腰椎間盤突出伴坐骨神經(jīng)痛患者血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值關(guān)系及交互作用

張雪峰, 李 偉, 王士源, 袁光海

(青島市第八人民醫(yī)院1骨科, 2手足外科, 山東 青島 266100)

腰椎間盤突出(Lumbar disc herniation, LDH)是腰椎間盤髓核突出壓迫神經(jīng)組織而誘發(fā)的一系列癥狀。LDH發(fā)病與年齡、腰部過(guò)度負(fù)荷等因素有關(guān)。近年來(lái),LDH發(fā)病率顯著增加,且有年輕化趨勢(shì)[1]。數(shù)據(jù)顯示,超過(guò)80%的LDH患者出現(xiàn)坐骨神經(jīng)痛的癥狀[2]。腰椎間盤突出伴坐骨神經(jīng)痛(lumbar disc herniation sciatica, LDHS)會(huì)影響患者下肢感覺、肌力及神經(jīng)反射,甚至可出現(xiàn)神經(jīng)反射消失。手術(shù)時(shí)可見LDHS患者受累神經(jīng)根存在明顯水腫及炎癥,其發(fā)生機(jī)制可能與突出的髓核壓迫或牽張已有炎癥的神經(jīng)根致靜脈回流受阻,神經(jīng)組織缺氧缺血損傷致疼痛敏感性增加有關(guān)[3],但具體分子機(jī)制尚無(wú)定論,而進(jìn)一步揭示其發(fā)病機(jī)制對(duì)指導(dǎo)制定治療方案具有重要意義。

缺氧誘導(dǎo)因子-1α(Hypoxia induced factor-1α, HIF-1α)是機(jī)體氧代謝重要調(diào)節(jié)因子之一,能通過(guò)調(diào)節(jié)與細(xì)胞能量代謝等因子的生成而提高組織氧缺乏的適應(yīng)能力,是細(xì)胞氧穩(wěn)態(tài)的重要介質(zhì)[4]。2022年He等[5]發(fā)表的一項(xiàng)研究證實(shí),提高HIF-1α能通過(guò)減少線粒體功能障礙及痛覺過(guò)敏而改善神經(jīng)病理性疼痛。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)是在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)表達(dá)最豐富的VEGF家族成員,已有研究證實(shí),其表達(dá)水平與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及功能發(fā)揮的多個(gè)環(huán)節(jié)有關(guān)[6]。同時(shí)有研究表明,HIF-1α能通過(guò)作用于下游基因VEGFA而減輕神經(jīng)損傷,二者共同參與神經(jīng)損傷的修復(fù)過(guò)程[7]。本研究旨在探討LDHS患者血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關(guān)系及交互作用,現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象選取2020年5月至2023年2月在本院就診的126例LDHS患者作為病例組,另選取同期體檢健康者126例作為對(duì)照組。病例組男性96例,女性30例,年齡26～64歲,平均年齡(43.68±6.43)歲;體重指數(shù)(BMI)18～29 kg/m2,平均BMI(23.19±2.11) kg/m2;有吸煙史者41例。對(duì)照組男性87例,女性39例,年齡23～67歲,平均年齡(45.85±6.81)歲;BMI 18～29 kg/m2,平均BMI(23.28±2.12) kg/m2;有吸煙史者44例。兩組患者性別構(gòu)成比、年齡、BMI、有吸煙史等基線資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,具有可比性(P>0.05)。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批通過(guò)(批號(hào):20182)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)(1)納入標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)《腰椎間盤突出癥診療中國(guó)疼痛專家共識(shí)》[8]診斷確診LDHS:①下肢放射性疼痛,且疼痛部位符合對(duì)應(yīng)受累神經(jīng)支配區(qū)域;②直腿抬高試驗(yàn)、直腿抬高加強(qiáng)試驗(yàn)陽(yáng)性;③腰椎CT或磁共振提示椎間盤突出,受壓神經(jīng)與癥狀、體征受累神經(jīng)相符,符合上述3項(xiàng)即可診斷為L(zhǎng)DHS。(2)排除標(biāo)準(zhǔn):其他原因所致坐骨神經(jīng)痛;椎體畸形;脊椎功能障礙、脊柱結(jié)核、椎管內(nèi)腫瘤;精神疾病;認(rèn)知功能障礙;哺乳及妊娠期女性。

