劉四海，周少懷*，羊明智，王 欣，范明宇，汪 平

1.武漢市第三醫(yī)院骨科，武漢 430060

2.南華大學附屬第一醫(yī)院脊柱外科，衡陽 421000

椎間盤退行性變（IDD）是引起椎間盤突出、椎管狹窄等相關(guān)疾病的病理基礎(chǔ)，也是導致腰腿痛的主要原因之一[1］。椎間盤髓核組織蛋白多糖減少、纖維環(huán)裂隙出現(xiàn)，導致髓核組織從纖維環(huán)的裂口中突出，引起相應的免疫炎性反應，且同時脊髓和神經(jīng)根受到突出髓核的壓迫，導致患者出現(xiàn)腰腿痛癥狀。

椎間盤是由上下軟骨終板、纖維環(huán)及中央髓核組成，其對脊柱的承重及活動起著至關(guān)重要的作用。IDD 和許多因素相關(guān)，主要包括炎性因子[2］、生物力學、氧化應激、細胞凋亡、椎間盤營養(yǎng)通路、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）及金屬蛋白酶組織抑制劑等[3］。炎性反應是IDD 的重要因素之一[3-4］，其中白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、前列腺素E2（PGE2）、一氧化氮（NO）及一氧化氮合酶（NOS）等在整個IDD 的發(fā)生及發(fā)展過程中都起著非常重要的作用。本文就炎癥與IDD 的相關(guān)性作如下綜述。

1 炎性因子與IDD

1.1 IL

IL 是常見炎性因子，在多種急性或慢性炎性反應中扮演著重要角色。在椎間盤細胞中，單核巨噬細胞是分泌IL-1β 的主要細胞，類軟骨細胞及成纖維細胞也可少量分泌IL-1β。IL-1β 和IL-6 都是椎間盤致痛性炎性因子，其存在水平與椎間盤疼痛程度密切相關(guān)[5］。張宇等[6］的研究中，采用一定劑量的IL-1β 將小鼠椎間盤軟骨終板細胞處理24 h，在不同時間點檢測軟骨終板細胞增殖受IL-1β 影響的程度，并觀察細胞的退行性變及其相關(guān)蛋白表達情況，結(jié)果表明，IL-1β與軟骨終板細胞退行性變具有相關(guān)性。Fang等[7］將IL-1β添加到胎牛血清中，再以不同濃度對髓核細胞培養(yǎng)基進行干預，研究IL-1β在體外對人椎間盤細胞的影響，結(jié)果顯示，IL-1β 可以促進其他炎性因子的釋放，加速IDD。IL-6 是IL 家族中另外一個重要的炎性因子，可促進炎性介質(zhì)的釋放，使炎性細胞聚集，導致相關(guān)神經(jīng)敏感性上升，使機體產(chǎn)生疼痛癥狀。Krupkova 等[8］分析內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激標志物GRP78 及炎性因子IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α 在人IDD 標本（n=51，Pfirrmann 分級2 ～ 5 級）中的基因表達，結(jié)果顯示，GRP78 的表達與IDD 程度和IL-6 水平呈正相關(guān)，與IL-1β 和TNF-α 水平無相關(guān)性；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應可引起IDD 中IL-6 的釋放，其通過p38 絲裂原激活蛋白激酶（p38 MAPK）和CHOP 介導IL-6 的釋放。Sadowska 等[9］的研究也證明IL-6 和IL-8 與IDD 密切相關(guān)。同時，Li 等[10］的研究表明，miR-148a 通過調(diào)節(jié)p38 MAPK 途徑抑制椎間盤細胞釋放炎性因子。

