朱超 阮狄克

椎間盤退變 ( intervertebral disc degeneration，IVDD ) 是臨床腰痛 ( low back pain ) 的主要原因之一，其機制涉及多個信號通路。因此，對 IVDD 信號通路機制的研究一直是脊柱外科基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的熱點，具有重要意義。以往研究比較多的包括經(jīng)典通路 [ 如參與椎間盤髓核細胞氧化應(yīng)激和凋亡退變的核因子-κB ( nuclear factor-kappaB，NF-κB ) 信號通路和 Toll 樣受體 4 ( Toll-like Receptor 4，TLR4 ) 信號通路以及參與細胞退變和凋亡的 c-Jun 氨基末端激酶 ( the c-Jun N-terminal kinase，JNK ) 信號通路 ]、促進細胞增殖和細胞外基質(zhì) ( extracellular matrix，ECM ) 合成的絲裂原活化蛋白激酶 ( mitogen-activated protein kinase，MAPK ) 信號通路、SMAD ( small mothers against decapentaplegic ) 1 / 5 / 8信號通路、JAK 激酶 / 信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子 ( Janus Kinase / Signal transducers and activators of transcription，JAK /STAT ) 信號通路、Wnt / β 連環(huán)蛋白 ( Wingless / β-catenin )信號通路和 NOTCH 信號通路等。

近年來，一些新的熱點信號通路在 IVDD 領(lǐng)域研究逐漸增多。對這些信號通路變化的分析使學界進一步認識了IVDD 的理論機制，為椎間盤退變性腰痛的治療提供新的理論支持依據(jù)?，F(xiàn)將 IVDD 相關(guān)信號通路最新的研究進展綜述如下。

一、TXNIP / NLRP3 / Caspase 信號通路

硫氧還蛋白相互作用蛋白 ( thioredoxin-interacting protein，TXNIP ) 是調(diào)控 TXNIP / NLRP3 / Caspase 信號軸的上游信號。NLRP3 炎性體 ( nod-like receptor protein 3 inflammasome ) 由含 NLR 家族 Pyrin 域的蛋白 3 ( NLRP3 )、含有半胱天冬酶 ( Caspase ) 招募域的凋亡相關(guān)斑點樣蛋白和 pro-Caspase-1 組成?；钚匝?( reactive oxygen species，ROS ) 作用下，該信號軸下游相關(guān)信號分子如 Caspase-1、白細胞介素-1β ( interleukin-1beta，IL-1β )、IL-18 等產(chǎn)生增多。目前，TXNIP / NLRP3 / Caspase 信號通路在髓核細胞的焦亡 ( pyroptosis ) 和凋亡中起重要作用。

Hou 等證實，TXNIP 通過 NLRP3 / Caspase-1 / IL-1β信號通路促進髓核細胞焦亡。桑色素體外顯著抑制 TXNIP /NLRP3 / Caspase-1 信號通路。Tang 等實驗證實，將髓核細胞與痤瘡丙酸桿菌共培養(yǎng)可誘導 ROS 和 NLRP3 過度表達，而抑制這兩種因子可減輕髓核細胞的焦亡。Xu 等證實，miR-141 mimic 上調(diào)焦亡標記物水平，miR-141 抑制劑下調(diào)焦亡標記物水平；另外，miR-141 mimic 下調(diào)細胞活力，miR-141 抑制劑上調(diào)細胞活力。這些結(jié)果表明，miR-141 與髓核細胞的焦亡有關(guān)。miRNA-141 以 ROS 依賴的方式上調(diào) TXNIP 和 NLRP3 表達。miRNA-141 通過增加 ROS 的產(chǎn)生和激活 TXNIP / NLRP3 信號通路，誘導髓核細胞的細胞焦亡和 ECM 分解代謝。Song 等體外研究表明，晚期糖基化產(chǎn)物 ( advanced glycation end products，AGEs ) 作為內(nèi)源性損傷相關(guān)模式分子 ( damage-associated molecular patterns，DAMPs )，通過 NLRP3 炎癥小體促進線粒體損傷并誘導髓核細胞炎癥反應(yīng)，表明 AGEs 在髓核組織中的積累可能通過激活 NLRP3 炎性小體導致椎間盤的炎癥相關(guān)退行性變。