1.3 方法

1.3.1 血清HIF-1α、VEGFA水平檢測(cè) 病例組入院治療前,對(duì)照組體檢當(dāng)天均采取非抗凝真空管采集晨空腹肘靜脈血4 mL, 離心10 min (3 000 r/min, 半徑8 cm), 取上清, 用赫澎(上海)生物科技有限公司生物HIF-1α酶聯(lián)免疫試劑盒、VEGFA酶聯(lián)免疫試劑盒分別檢測(cè)HIF-1α、VEGFA水平。由同一資深檢驗(yàn)科技師參照對(duì)應(yīng)試劑盒說(shuō)明書步驟規(guī)范操作完成,HIF-1α、VEGFA均用對(duì)應(yīng)試劑盒規(guī)范檢測(cè)3次,取平均值。

1.3.2 痛閾值檢測(cè) 采用北京金洋萬(wàn)達(dá)科技有限公司JY-EP-S601型痛覺與痛閾儀測(cè)試臀部痛閾值,儀器測(cè)試頭面積約0.5 cm2,測(cè)量時(shí)垂直于臀部肌肉以3 N/s速率施力,囑患者測(cè)試點(diǎn)壓力感轉(zhuǎn)變?yōu)橥锤袝r(shí),向測(cè)試者報(bào)告,移除痛覺與痛閾儀記錄最大壓力值即為痛閾值。均由同一資深醫(yī)師規(guī)范操作完成,每例均檢測(cè)3次,檢測(cè)時(shí)間間隔30 s,最終取平均值作為檢測(cè)值,數(shù)值越低提示患者越易產(chǎn)生疼痛。

1.4 觀察指標(biāo)(1)對(duì)比兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值。(2)分析血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關(guān)系。(3)比較病例組不同情況患者痛閾值。(4)病例組進(jìn)行痛閾值的多元線性回歸分析。(5)分析HIF-1α、VEGFA對(duì)痛閾值的交互作用。

2 結(jié)果

2.1 兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值比較病例組血清HIF-1α、VEGFA水平高于對(duì)照組,痛閾值低于對(duì)照組(P<0.05)。見表1。

表1 兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值比較

2.2 血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關(guān)系經(jīng)Pearson相關(guān)系數(shù)分析,病例組血清HIF-1α(r=0.777,P<0.001)、VEGFA(r=0.822,P<0.001)水平與痛閾值呈正相關(guān),對(duì)照組血清HIF-1α(r=0.383,P<0.001)、 VEGFA(r=0.453,P<0.001)水平與痛閾值無(wú)明顯相關(guān)性。見圖1、2。

圖1 血清HIF-1α水平與痛閾值關(guān)系

圖2 血清VEGFA水平與痛閾值關(guān)系

2.3 病例組不同情況患者痛閾值比較不同性別、年齡、LDH病變部位、CT分型、是否飲酒、合并高血壓、合并高脂血癥患者痛閾值比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。BMI≥24 kg/m2、吸煙、LDH病程≥5年、伴發(fā)坐骨神經(jīng)痛病程≥24個(gè)月、合并糖尿病、血清HIF-1α水平<286 pg/mL、血清VEGFA水平<76 ng/mL的患者痛閾值相對(duì)較低(P<0.05)。見表2。