IL家族成員IL-17通過p38/c-Fos和JNK/c-Jun信號通路促進髓核細胞中COX2 的表達和PGE2 的產(chǎn)生，從而介導IDD 炎癥的發(fā)生[11］。IL-10 及IL-21 亦均與IDD顯著相關(guān)，IL-10可導致椎間盤內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡和退行性變[12］，IL-21 可以通過STAT 信號通路刺激TNF-α 而加重IDD[13］。IL-37 是一種抗炎細胞因子，與多種以過度炎癥為特征的疾病相關(guān)。IL-37 表達下調(diào)可能導致退行性變椎間盤中IL-1β 和IL-16 的過度表達，并可能參與IDD 的進展[14］。眾多的研究表明，IL 不僅與機體其他部位炎癥的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，與IDD 的發(fā)生發(fā)展亦緊密相關(guān)。

1.2 TNF-α

Evashwick-Rogler 等[15］的研究中，通過給IDD大鼠注射TNF-α、抗TNF-α 或生理鹽水，每周檢測大鼠后肢機械痛覺敏感性，結(jié)果表明，TNF-α 是椎間盤疼痛的始發(fā)者，其早期抑制可減輕疼痛和減緩退行性變。胡緒江等[16］的研究認為，TNF-α 不僅與IDD的發(fā)生相關(guān)，且與IDD具有量效及時效的關(guān)系。Chen 等[17］的研究表明，在發(fā)生退行性變的椎間盤組織中TNF-α 呈高表達，參與IDD 的病理過程，并與之密切相關(guān)，其中包括基質(zhì)破壞、炎性反應、細胞凋亡、自噬和細胞增殖。

Wang 等[18］認為，TNF-α 受體TNFR1 和TNFR2是最有效的炎性因子和信號之一，TNF-α 不僅參與IDD 的多種病理過程，重要的是，抗TNF-α 治療有望減輕IDD 和緩解下腰痛。由于TNF-α 與IDD 中炎性反應的重要相關(guān)性，抗TNF-α 治療越來越多，有學者希望從這類研究中找到減輕IDD 和緩解腰痛癥狀的新手段，如血紅素氧合酶-1[19］。顆粒蛋白前體（PGRN）是一種廣泛表達的生長因子，能有效抑制TNF-α 介導的炎性反應。Wang 等[20］的研究表明，PGRN 通過誘導IL-10 和減少IL-17 表達來減緩IDD，認為PGRN 可作為IDD 的生物學標志物和潛在的治療靶點。

1.3 PGE2

PGE2 是人體內(nèi)重要的致痛性炎性因子之一。當PGE2 的濃度≥106mmol/L 時，可直接導致機體產(chǎn)生疼痛；當PGE2 的濃度＜106mmol/L 時，其可通過G-蛋白偶聯(lián)受體使第二信使環(huán)磷腺苷（cAMP）受到影響，導致傷害性感覺器對緩激肽或者其他致痛物質(zhì)的敏感性增加[21］。Willems 等[22］的研究發(fā)現(xiàn)，犬發(fā)生退行性變的椎間盤髓核中PGE2 水平顯著高于未發(fā)生退行性變的椎間盤，在突出性椎間盤中PGE2 水平顯著高于非突出性椎間盤；作者提出，未來需要研究是否可通過降低PGE2 的水平有效鎮(zhèn)痛，并在IDD 的進程和椎間盤疾病的發(fā)展中發(fā)揮保護作用。姜志釗等[23］通過檢測術(shù)前伴坐骨神經(jīng)痛癥狀的椎間盤突出癥患者的同一椎間盤不同部位的PGE2 含量，發(fā)現(xiàn)PGE2 不僅與IDD 及椎間盤突出的發(fā)生有關(guān)，且PGE2 含量越高，坐骨神經(jīng)痛的程度越重。

1.4 NO 和NOS

NO 是一種內(nèi)皮細胞舒張因子，可使血管通透性增加，同時也在IDD 進程中的炎性反應過程中扮演著重要的角色。劉斌等[24］的以新西蘭家兔為標本的實驗中，在家兔發(fā)生退行性變的椎間盤中分別測定NO 和NOS 的含量，結(jié)果證實，NO 在IDD 的過程中是一個非常重要的影響因子，而誘導型NOS（iNOS）可以促進NO 的合成。

