徐 喆，羅卓荊，孫 振（空軍軍醫(yī)大學(xué)：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)員一大隊(duì)，西京醫(yī)院骨科，陜西 西安 7003）

椎間盤退變是導(dǎo)致脊柱退行性疾病的最常見病理基礎(chǔ)之一，可導(dǎo)致各種急/慢性疼痛、勞動(dòng)力喪失和心理問題，從而造成巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。目前，椎間盤退變的治療策略主要包括保守治療和手術(shù)治療。近來，各種新型生物學(xué)方法，如生物材料、干細(xì)胞和生物因子等應(yīng)用于臨床，這為椎間盤退變治療帶來了希望。然而，椎間盤退變的具體機(jī)制仍未被完全闡明。

作為人體最大的無血管器官，椎間盤位于脊柱椎體之間，對維持脊柱的穩(wěn)定和脊柱活動(dòng)起重要作用，椎間盤的存在可維持脊柱耐久度和柔韌度[2]。從解剖學(xué)上講，椎間盤是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組織，主要包括位于中央富含Ⅱ型膠原和蛋白多糖的髓核、位于外周由環(huán)形纖維排列構(gòu)成的纖維環(huán)和上下兩個(gè)臨近的軟骨終板三個(gè)部分構(gòu)成。髓核呈凝膠狀，包括細(xì)胞外基質(zhì)和散在其中的髓核細(xì)胞。髓核自形成以來就被封閉于纖維環(huán)和軟骨終板之中，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)將髓核與機(jī)體的免疫系統(tǒng)隔離開來。研究發(fā)現(xiàn)，將髓核內(nèi)的各類成分暴露于機(jī)體免疫系統(tǒng)會(huì)引起自體免疫反應(yīng)。因此，椎間盤被認(rèn)為是一個(gè)免疫赦免器官。實(shí)際上，椎間盤免疫赦免的概念已被提出多年。然而到目前為止，人們對椎間盤免疫赦免機(jī)制及相關(guān)臨床意義的認(rèn)識(shí)仍不明確。因此，本文將回顧椎間盤免疫赦免的相關(guān)研究，探討其在椎間盤退變治療的應(yīng)用，以期引發(fā)學(xué)者對椎間盤免疫赦免的重視和思考。

1 椎間盤的起源與發(fā)育

椎間盤起源于胚胎結(jié)構(gòu)中位于椎骨之間的、被稱為“生骨結(jié)”和“脊索”的部分。隨著椎骨的形成，生骨結(jié)在脊索周圍聚集，形成椎骨和未來的纖維環(huán)。同時(shí)，脊索從椎骨收縮，并擴(kuò)展到未來椎間盤所在的區(qū)域。所以，脊索逐漸被壓縮并被包裹在由生骨結(jié)衍生的結(jié)締組織環(huán)中。而被壓縮的脊索部分在胚胎早期發(fā)展為髓核組織，并在胚胎發(fā)育早期和晚期迅速生長。另一方面，來源于生骨結(jié)周圍的結(jié)締組織發(fā)展為纖維環(huán)，其細(xì)胞外基質(zhì)部分包含了大量的膠原蛋白和糖蛋白。同時(shí)，椎體骨形態(tài)發(fā)生蛋白表達(dá)升高導(dǎo)致軟骨細(xì)胞的分化和軟骨內(nèi)骨的形成[3]。而在椎骨形成的同時(shí)，其鄰近的透明軟骨一直存在，并在終板處發(fā)展為軟骨終板。在人類生命的早期，椎間盤由形態(tài)較大、含有大量囊泡的脊索細(xì)胞和形態(tài)較小、無囊泡的軟骨樣細(xì)胞組成。然而，自青春期后，髓核中的脊索細(xì)胞逐漸減少，髓核從脊索結(jié)構(gòu)過渡到含有小軟骨樣細(xì)胞的組織。研究推測，早期椎間盤退變是隨著脊索細(xì)胞的消失而發(fā)生的。同時(shí)值得注意的是，自椎間盤產(chǎn)生以來其髓核組織就與免疫系統(tǒng)隔離了。