表2 病例組不同情況患者痛閾值比較

2.4 病例組痛閾值的多元線性回歸分析將BMI、吸煙、合并糖尿病、LDH病程、伴發(fā)坐骨神經(jīng)痛病程、血清HIF-1α及VEGFA水平納入多元線性回歸分析,結(jié)果顯示,BMI、吸煙、LDH病程、伴發(fā)坐骨神經(jīng)痛病程、合并糖尿病對(duì)痛閾值無(wú)顯著影響(P>0.05),血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值存在線性相關(guān)(P<0.05),擬合方程為Y=-0.409+0.004×HIF-1α+0.019×VEGFA,所有預(yù)測(cè)變量可解釋因變量的74.3%的方差。見表3。

表3 病例組痛閾值不考慮交互作用的多元線性回歸分析

2.5 HIF-1α、VEGFA對(duì)痛閾值的交互作用考慮交互作用,痛閾值的擬合方程為Y=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×VEGFA-0×HIF-1α×VEGFA,所有預(yù)測(cè)變量可解釋因變量的74.7%的方差。VEGFA的均值為76.35 ng/mL,此時(shí)痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×76.35-0.001×HIF-1α×76.35=0.975+0.062×HIF-1α;當(dāng)VEGFA的均值為65.77 ng/mL(少于均值的1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差值),此時(shí)痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×65.77=0.476+0.062×HIF-1α;當(dāng)VEGFA的均值為86.93 ng/mL(多于均值的1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差值),此時(shí)痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×86.93=1.471+0.062×HIF-1α,由圖3知,HIF-1α、VEGFA對(duì)痛閾值的影響存在相乘交互作用。見圖3、表4。

圖3 HIF-1α、VEGFA對(duì)痛閾值的交互作用

表4 病例組痛閾值交互作用的多元線性回歸分析

3 討論

LDHS是由腰椎間盤退行性病變所致,輕者影響患者日常生活,重者可致下肢肌肉萎縮、運(yùn)動(dòng)功能障礙。有研究顯示,個(gè)體的體感特征存在異質(zhì)性,而LDHS患者的機(jī)械痛閾值普遍較低[9]。本研究也發(fā)現(xiàn),病例組痛閾值低于對(duì)照組(P<0.05)。LDHS是一種神經(jīng)病理性疼痛,傷害性刺激會(huì)在損傷部位及附近組織或遠(yuǎn)端產(chǎn)生敏感性增強(qiáng)的疼痛或疼痛過(guò)敏區(qū)域造成更強(qiáng)的疼痛反應(yīng)[10],但該過(guò)程的具體分子機(jī)制尚未明確。

HIF-1α是細(xì)胞內(nèi)感知機(jī)體組織缺氧狀態(tài)并反應(yīng)性調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路適應(yīng)低氧的一種調(diào)控分子。近年隨著人們對(duì)HIF-1α研究認(rèn)識(shí)的深入,其在神經(jīng)元保護(hù)及修復(fù)中的作用也愈發(fā)受到廣大學(xué)者重視。賀儉[11]研究指出,HIF-1α能通過(guò)上調(diào)線粒體自噬而改善糖尿病神經(jīng)病理性疼痛小鼠的脊髓線粒體功能障礙,繼而減輕神經(jīng)病理性疼痛。本研究結(jié)果顯示,LDHS患者血清HIF-1α水平普遍升高,提示血清HIF-1α水平變化可能與LDHS發(fā)生有關(guān)。進(jìn)一步Pearson相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),血清HIF-1α水平與痛閾值呈正相關(guān)。結(jié)合現(xiàn)有研究分析相關(guān)機(jī)制,可能是LDHS的本質(zhì)是坐骨神經(jīng)受到髓核突出刺激或壓迫損傷后,脊髓背角感覺神經(jīng)元內(nèi)突觸效能增加以致中樞致敏,對(duì)痛覺敏感性升高,而此過(guò)程的發(fā)生發(fā)展涉及氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)等多個(gè)病理生理反應(yīng),眾多反應(yīng)不僅會(huì)誘發(fā)神經(jīng)細(xì)胞線粒體功能障礙,還會(huì)形成瀑布樣級(jí)聯(lián)反應(yīng),加劇神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的損傷,加重LDHS[12-13]。正常情況下,HIF-1α生成后被脯氨酰羥化后與腫瘤抑制蛋白結(jié)合而發(fā)生泛素化并經(jīng)泛素2蛋白酶小體途徑降解,缺氧時(shí),脯氨酰羥化酶活性被抑制,HIF-1α無(wú)法降解[14],而LDHS患者血清HIF-1α水平升高或可解釋為:當(dāng)LDHS發(fā)生時(shí),局部神經(jīng)組織細(xì)胞受炎性及氧化應(yīng)激影響發(fā)生線粒體功能障礙,氧氣利用率降低,受缺氧刺激,HIF-1α降解途徑被抑制的同時(shí)啟動(dòng)HIF-1α生成機(jī)制以適應(yīng)低氧狀態(tài),保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受缺氧損傷[15]。因此,血清HIF-1α高水平患者對(duì)痛覺敏感性低,表現(xiàn)LDHS癥狀較輕。上述研究說(shuō)明,HIF-1α可能與LDHS的發(fā)生存在密切關(guān)系。