炎性因子導致的炎性反應可使椎間盤的細胞外基質(zhì)降解增加，使基質(zhì)內(nèi)細胞的衰老、凋亡速度加快，使細胞外合成及分泌的基質(zhì)逐漸減少，導致破壞的椎間盤細胞外基質(zhì)無法修復而發(fā)生IDD。炎性反應可以加速IDD，發(fā)生退行性變的椎間盤組織因為細胞廢物的增多及髓核細胞凋亡的增加，也會加重炎性反應[4，25］。

1.5 脂多糖（LPS ）

在20 世紀早期，LPS 因刺激免疫系統(tǒng)而受到關(guān)注，糖脂通常被稱為內(nèi)毒素。LPS 是革蘭陰性菌細胞壁中的一種成分，由類脂A、核心多糖、O-抗原組成，其毒性成分主要為類脂A，LPS 促進機體多個系統(tǒng)、組織的慢性炎癥發(fā)生和發(fā)展是目前研究的熱點。研究表明，在人體發(fā)生退行性變的髓核細胞中，LPS 能夠激活細胞中的NF-κF 信號通路，促進TNF-α 及IL-1β 等炎性因子的表達；相反，如果人為抑制NF-κF 信號通路，各種相關(guān)炎性因子的表達明顯降低[26］。同時，組織如果在沒有炎癥刺激的情況下，細胞質(zhì)中NF-κB 通常以非活性的形式存在，當炎性反應發(fā)生時，可被LPS 在內(nèi)的多種炎性因子（IL-1β、IL-6 及TNF-α 等）激活，NF-κB 迅速轉(zhuǎn)移到細胞核中，調(diào)控目標靶基因的轉(zhuǎn)錄與表達[27］，使炎性反應進一步加強及擴大。

2 炎癥相關(guān)蛋白與IDD

2.1 抗炎蛋白—磷脂轉(zhuǎn)運蛋白（PLTP）

PLTP 最早是在線粒體及微粒體中發(fā)現(xiàn)，其可運輸和促進磷脂酰膽堿（PC）的合成、分泌傳遞神經(jīng)遞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的成熟和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導過程等[28］。在人體不同組織或細胞中，PLTP 的具體功能有所不同。一旦出現(xiàn)PLTP 缺乏或者PLTP 合成代謝障礙，則會影響到其相應的生理功能而導致疾病的發(fā)生。目前，隨著PLTP 抗炎性反應作用的發(fā)現(xiàn)，其成為研究各類急慢性炎癥性疾病的熱點。Gautier等[29］的研究指出，PLTP 可以調(diào)節(jié)LPS 和脂蛋白的結(jié)合和代謝。在PLTP 表達缺陷的小鼠模型中，LPS和脂蛋白結(jié)合延遲，導致LPS 在血液中的滯留時間延長，形成毒性更強的LPS 顆粒，和野生型小鼠比較，其LPS 誘導的內(nèi)毒素血癥死亡率明顯增加，提示PLTP 可能在調(diào)節(jié)炎性反應和機體固有免疫方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。PLTP 不僅可以參與先天性免疫調(diào)節(jié)[30］，還可以通過調(diào)節(jié)信號通路調(diào)節(jié)炎性反應。在機體某些組織及器官出現(xiàn)急性或慢性炎癥時，PLTP的活性也會隨之增強[31-32］。在THP-1 細胞中，PLTP可以通過ABCA1 激活JAK2-STAT3 信號通路，使巨噬細胞的NF-κB 激活減少，導致炎性因子低表達，從而達到抗炎的效果[33-34］。不僅PLTP 可以通過此信號通路抑制椎間盤的炎性反應，有研究表明，miRNA-146a 同樣也可以通過TRAF6/NF-κB 通路改善椎間盤髓核組織的炎性反應[35］。