二、Sirtuins ( SIRT ) 信號通路

( SIRT1-7 ) 是一類 NAD ( + ) 依賴的去乙?；福谴x穩(wěn)態(tài)和應(yīng)激反應(yīng)的中樞調(diào)節(jié)因子。SIRT 激活在體內(nèi)主要是有益作用。SIRT 是高度保守的酵母菌沉默信息同源酶調(diào)節(jié)因子 2 ( saccharomyces cerevisiae silent information regulator 2，Sir2 ) 基因，最初在酵母中被鑒定為基因沉默因子，后來在一些哺乳動物體內(nèi)也鑒定出該基因沉默因子，同時，發(fā)現(xiàn)其可以延長一些生物體的壽命。鑒于SIRT 組織分布普遍，可作用于許多蛋白質(zhì)底物不同的細胞位置，它們對許多基本的生物學過程有廣泛的影響，如基因組穩(wěn)定性、葡萄糖和脂肪酸代謝、炎癥和應(yīng)激反應(yīng)。有新證據(jù)表明，SIRT 也催化其它酶促反應(yīng)，如去甲氨?；?、去琥珀?；⑷ト轷；龋y(tǒng)稱為“去?；阜磻?yīng)”。在髓核細胞中，SIRT 信號在促進自噬、減少細胞凋亡和促進 ECM 的產(chǎn)生等方面起重要作用。

He 等研究證實，輕度退行性 ( Pfirrmann 分級Ⅲ 級，椎間盤高度正常 ) 髓核細胞可能是 IVDD 生物分子干預(yù)的關(guān)鍵靶點，SIRT1 通過細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶( extracellular signal-regulated kinase，ERK ) 信號通路激活自噬，保護人類輕度退行性髓核細胞免于凋亡。Ou 等前期研究證實，SIRT1 的過度表達通過使單核細胞趨化蛋白 1 ( monocyte chemoattractant protein 1，MCP1 ) / 趨化因子受體 2 ( chemokine receptor 2，CCR2 ) 軸失活，促進軟骨分化并減少髓核間充質(zhì)干細胞 ( nucleus pulposus mesenchymal stem cells，NPMSCs ) 的凋亡，從而減輕椎間盤退行性變。Liu 等證實，高糖培養(yǎng)顯著降低了 NPMSCs 其干細胞基因表達以及 SIRT1、SIRT6、缺氧誘導因子-1α ( hypoxiainducible factor-1alpha，HIF-1α ) 和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白 1( glucose transporter protein type 1，GLUT-1 ) 的 mRNA 和蛋白表達，而增加了細胞凋亡、衰老和 Caspase-3 的表達。高糖濃度顯著降低 NPMSCs 的細胞增殖、集落形成能力、遷移和傷口愈合能力。高糖培養(yǎng)的 NPMSCs 其干細胞性基因、相關(guān) mRNA 和蛋白表達顯著降低。He 等發(fā)現(xiàn)，SIRT1 能改善氧化應(yīng)激誘導的由蛋白激酶 B ( AKT ) - 叉頭區(qū)轉(zhuǎn)錄因子 1 ( forkhead box 01，F(xiàn)oxO1 ) 途徑調(diào)控的髓核細胞衰老，白藜蘆醇 ( resveratrol res ) 通過影響該信號軸發(fā)揮抗衰老作用。

三、血紅素加氧酶-1 ( heme oxygenase-1，HO-1 ) 信號通路

HO-1 是一種限速酶，可產(chǎn)生一氧化碳 ( carbon monoxide，CO ) 、不穩(wěn)定鐵和膽綠素，具有抗氧化和抗炎功能。HO-1 是一種有效的抗氧化劑和細胞保護劑，通過兩種機制發(fā)揮活性作用：( 1 ) 通過參與血紅素代謝減少ROS 生成；( 2 ) 通過間接作用誘導血紅素分解產(chǎn)物 CO、膽綠素和不穩(wěn)定鐵，抑制氧化應(yīng)激。HO-1 在促進髓核細胞自噬、增加 ECM 產(chǎn)生和降低髓核細胞氧化應(yīng)激等方面發(fā)揮了重要作用。

Luo 等研究發(fā)現(xiàn)，烏司他丁 ( ulinastatin，UTI ) 可以通過改善 IL-1β 誘導的凋亡、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和ECM 降解來保護人類髓核細胞。通過分子機制分析發(fā)現(xiàn)，UTI 對 IL-1β 處理的髓核細胞的保護作用是通過激活核因子 E2 相關(guān)因子 2 ( Nuclear factor erythroid 2-like 2，Nrf2 ) / HO-1 信號通路和抑制NF-κB信號通路實現(xiàn)的。Zou 等研究發(fā)現(xiàn)，HO-1 通過促進髓核細胞自噬抑制IL-1β 誘導的髓核細胞凋亡，分子機制表明其能夠增加Beclin-1 / PI3KC3 復合物等自噬相關(guān)表達促進自噬。此外，HO-1 通過抑制 P65 蛋白的磷酸化抑制 NFκB 信號通路的激活。Zhu 等研究發(fā)現(xiàn)，富馬酸二甲酯 ( dimethyl fumarate，DMF ) 通過增加髓核細胞 Nrf2 / HO-1 信號通路的活性，提高髓核細胞的抗炎和抗氧化能力。Yi 等研究發(fā)現(xiàn)，慢病毒載體過表達 HO-1 可降低髓核細胞衰老水平，保護線粒體功能，并通過線粒體途徑促進髓核細胞自噬。

