顏夏衛(wèi) 王澤 沈欽榮

TNF-α在腰椎間盤(pán)退變中作用的研究進(jìn)展

顏夏衛(wèi) 王澤 沈欽榮

腰椎間盤(pán)退變是指腰椎間盤(pán)各部分組織發(fā)生老化退變產(chǎn)生以下腰痛和下肢神經(jīng)根性疼痛為主要癥狀的一類疾病，主要受衰老、機(jī)械壓迫、遺傳、自身免疫等因素影響。目前腰椎間盤(pán)退變的確切機(jī)制尚無(wú)定論，但大量研究表明退變的腰椎間盤(pán)組織中存在炎性細(xì)胞及炎性介質(zhì)的高表達(dá)［1］，其中腫瘤壞死因子α（TNF-α）發(fā)揮重要作用。作者對(duì)TNF-α在腰椎間盤(pán)退變中的作用作一綜述。

1　TNF-α的生物學(xué)特征及功能

1975年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)一種能使多種腫瘤發(fā)生出血性壞死的物質(zhì)，稱之為腫瘤壞死因子（TNF），其包括TNF-α 和TNF -β兩個(gè)亞型［2］。其中，TNF-α是一種具有多種生物學(xué)效應(yīng)的細(xì)胞因子，其主要由活化的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，其前體由233個(gè)氨基酸組成，其中包含76個(gè)氨基酸殘基組成的信號(hào)肽，主要由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。TNF-α能調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，產(chǎn)生多種免疫介質(zhì)參與 B細(xì)胞及T細(xì)胞免疫過(guò)程，殺傷或抑制腫瘤細(xì)胞。其次，TNF-α能促進(jìn)中性粒細(xì)胞粘附至血管內(nèi)皮細(xì)胞上，刺激機(jī)體局部炎癥反應(yīng)。TNF-α還可促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，對(duì)腫瘤細(xì)胞具有生長(zhǎng)因子樣作用。因此，TNF-α對(duì)于維持機(jī)體內(nèi)壞境穩(wěn)定，新陳代謝和免疫系統(tǒng)等方面具有重要意義。

2　TNF-α在腰椎間盤(pán)退變中的作用

椎間盤(pán)由上下軟骨終板、髓核、纖維環(huán)三部分組成，主要成分包括蛋白多糖，膠原和水。有研究表明，TNF-α能夠直接或間接產(chǎn)生各種炎癥反應(yīng)，激活基質(zhì)降解酶，誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)的分解及椎間盤(pán)細(xì)胞的衰老和凋亡，加速腰椎間盤(pán)組織的退變，病理變化主要表現(xiàn)為髓核和纖維環(huán)細(xì)胞變性，壞死，軟骨終板變薄、破裂，引起椎間盤(pán)源性腰痛［3］。一方面，椎間盤(pán)的各種不良應(yīng)力，機(jī)械性損傷等多種因素均會(huì)刺激單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞分泌TNF-α。大量的TNF-α的產(chǎn)生和釋放通過(guò)上調(diào)基質(zhì)金屬酶活性、增強(qiáng)中性粒細(xì)胞改變內(nèi)皮細(xì)胞的通透性、抑制膠原和蛋白多糖的合成等多種形式破壞機(jī)體內(nèi)環(huán)境的免疫平衡，從而產(chǎn)生病理效應(yīng)，參與椎間盤(pán)各組織退變當(dāng)中。另一方面，TNF-α自身具有正反饋效應(yīng)［4］，退變的椎間盤(pán)組織可促進(jìn)其他炎性因子的表達(dá)，各種炎性因子間相互作用，又不斷持續(xù)產(chǎn)生TNF-α，形成一個(gè)惡性循環(huán)，加速椎間盤(pán)退變。杜偉等［5］發(fā)現(xiàn)退變的椎間盤(pán)組織中，TNF-α的表達(dá)與椎間盤(pán)退變呈正相關(guān)趨勢(shì)，這也表明TNF-α是腰椎間盤(pán)退變過(guò)程中的一個(gè)重要致炎因子。

2.1TNF-α在終板軟骨退變中的作用 終板軟骨異常變化與腰椎間盤(pán)退變有著密切的關(guān)系。軟骨終板覆蓋整個(gè)髓核和部分纖維環(huán)，由軟骨細(xì)胞和細(xì)胞基質(zhì)組成，調(diào)節(jié)椎體和椎間盤(pán)之間正常的營(yíng)養(yǎng)供給。椎間盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散和代謝產(chǎn)物排出主要通過(guò)終板軟骨下毛細(xì)血管進(jìn)行運(yùn)輸。劉斌等［6］發(fā)現(xiàn)TNF-α含量在終板軟骨退變過(guò)程中相應(yīng)增加，提示TNF-α與終板軟骨的退變存在正相關(guān)。葉偉等［7］發(fā)現(xiàn)一定濃度的TNF-α可抑制體外培養(yǎng)的終板軟骨細(xì)胞的增殖及基質(zhì)合成，促進(jìn)軟骨終板細(xì)胞促凋亡因子的生成，從而促進(jìn)終板軟骨的退變。Chen S［8］發(fā)現(xiàn)TNF-α通過(guò)激活核因子kB途徑來(lái)影響終板軟骨細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的表達(dá)。終板軟骨細(xì)胞是軟骨細(xì)胞的一種，TNF-α作用于終板軟骨細(xì)胞的機(jī)制同軟骨細(xì)胞類似。因此，TNF-α可促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶分泌，引起軟骨基質(zhì)降解，生成有纖維母細(xì)胞特性的Ⅰ型膠原，同時(shí)抑制軟骨細(xì)胞合成具有透明軟骨特性的蛋白聚糖和Ⅱ型膠原［9，10］，加速終板軟骨退變，通透性降低，影響腰椎間盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)及代謝產(chǎn)物排出，最終造成腰椎間盤(pán)退變。