2.2 促炎蛋白—高遷移率族蛋白1（HMGB1）

HMGB1 作為核蛋白的一種參與細胞的轉(zhuǎn)錄，且與染色體穩(wěn)定性有一定關(guān)系[36］。目前，隨著對HMGB1 研究的深入，發(fā)現(xiàn)其在細胞外與人體很多病理過程有密切的聯(lián)系。目前的研究表明，HMGB1作為遲發(fā)型介質(zhì)參與了炎性反應的發(fā)生及發(fā)展。通過對機體一些系統(tǒng)、器官疾病以及某些急慢性炎癥的研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1 在其中均扮演著重要角色，如人類免疫缺陷病毒（HIV）感染[37］、嚴重膿毒血癥[38］、2 型糖尿病[39］等。同樣，HMGB1 在IDD 的炎性反應中也發(fā)揮著重要作用。Fang 等[7］的研究顯示，HMGB1 在IDD 中不僅可以促進炎性因子的釋放，同時對MMPs 的表達也有上調(diào)作用，對toll 樣受體（TLR）、RAGE 和NF-κB 信號通路均有促進作用，從而加速IDD。HMGB1 可以介導椎間盤炎性反應的發(fā)生，同時炎性反應也會導致HMGB1 分泌增加，使其成為一個級聯(lián)放大反應，加速IDD。

3 炎癥與椎間盤細胞凋亡

細胞凋亡是一種程序性的細胞死亡，與細胞自噬相關(guān)，細胞自噬又與機體的一些退行性疾病相關(guān)[40］。IDD 的發(fā)生與細胞凋亡途徑激活和自噬、細胞有絲分裂及有害的微環(huán)境相關(guān)[1，41-42］。當刺激持續(xù)或過度發(fā)生時，細胞可能會出現(xiàn)衰老或凋亡，衰老的細胞代謝活躍，且能夠保持與相鄰細胞的相互作用，如接受其表型變化，細胞則開始分泌促炎癥介質(zhì)，包括細胞因子、趨化因子、基質(zhì)降解蛋白酶和特定的生長因子，增強炎癥和退行性變環(huán)境[43-44］。目前的研究表明，炎性因子可導致細胞凋亡速度加快，其中起最主要作用的是IL-1和TNF-α[45］。對發(fā)生退行性變的椎間盤的研究發(fā)現(xiàn)，椎間盤組織中細胞凋亡的整體水平較未發(fā)生退行性變的椎間盤顯著升高[46］。細胞凋亡，不僅可以導致細胞密度的減少，同時也可以增強有害的炎性微環(huán)境，使炎性反應加劇。由于椎間盤幾乎是不含神經(jīng)血管和天然免疫細胞的組織，如果不能夠迅速清除死亡細胞，將會導致過敏反應，同樣可以使炎性反應加劇，使IDD 加重[3］。

4 總結(jié)與展望

對于IDD 的具體機制尚未完全明確，目前公認為多因素作用的結(jié)果。其中炎性反應在這個過程中起著關(guān)鍵作用，它與IDD 的病理生理反應密切相關(guān)。通過調(diào)控炎性因子及相關(guān)反應蛋白的表達水平，控制相關(guān)信號通路，達到控制炎性反應發(fā)生、發(fā)展的目的，為IDD 在生物治療和基因治療方面提供了新的思路。自提出通過基因治療逆轉(zhuǎn)IDD 的設(shè)想以來，基因及分子治療領(lǐng)域已經(jīng)取得巨大的進步。但是，大多研究還處于實驗室階段，臨床應用仍有一定難度，如相關(guān)的技術(shù)要求高、價格貴、因子活性時間短等，需要后續(xù)進一步開發(fā)高效、實用及安全的載體；進一步明確IDD 的分子生物學機制，找出更多相關(guān)基因及有效治療靶點；尋找實驗室研究與臨床治療之間更加經(jīng)濟、有效的切入點；進一步研究相關(guān)藥物的臨床干預時間、給藥途徑、藥物劑量以及可能出現(xiàn)的不良反應；建立一套切實可行的臨床療效評價體系等。只有這些問題得到妥善的解決，IDD 生物學治療才能進入臨床應用階段。