2 血-髓核屏障（blood-nucleus pulposus barrier，BNB）這一新概念的提出

目前公認(rèn)的免疫赦免器官包括眼睛和大腦，以及睪丸和懷孕的子宮。在這些器官中，存在內(nèi)部環(huán)境與機(jī)體免疫系統(tǒng)之間的隔離屏障，如血腦屏障和血眼屏障等。在椎間盤中，也存在類似的限制免疫細(xì)胞和免疫介質(zhì)進(jìn)入椎間盤的屏障。在這里，我們首次將這種屏障定義為BNB。從解剖學(xué)角度看，BNB是將椎間盤組織與機(jī)體免疫系統(tǒng)隔離的區(qū)域，它通常由纖維環(huán)和軟骨終板組成。纖維環(huán)由15～25個(gè)同心層組成，各同心層由交替排列的斜行膠原纖維和蛋白聚糖散布而成。軟骨終板是一層厚度約0.5～1 mm的軟骨，它包含著由蛋白多糖和膠原蛋白組成的細(xì)胞外基質(zhì)和嵌入其中的軟骨細(xì)胞[4]。軟骨終板不僅充當(dāng)椎間盤與椎骨密質(zhì)骨之間的界面，而且還是防止免疫細(xì)胞和免疫因子進(jìn)入椎間盤的物理屏障。因此，纖維環(huán)和軟骨終板構(gòu)成了將椎間盤組織與機(jī)體免疫系統(tǒng)隔離開的牢固物理屏障。

另一方面，研究表明椎間盤髓核組織中存在Fas配體[5]。Fas配體是一種凋亡誘導(dǎo)因子，在其他免疫赦免器官中具有廣泛表達(dá)。在前期研究中，我們發(fā)現(xiàn)Fas配體可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞（包括巨噬細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞）凋亡[6-7]。這表明Fas配體可能通過抑制血管和免疫細(xì)胞浸潤從而發(fā)揮分子屏障的功能。另外，許多研究報(bào)道了脊索細(xì)胞在椎間盤中的保護(hù)作用及其對炎癥的抑制作用[8-9]。然而，目前研究仍未完全闡明椎間盤中免疫抑制分子的作用機(jī)制。這些機(jī)制可能涉及外泌體和miRNA等多種因素，需要更多的研究來闡明。綜上所述，纖維環(huán)、軟骨終板和某些生物因子（例如Fas配體）共同組成了維持椎間盤免疫赦免的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，即BNB。

3 自體免疫反應(yīng)在椎間盤退變中普遍存在

BNB破壞是導(dǎo)致退變椎間盤發(fā)生自體免疫反應(yīng)的重要因素。在退變的椎間盤標(biāo)本中，BNB的損傷極其常見，如纖維環(huán)和軟骨終板的裂痕[10]。研究表明，纖維環(huán)的破裂在機(jī)械因素和化學(xué)因素上都可導(dǎo)致血管的向內(nèi)生長。實(shí)際上，早在20世紀(jì)60年代，有研究就報(bào)道了退變的椎間盤在患者和動(dòng)物中發(fā)生自體免疫反應(yīng)的現(xiàn)象[11]，并指出腰椎間盤突出癥的根性疼痛主要是由椎間盤髓核暴露所產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)及相關(guān)的自體免疫反應(yīng)引起的[12]。Satoh等[13]研究了8名腰椎間盤突出癥患者，發(fā)現(xiàn)抗原-抗體復(fù)合物在突出的椎間盤組織中普遍存在。為了探究免疫細(xì)胞類型，Geiss等[14]將動(dòng)物髓核組織包埋于動(dòng)物皮下，發(fā)現(xiàn)自體髓核可激活T細(xì)胞和B細(xì)胞浸潤。近期，Lee等[15]在對穿刺小鼠椎間盤模型進(jìn)行的長期組織學(xué)分析中發(fā)現(xiàn)，退變椎間盤中含有浸潤的巨噬細(xì)胞。而在犬類脫出的椎間盤中，Monchaux等[16]發(fā)現(xiàn)脫出的髓核組織中存在單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。以上這些發(fā)現(xiàn)都表明，不同的免疫細(xì)胞在不同階段參與了椎間盤的自體免疫反應(yīng)，而巨噬細(xì)胞可能在此病理過程中起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，隨著BNB的破壞，暴露的椎間盤組織可以誘導(dǎo)自體免疫反應(yīng)，從而刺激免疫細(xì)胞激活和炎癥因子浸潤。