2.2TNF-α在髓核退變中的作用 有研究認(rèn)為，腰椎間盤(pán)退變始于髓核。髓核位于椎間盤(pán)中后部，由少量髓核細(xì)胞和大量細(xì)胞外基質(zhì)組成，其中細(xì)胞外基質(zhì)包括蛋白多糖和Ⅱ型膠原，被纖維環(huán)包圍成封閉環(huán)境隔絕于血循環(huán)之外，不存在血供和神經(jīng)支配，但其自身具有免疫功能。TNF-α可以通過(guò)調(diào)控髓核細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)直接干擾細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化以及凋亡，影響髓核細(xì)胞增殖與凋亡的平衡，對(duì)椎間盤(pán)退變起到重要作用［11］。Yoshida等［12］通過(guò)針刺家兔髓核建立椎間盤(pán)退變模型時(shí)發(fā)現(xiàn)，建模后第一天髓核細(xì)胞就產(chǎn)生TNF-α。Onozawa等［13］在大鼠髓核細(xì)胞中檢測(cè)到TNF-α，并認(rèn)為髓核細(xì)胞可以分泌TNF-α。更多的研究結(jié)果也證實(shí)腰椎間盤(pán)突出的同時(shí)髓核細(xì)胞就開(kāi)始產(chǎn)生TNF-α等前炎癥因子。另外，Murata等［14］通過(guò)觀察暴露于髓核的背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞變化過(guò)程，證實(shí)TNF-α在髓核細(xì)胞凋亡中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Gruber等［15］在退變的髓核中發(fā)現(xiàn)大量的衰老細(xì)胞，其存在降低椎間盤(pán)產(chǎn)生足夠的新細(xì)胞來(lái)取代已經(jīng)凋亡或壞死的髓核細(xì)胞。髓核細(xì)胞是髓核主要組成之一，是椎間盤(pán)功能的主要執(zhí)行者。TNF-α作為促炎因子，使中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞釋放炎性介質(zhì)，誘導(dǎo)髓核細(xì)胞凋亡，抑制新細(xì)胞生成，從而導(dǎo)致椎間盤(pán)退變的。另一方面TNF-α干擾髓核細(xì)胞外基質(zhì)的合成效率和蛋白酶活動(dòng)，影響基質(zhì)代謝，進(jìn)而加速髓核細(xì)胞凋亡。Doita等［16］研究表明TNF-α可以增強(qiáng)基質(zhì)金屬蛋白酶活性和基因表達(dá)。Le Maitre等［17，18］證實(shí)基質(zhì)金屬蛋白酶在正常椎間盤(pán)和退變椎間盤(pán)中同時(shí)存在，且在退變的椎間盤(pán)中的含量更高。胡緒江等［19］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一定范圍內(nèi)TNF-α的劑量越大，家兔髓核內(nèi)的蛋白多糖降解越快，髓核細(xì)胞數(shù)量愈少。另外，一些研究認(rèn)為T(mén)NF-α可以通過(guò)激活ERK1/2、P38 MAPK、Notch、JNK/ASPK、Wnt/β-catenin等信號(hào)通路［20～22］，刺激基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)與活性升高，抑制髓核細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)髓核細(xì)胞衰老和凋亡以及細(xì)胞外基質(zhì)的分解，髓核中水分、蛋白多糖和Ⅱ型膠原的含量明顯減少，Ⅰ型膠原含量增加，導(dǎo)致髓核纖維化加重，髓核變堅(jiān)硬、干燥，加速椎間盤(pán)退變的發(fā)生。