四、RhoA 和 ROCK 信號通路

RhoA 是 Rho 家族成員，Rho 蛋白是一種小分子鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白，又稱小 G 蛋白，在調(diào)節(jié)細胞骨架、維持細胞形態(tài)、細胞遷移等方面發(fā)揮重要作用。Rho 相關(guān)蛋白激酶 ( rho-associated coiled-coil kinase，ROCK ) 是 RhoA的下游效應(yīng)蛋白。RhoA 和 ROCK 組成的信號通路參與體內(nèi)細胞遷移、細胞骨架重組和 ECM 的凋亡和重塑等過程。其在髓核細胞領(lǐng)域主要發(fā)揮促進 ECM 遷移、減少細胞衰老等作用。

Peng 等研究發(fā)現(xiàn)，組織特異性脫細胞基質(zhì) ( decellularized tissue matrix，DTM ) 具有調(diào)節(jié)細胞代謝等生物活性功能。髓核組織和纖維環(huán)與 DTM 組裝成兩種 DTM 水凝膠 ( 簡稱 DNP-G 和 DAF-G )。研究發(fā)現(xiàn)，DNP-G 和 DAF-G可通過整合素介導的 RhoA / LATS ( large tumour suppressor homologues ) / YAP1 ( yes-associated protein1 ) 信號通路促進椎間盤內(nèi)干細胞再生，在 IVDD 的晚期治療中有廣闊的應(yīng)用前景。Ke 等研究發(fā)現(xiàn)，RhoA / ROCK1 通路激活通過調(diào)節(jié)肌球蛋白 ⅡA 和 ⅡB 與肌動蛋白的相互作用，介導壓縮應(yīng)激誘導的人類髓核細胞衰老。Hu 等研究發(fā)現(xiàn)，通過 siRNA 敲除 RhoC 和 ROCK2 基因后，髓核細胞中外泌體數(shù)量減少，表明自噬正向調(diào)節(jié) RhoC 和 ROCK2 表達水平，并且 RhoC / ROCK2 通路在髓核細胞來源的外泌體分泌中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

五、河馬 ( Hippo ) 信號通路

Hippo 信號通路參與體內(nèi)多個組織器官的再生和修復。Yes 相關(guān)蛋白 ( YAP ) 是 Hippo下游的信號分子，其激活可以調(diào)節(jié)細胞增殖，對細胞的凋亡調(diào)節(jié)器官發(fā)育起重要作用。其在椎間盤研究領(lǐng)域主要起促進髓核細胞 ECM表達增加的作用。

Wei 等利用 RNA-Seq 數(shù)據(jù)分析證實，軟骨素合成酶 3 ( chondroitin synthases 3 ) Chsy3 ( - / - ) 髓核細胞中分解代謝增加而合成代謝減少。通過生物信息學分析和驗證，Hippo 信號通路顯著下調(diào)，而 Yap1 的激活主要在 Chsy3( - / - ) 髓核細胞中受到影響。Chsy3 可以通過肌動蛋白張力介導的 Yap1 激活來調(diào)節(jié)髓核細胞的變性。Ge 等研究證實，結(jié)締組織生長因子 ( connective tissue growth factor，CTGF ) 通過 Hippo / YAP 通路減輕聚甲基丙烯酸甲酯 ( poly methyl methacrylate，PMMA ) 顆粒誘導的椎間盤變性。Chen 等證實，IL-6 在髓核細胞中通過酪氨酸磷酸化激活 YAP1。過表達的 YAP1 降低了人性別決定區(qū) Y框蛋白 9 ( Sex determining region Y-box 9，Sox-9 )、Ⅱ 型膠原、蛋白聚糖 ( aggrecan ) 的表達，而增加了基質(zhì)金屬蛋白酶 13 ( matrix metalloproteinase 13，MMP13 ) 的表達。YAP1特異性抑制劑維泊芬可以有效緩解大鼠 IVDD 的發(fā)展。Zhang 等研究證明，Hippo 通路參與了自然的 IVDD 過程。YAP 去磷酸化主要局限于細胞核，受 Hippo 通路調(diào)控，而 YAP 去磷酸化發(fā)生在細胞質(zhì)中，與髓核細胞衰老有關(guān)。