同時(shí)，免疫細(xì)胞的募集可能通過細(xì)胞間的生物通訊導(dǎo)致椎間盤退變的惡化。研究表明椎間盤細(xì)胞的表型和功能在各種自體免疫反應(yīng)中發(fā)生了改變。Ni等[17]發(fā)現(xiàn)M1極化的巨噬細(xì)胞可以增加控制基質(zhì)分解代謝基因的表達(dá)，來減少基質(zhì)合成，同時(shí)上調(diào)炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄來促進(jìn)髓核細(xì)胞的退化。另外，在共培養(yǎng)系統(tǒng)中，Yang等[18]研究表明，暴露于巨噬細(xì)胞的纖維環(huán)細(xì)胞和髓核細(xì)胞上調(diào)促炎性介質(zhì)的表達(dá)。至于細(xì)胞外基質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞可能干擾椎間盤中細(xì)胞外基質(zhì)的重塑并下調(diào)蛋白多糖和II型膠原的表達(dá)：在具有自體免疫反應(yīng)的椎間盤中，基質(zhì)金屬蛋白酶和帶有血小板反應(yīng)蛋白基序的整合素和金屬蛋白酶的表達(dá)增加，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)降解[19]。綜上所述，椎間盤的自體免疫反應(yīng)可以刺激免疫細(xì)胞和炎性細(xì)胞因子的浸潤，而這些因素可能反過來對椎間盤產(chǎn)生有害影響。

4 椎間盤免疫赦免在臨床治療中具有重要的潛在意義

在椎間盤退變的早期，BNB的破壞可能通過其介導(dǎo)的自體免疫反應(yīng)和下游級聯(lián)反應(yīng)加速病理進(jìn)展。在早期椎間盤退變的磁共振成像中可以看到BNB的損傷和椎間盤暴露的跡象。此前已有研究表明，Schmorl結(jié)節(jié)的出現(xiàn)預(yù)示著退變椎間盤處于自體免疫反應(yīng)的早期階段[20]。同樣，在椎間盤退變早期廣泛觀察到的I型Modic改變也被認(rèn)為是軟骨終板損傷導(dǎo)致的自體免疫反應(yīng)的結(jié)果[21]。因此這些影像學(xué)特征是觀察椎間盤退變預(yù)后和早期治療效果的重要依據(jù)。此外，研究發(fā)現(xiàn)椎間盤脫出患者血清中的炎癥因子增多[22]。因此，椎間盤自體免疫反應(yīng)的深入研究對于早期椎間盤退變的診斷和治療具有重要意義。

在椎間盤退變病的后期，與BNB損傷和椎間盤暴露相關(guān)的病理變化更加普遍，這些現(xiàn)象包括纖維環(huán)中斷、椎間盤脫出和坐骨神經(jīng)痛等[23]。除了物理的壓迫外，椎間盤的自體免疫反應(yīng)是椎間盤脫出中神經(jīng)根性疼痛的關(guān)鍵因素。研究表明，在退變椎間盤的神經(jīng)根區(qū)域聚集了各種類型的活化免疫細(xì)胞和炎癥因子[24]。已被發(fā)現(xiàn)的免疫細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞和肥大細(xì)胞，同時(shí)還有炎癥因子，例如磷脂酶A2、白三烯、成纖維細(xì)胞生長因子、IL家族、腫瘤壞死因子、基質(zhì)金屬蛋白酶、一氧化氮、P物質(zhì)、單核細(xì)胞趨化蛋白1，以及血管內(nèi)皮生長因子和神經(jīng)生長因子。這些細(xì)胞和因子構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的區(qū)域，促進(jìn)了神經(jīng)根的免疫應(yīng)激反應(yīng)。另外，該區(qū)域的血管化導(dǎo)致免疫細(xì)胞浸潤并且促進(jìn)神經(jīng)敏化，也加重了這種情況[25]。

