nèi)無(wú)肥大細(xì)胞存在，但長(zhǎng)入椎間盤(pán)的肉芽組織中可檢測(cè)到較多肥大細(xì)胞［36］（圖1）。肥大細(xì)胞在發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中脫顆粒，進(jìn)而促進(jìn)炎性反應(yīng)、血管生成和疼痛；肥大細(xì)胞還可激活成纖維細(xì)胞并使其增殖，在組織纖維化過(guò)程中起作用［37］。肥大細(xì)胞可以產(chǎn)生神經(jīng)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)神經(jīng)長(zhǎng)入椎間盤(pán)的內(nèi)層，從而導(dǎo)致椎間盤(pán)源性腰痛［38］。肥大細(xì)胞通過(guò)成纖維細(xì)胞刺激膠原酶形成，膠原酶增多可破壞椎間盤(pán)細(xì)胞外基質(zhì)及膠原組織，使髓核中蛋白多糖減少及纖維中膠原強(qiáng)度降低［39］，最終加速I(mǎi)DD發(fā)展。

3 IDD過(guò)程中細(xì)胞的變化

3.1 細(xì)胞類(lèi)型

不同類(lèi)型的細(xì)胞分布在椎間盤(pán)的不同區(qū)域，軟骨終板細(xì)胞主要由圓形軟骨細(xì)胞組成，外層纖維環(huán)細(xì)胞呈長(zhǎng)條形或成纖維細(xì)胞樣，纖維環(huán)最內(nèi)層和髓核內(nèi)的細(xì)胞則呈球形或軟骨細(xì)胞樣。在IDD過(guò)程中，軟骨終板和纖維環(huán)的細(xì)胞類(lèi)型基本不發(fā)生變化，髓核內(nèi)細(xì)胞類(lèi)型發(fā)生巨大變化［40-41］。正常椎間盤(pán)中，髓核中的細(xì)胞類(lèi)型為脊索細(xì)胞、髓核細(xì)胞，纖維環(huán)中為纖維環(huán)細(xì)胞，軟骨終板中為軟骨細(xì)胞；發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)組織中，同時(shí)出現(xiàn)了巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞等。

3.2 細(xì)胞數(shù)量

在IDD過(guò)程中，椎間盤(pán)內(nèi)活細(xì)胞數(shù)量減少、密度降低，椎間盤(pán)細(xì)胞數(shù)量的變化是波動(dòng)的而不是線性的。有研究［42］發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長(zhǎng)，椎間盤(pán)細(xì)胞密度顯著降低，并伴有水分減少等早期IDD特征。在經(jīng)過(guò)早期的椎間盤(pán)細(xì)胞數(shù)量短暫減少后，椎間盤(pán)細(xì)胞密度逐漸增加。Ishii等［43］也發(fā)現(xiàn)，隨著內(nèi)層纖維環(huán)退行性變程度的加重，細(xì)胞密度相應(yīng)增加。Hastreiter等［44］也認(rèn)為，在內(nèi)層纖維環(huán)和髓核中，Ⅴ級(jí)退行性變的椎間盤(pán)細(xì)胞密度高于退行性變程度更輕的椎間盤(pán)。但以上報(bào)道未深入研究增加的細(xì)胞的活力。由于在光鏡下死細(xì)胞與活細(xì)胞相似，所以在IDD過(guò)程中，髓核和纖維環(huán)中活細(xì)胞數(shù)量總體是降低的。

3.3 衰老死亡細(xì)胞數(shù)量

髓核和纖維環(huán)內(nèi)層的細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)主要依賴(lài)軟骨終板的營(yíng)養(yǎng)彌散。幾乎所有軟骨終板的血管在兒童時(shí)期消失，并且終板厚度隨著年齡增長(zhǎng)而逐漸變薄，這些改變都會(huì)影響椎間盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)及椎間盤(pán)細(xì)胞的活力。在動(dòng)物模型中可以觀察到，異常的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致IDD和椎間盤(pán)細(xì)胞死亡。IDD進(jìn)程中，椎間盤(pán)內(nèi)衰老死亡細(xì)胞數(shù)量呈持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)［45］（圖1）。衰老死亡的細(xì)胞釋放出炎性因子，促進(jìn)椎間盤(pán)局部的炎性反應(yīng)，這可能是加速I(mǎi)DD發(fā)生發(fā)展的因素之一。

3.4 細(xì)胞增殖

許多研究表明，IDD過(guò)程中軟骨細(xì)胞的增殖活性增強(qiáng)。Miyamoto等［46］的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠頸椎病模型中，頸椎椎間盤(pán)有不同程度的軟骨組織增生。Johnson等［47］發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞增殖常出現(xiàn)在發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中，特別是在細(xì)胞簇聚集區(qū)域。在人腰椎IDD過(guò)程中，軟骨細(xì)胞數(shù)量和大小均增加，所以部分研究者將細(xì)胞增殖作為IDD的指標(biāo)之一。雖然發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中總的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)是減少的，但由于神經(jīng)和血管的長(zhǎng)入，使椎間盤(pán)內(nèi)局部營(yíng)養(yǎng)相對(duì)增加，因此，新生血管的長(zhǎng)入可能是發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中出現(xiàn)局部細(xì)胞增殖的原因之一。