此外,腰部神經(jīng)根的機(jī)械性及炎性損傷在LDHS的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[16]。VEGFA是在神經(jīng)組織內(nèi)廣泛分布的一種高度特異性促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子,其表達(dá)水平不僅與血管形成、細(xì)胞外基質(zhì)變性等有關(guān),還參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及功能發(fā)揮等多個(gè)環(huán)節(jié)。有研究表明,VEGFA能增加C纖維機(jī)械刺激感受器的敏感性,使疼痛信號(hào)傳遞增加[17]。但也有研究指出,當(dāng)歸四逆湯治療糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)痛可通過(guò)上調(diào)神經(jīng)組織VEGF表達(dá),升高痛閾值[18]。本研究顯示,病例組血VEGFA水平高于對(duì)照組(P<0.05),其升高程度與痛閾值呈正相關(guān),與上述研究存在一定差異。分析相關(guān)機(jī)制可能是由于疼痛是人體的一種保護(hù)機(jī)制,是機(jī)體組織出現(xiàn)疾病的警告,疾病去除則疼痛消失,而在不同疾病及同種疾病的不同階段,如疾病發(fā)生的早期階段,VEGFA可能會(huì)通過(guò)增加機(jī)體疼痛敏感性,隨治療的進(jìn)行VEGFA又參與血管新生及神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)等過(guò)程,通過(guò)促進(jìn)組織血供恢復(fù)而改善局部組織缺氧狀態(tài),抑制組織損傷[19-20]。本研究選取的患者病程較長(zhǎng),造成差異的原因可能與多數(shù)患者已進(jìn)行各種治療有關(guān)。進(jìn)一步多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn),血清HIF-1α、VEGFA表達(dá)與痛閾值存在線性相關(guān),尤其是VEGFA低表達(dá)時(shí),隨HIF-1α表達(dá)升高,患者痛閾值增加顯著,模型可解釋因變量74.7%的方差,提示該模型在對(duì)患者的病情評(píng)估中具有可靠?jī)r(jià)值?？紤]交互作用發(fā)現(xiàn),HIF-1α、VEGFA對(duì)痛閾值的影響存在相乘交互作用。分析可能是在脊柱過(guò)度負(fù)荷、吸煙等因素刺激下,坐骨神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生氧利用障礙時(shí),HIF-1α能刺激VEGFA等因子表達(dá)以提升神經(jīng)細(xì)胞對(duì)缺血缺氧狀態(tài)的耐受性并建立血氧微循環(huán),促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。由此說(shuō)明LDHS患者的痛閾值可能是由HIF-1α、VEGFA共同決定的。

綜上可知,HIF-1α、VEGFA與LDHS患者痛閾值關(guān)系密切,在對(duì)痛閾值影響中具有交互作用。