5 椎間盤自體免疫反應(yīng)：Yes or No？

迄今為止，關(guān)于椎間盤自體免疫反應(yīng)的結(jié)果，仍然是一個(gè)有爭議的話題。盡管大多數(shù)研究表明，椎間盤突出癥中的自體免疫反應(yīng)可能是誘發(fā)神經(jīng)根痛的關(guān)鍵因素，但一些研究同樣顯示自體免疫反應(yīng)與髓核的自我吸收及其導(dǎo)致的神經(jīng)痛緩解有著密切的關(guān)系。Komori等[26]發(fā)現(xiàn)，脫出髓核組織的自我吸收現(xiàn)象常見于其暴露于血管供應(yīng)區(qū)域的時(shí)候。Ikeda等[27]通過觀察脫出髓核組織的組織學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)脫出髓核組織可被巨噬細(xì)胞吞噬，進(jìn)而被組織吸收。以上這些研究表明，在髓核組織的自體吸收現(xiàn)象中，自體免疫反應(yīng)反倒可能是有益的。我們回顧了脫出髓核自發(fā)吸收現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)腰椎間盤突出癥自發(fā)吸收的發(fā)生率高達(dá)60%以上[28]。此外Cunha等[29]認(rèn)為，在明確椎間盤突出的分子和細(xì)胞機(jī)制的基礎(chǔ)上，可以將炎癥反應(yīng)的出現(xiàn)作為衡量脫出髓核組織自發(fā)吸收的良好預(yù)后指標(biāo)。這些研究表明，在使用手術(shù)根治椎間盤脫出之前，椎間盤的自體免疫反應(yīng)影響著術(shù)前保守治療的效果。在前期研究中，我們發(fā)現(xiàn)髓核細(xì)胞表達(dá)的Fas配體可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞凋亡[6-7]，提示Fas配體可能通過抑制血管和免疫細(xì)胞浸潤從而在椎間盤免疫赦免中發(fā)揮重要作用。在此基礎(chǔ)上，我們對椎間盤免疫赦免進(jìn)行了深入的文獻(xiàn)回顧與總結(jié)[30]，并提出了針對椎間盤突出壓迫的神經(jīng)根區(qū)域進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)的治療策略[31]。

此外，在治療椎間盤退變的策略中，如干細(xì)胞移植和生物材料的應(yīng)用，也不能忽略椎間盤的免疫赦免特性：干細(xì)胞可能在退變椎間盤免疫赦免重建中發(fā)揮重要作用；而由于椎間盤再生應(yīng)用的生物材料通常模仿椎間盤成分，并且與體外異物一起使用，所以在生物材料的選擇上更應(yīng)注意避免自體免疫反應(yīng)的發(fā)生。

6 結(jié)語

椎間盤作為人體的重要免疫赦免器官之一，其相關(guān)的維持機(jī)制和退變后的自體免疫反應(yīng)很早就被發(fā)現(xiàn)。然而，椎間盤免疫赦免的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用仍未得到廣泛重視。因此，我們在這里詳細(xì)論述了椎間盤免疫赦免的相關(guān)研究，并首次提出BNB的概念。BNB是由纖維環(huán)、軟骨終板及分子因素共同組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它將正常椎間盤髓核組織隔離于機(jī)體免疫系統(tǒng)之外，通過被動(dòng)和主動(dòng)的形式抑制免疫細(xì)胞及免疫因子的浸潤。BNB的破壞可導(dǎo)致椎間盤自體免疫反應(yīng)和下游相關(guān)級聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生。這些作用在椎間盤的退變和預(yù)后過程中發(fā)揮著重要作用。迄今為止，對椎間盤免疫赦免的研究仍然很有限，仍需更多的研究去探索其產(chǎn)生、維持和失效的潛在機(jī)制。