3.5 細(xì)胞衰老

椎間盤(pán)細(xì)胞的衰老可能是IDD發(fā)生的原因之一。細(xì)胞停止分化后就會(huì)開(kāi)始衰老，主要有2種機(jī)制，一種是細(xì)胞反復(fù)分裂導(dǎo)致細(xì)胞染色體端?？s短而引起的細(xì)胞衰老［48］，椎間盤(pán)細(xì)胞分裂次數(shù)越多就越接近衰老狀態(tài)；另一種是應(yīng)激損傷DNA分子導(dǎo)致的細(xì)胞衰老，應(yīng)激因素包括活性氧、機(jī)械負(fù)荷、細(xì)胞因子等。有研究［49］表明，與衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶在突出椎間盤(pán)的髓核成簇細(xì)胞中，隨著IDD程度的增加，β-半乳糖苷酶表達(dá)也逐漸增加。

3.6 細(xì)胞表型

細(xì)胞表型改變包括形態(tài)、代謝、對(duì)環(huán)境的反應(yīng)、基因表達(dá)等方面。衰老的椎間盤(pán)細(xì)胞通常會(huì)發(fā)生細(xì)胞表型的改變，其中一部分表型的改變可能是可逆的，如在人發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)細(xì)胞中Ⅱ型和Ⅹ型膠原蛋白基因表達(dá)明顯下降，但在三維環(huán)境下重新培養(yǎng)時(shí)，這些基因均重新表達(dá)；不可逆的表型改變包括細(xì)胞壞死、凋亡等。在IDD過(guò)程中，椎間盤(pán)細(xì)胞合成髓核基質(zhì)成分的能力下降，分解代謝增強(qiáng)，生長(zhǎng)因子和炎性因子等的分泌發(fā)生改變。在IDD過(guò)程中，椎間盤(pán)細(xì)胞會(huì)發(fā)生形態(tài)變化。據(jù)報(bào)道，正常情況下椎間盤(pán)細(xì)胞為梭形，但在IDD過(guò)程中，纖維環(huán)細(xì)胞逐漸變?yōu)閳A形，形態(tài)類(lèi)似于軟骨細(xì)胞［50］。機(jī)械應(yīng)力負(fù)荷是導(dǎo)致椎間盤(pán)細(xì)胞表型改變的重要因素之一。生理水平的機(jī)械應(yīng)力促進(jìn)椎間盤(pán)細(xì)胞中蛋白多糖和金屬蛋白酶組織抑制因子-1（TIMP-1）的產(chǎn)生，然而過(guò)高或過(guò)低的應(yīng)力則導(dǎo)致蛋白多糖和TIMP-1合成降低［51］。異常的機(jī)械應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致椎間盤(pán)細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子。不平衡的應(yīng)力加速大鼠IDD，增強(qiáng)IL-1β的產(chǎn)生［52］。纖維環(huán)在正常椎間盤(pán)中承受張力呈梭形，而在發(fā)生退行性變的椎間盤(pán)中承受更多的壓力呈圓形，這與肌腱中的細(xì)胞承受張力呈梭形，關(guān)節(jié)軟骨中的細(xì)胞承受壓力呈圓形原理一致。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

綜上，椎間盤(pán)細(xì)胞在IDD過(guò)程中細(xì)胞會(huì)發(fā)生類(lèi)型改變、密度改變、增殖、衰老、死亡和表型改變等多種變化，其中數(shù)量減少和表型改變是最重要的變化。細(xì)胞的異常變化常伴隨著異常細(xì)胞因子（促炎因子、趨化因子、細(xì)胞衰老凋亡相關(guān)因子等）的產(chǎn)生，這些異常改變可以作用于鄰近的正常椎間盤(pán)細(xì)胞并使之衰老、凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)和功能變化，使椎間盤(pán)在一般強(qiáng)度的體內(nèi)、外環(huán)境因素的作用下即發(fā)生損傷，因而形成IDD的惡性循環(huán)。另外，椎間盤(pán)中細(xì)胞外基質(zhì)合成與降解的平衡對(duì)于椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)與功能的維持至關(guān)重要。在IDD過(guò)程中，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成的因素（如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子）與促進(jìn)降解的因素（如MMP）失衡，使細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原和蛋白多糖的降解增加，引起椎間盤(pán)內(nèi)部緩沖機(jī)械應(yīng)力的能力降低，導(dǎo)致椎間盤(pán)細(xì)胞損傷和炎性反應(yīng)，加速細(xì)胞衰老、凋亡，從而使椎間盤(pán)更易遭到機(jī)械力的破壞。IDD是遺傳因素與環(huán)境因素共同造成的，不同的因素對(duì)椎間盤(pán)損傷的分子機(jī)制也可能有較大差異，深入研究IDD的細(xì)胞分子機(jī)制對(duì)于其預(yù)防和治療具有十分重要的意義。