2.3TNF-α在纖維環(huán)退變中的作用 目前無(wú)證據(jù)證明TNF-α存在于正常纖維環(huán)組織內(nèi)。纖維環(huán)位于椎間盤(pán)的周緣部，主要成分是Ⅰ型和Ⅱ型膠原，從內(nèi)層纖維環(huán)到外層纖維環(huán)，Ⅱ型膠原含量逐漸減低，Ⅰ型膠原含量逐漸增加。韓建軍等［23］通過(guò)免疫組化染色法檢測(cè)到椎間盤(pán)膨出、突出、脫出的纖維環(huán)樣本中TNF-α水平分別為25%、66.7%和78.5%，對(duì)照組正常椎間盤(pán)則無(wú)TNF-α表達(dá)，表明纖維環(huán)中TNF-α在腰椎間盤(pán)發(fā)生退變時(shí)產(chǎn)生，含量與纖維環(huán)撕裂程度存在密切關(guān)系。這與大量研究表明手術(shù)切除的腰椎退變纖維環(huán)中存在高表達(dá)TNF-α的結(jié)果一致。徐無(wú)忌等［24］予以TNF-α干預(yù)體外培養(yǎng)的椎間盤(pán)，發(fā)現(xiàn)纖維環(huán)中的Ⅱ型膠原含量逐漸減低，Ⅰ型膠原含量逐漸增加，提示TNF-α可加速纖維環(huán)退變。因此，當(dāng)椎間盤(pán)應(yīng)力不均造成纖維環(huán)發(fā)生退變，完整性受損時(shí)，大量TNF-α進(jìn)入椎管，刺激神經(jīng)根周?chē)M織及硬膜囊，發(fā)生炎性反應(yīng)，使細(xì)胞外基質(zhì)降解，蛋白多糖含量減少，最終使髓核纖維化加劇，導(dǎo)致髓核與纖維環(huán)邊界模糊，加速椎間盤(pán)退變的發(fā)生。

2.4TNF-α在椎間盤(pán)源性腰痛中的作用 TNF-α也被認(rèn)為是觸發(fā)與維持椎間盤(pán)源性腰痛過(guò)程中一個(gè)重要炎性因子。Lgarashi等［25］研究表明TNF-α是引起大鼠神經(jīng)性疼痛的炎性因子。Cuellar等［26］發(fā)現(xiàn)大鼠在TNF-α作用一定時(shí)間內(nèi)可產(chǎn)生痛覺(jué)過(guò)敏，引起異常性疼痛。有研究證實(shí)TNF-α可引起疼痛行為改變，而這種疼痛與髓核所產(chǎn)生的疼痛特征相似。Hayashi等［27］研究表明TNF-α可作為誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)神經(jīng)軸突向退變的髓核內(nèi)長(zhǎng)入而產(chǎn)生疼痛。同時(shí)，袁偉杰等［28］發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中TNF-α的表達(dá)及肢體痛閥在椎間盤(pán)髓核突出10d、20d時(shí)均高于對(duì)照組，40d時(shí)無(wú)明顯差異，提示TNF-α在椎間盤(pán)髓核突出早期是損傷神經(jīng)根并引起疼痛的主要致炎因子。吳志強(qiáng)等［29］在大鼠纖維環(huán)穿刺致痛模型中發(fā)現(xiàn)TNF-α在建模后第1天開(kāi)始升高，持續(xù)升高并維持至造模后35d，這與袁偉杰等的研究結(jié)果基本一致。Peng等［30］對(duì)手術(shù)切除的病理性椎間盤(pán)標(biāo)本研究發(fā)現(xiàn)髓核至纖維環(huán)外層有血管化肉芽組織形成，認(rèn)為椎間盤(pán)后方血管神經(jīng)分布廣泛的區(qū)域是疼痛的起源部位。另外，目前已開(kāi)展較多關(guān)于TNF-α的生物性拮抗劑研究，并證實(shí)其在減輕疼痛、緩解癥狀的作用。Karppinen 等［31］通過(guò)臨床研究表明，TNF-α生物性拮抗劑Infliximab具有緩解腰痛癥狀作用，且效果明顯，但作用機(jī)制尚未明確。正常椎間盤(pán)一般只在纖維環(huán)的外1/3處存在感覺(jué)神經(jīng)纖維，而退變的椎間盤(pán)在髓核和纖維環(huán)內(nèi)層出現(xiàn)神經(jīng)纖維分布，這是因?yàn)橥俗冏甸g盤(pán)中的髓核細(xì)胞分泌大量TNF-α通過(guò)破裂的纖維環(huán)裂隙漏出，刺激纖維環(huán)外部的神經(jīng)末梢，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞發(fā)生各種炎癥反應(yīng)，引起疼痛。另外血管、神經(jīng)纖維可通過(guò)裂隙向髓核及內(nèi)層纖維環(huán)長(zhǎng)入，該神經(jīng)纖維缺乏髓鞘，各種炎癥反應(yīng)降低痛閥，共同引起椎間盤(pán)源性腰痛。

3　小結(jié)

國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)從不同角度分析了TNF-α在腰椎間盤(pán)退變過(guò)程中發(fā)揮的作用，但TNF-α僅為引起腰椎間盤(pán)退變中一個(gè)炎癥因素，較多具體作用機(jī)制及其關(guān)系目前尚未清楚，隨著研究的深入和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷完善，這些研究將為細(xì)胞因子延緩腰椎間盤(pán)退變和臨床應(yīng)用提供新的思路和方法。

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浙江省中醫(yī)藥重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目（2012-XK-A32）

312000 浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬紹興中醫(yī)院 骨傷科