此外，用 shYAP 轉(zhuǎn)染髓核細胞，通過 YAP 干擾Hippo 信號通路，來加速細胞過早衰老通過干擾 Hippo 途徑，通過 YAP 加速細胞的過早衰老。Zhang 等證實，血管素 130 ( the large isoform of the transmembrane protein angiomotin，AMOT130 ) 通過一個保守的肌動蛋白結(jié)合域與F-肌動蛋白 ( F-actin ) 相關(guān)聯(lián)，使 YAP 保留在細胞質(zhì)中。Hippo 通路與 F-actin 協(xié)同調(diào)控 IVDD 環(huán)境中 YAP 的激活和定位，并幫助控制髓核細胞增殖的機制。

六、刺猬家族 ( Hedgehog ) 信號通路

Hedgehog 由 3 種蛋白質(zhì)配體組成：聲波刺猬 ( sonic hedgehog，SHH )、印度刺猬 ( indian hedgehog，IHH ) 和沙漠刺猬 ( desert hedgehog，DHH )。在 Hedgehog 信號通路中，patched-1 受體 ( Ptch1 ) 通常位于初級纖毛中。與配體結(jié)合后，Ptch1 被降解并運出纖毛，而平滑蛋白( smoothened smo ) 被運輸?shù)嚼w毛并被激活，導致下游效應(yīng)器激活。Hedgehog 信號在腰椎 IVDD 的研究中既能促進增殖，也參與氧化應(yīng)激介導的髓核細胞凋亡加速 IVDD。

Bao 等研究發(fā)現(xiàn)，真核啟動因子-2α ( eukaryotic initiation factor-2 alpha，eIF2α ) / 激活轉(zhuǎn)錄因子 4 ( activating transcription factor 4 ATF4 ) / IHH 信號通路磷酸化與髓核組織退變呈正相關(guān)。Li 等研究發(fā)現(xiàn)，束內(nèi)運輸復合物( intraflagellar transport，IFT ) 缺失導致 IVDD 中，細胞凋亡顯著增加，ECM 組分 Ⅱ 型膠原、Sox-9、Aggrecan 以及 Hedgehog 信號成分，包括 Gli1 蛋白和 Ptch1 蛋白的表達也顯著降低。Mohanty 等研究對髓核細胞的關(guān)鍵蛋白SHH 的表達進行了分析，發(fā)現(xiàn)隨著椎間盤的衰老和退化，SHH 及其靶蛋白的表達逐漸消失。Mohanty 等發(fā)現(xiàn)，SHH 和鼠短尾突變體表型蛋白 ( brachyury ) 不僅在發(fā)育過程中由脊索表達，而且在新生鼠髓核細胞中也有表達，對出生后椎間盤的維持至關(guān)重要。Hua 等發(fā)現(xiàn)，SHH信號通路在脂肪組織來源的間充質(zhì)干細胞 ( adipose tissuederived mesenchymal stem cells，ADSCs ) 髓核樣特異性分化中起重要作用，而平滑受體激動劑 ( smoothened agonist，SAG ) 是一種高特異性、有效的 SHH 信號激動劑，能夠有效促進這一過程。Hedgehog 蛋白在 IVDD 中的軟骨樣細胞( chondrocyte-like cells，CLCs ) 中具有誘導鈣化的傾向，這表明抑制 Hedgehog 信號可能是抑制 IVDD 過程中鈣化的一種途徑。

七、PI3K / AKT / mTOR 信號通路

磷脂酰肌醇-3-激酶 ( phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K ) / AKT / 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 ( mammalian target of rapamycin，mTOR ) 通路在細胞增殖、黏附、遷移、侵襲、代謝和存活中發(fā)揮重要作用。PI3K 的激活是通過小的 GTP 結(jié)合蛋白 ( ras ) 突變、磷酸酶和張力蛋白同源物 ( phosphatase and tensin homolog，PTEN ) 的丟失或生長因子表達的增加來實現(xiàn)的。其活化是通過 PI3K 家族，導致磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸 ( phosphatidylinositol-4，5-biphosphate，PIP2 ) 磷酸化為磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸 ( phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate PIP3 )。PIP3是一種有效的信號分子，可招募和調(diào)節(jié)許多下游效應(yīng)因子。PI3K / AKT 是 mTOR 信號上游激活通路之一，PI3K /AKT / mTOR 共同組成的信號在髓核細胞中主要起抑制促進細胞自噬，抑制細胞凋亡和促進 ECM 產(chǎn)生作用。

Yao 等發(fā)現(xiàn)，利拉魯肽通過 PI3K / AKT / mTOR /Caspase-3 和 PI3K / AKT / GSK3β / Caspase-3 信號通路，對高糖誘導的髓核細胞凋亡具有保護作用。Wang 等證實，miR-654-5p 可能通過靶向自噬相關(guān)基因 7 ( autophagyrelated gene 7，ATG7 ) 激活 PI3K / AKT / mTOR 信號通路，通過抑制自噬來增強 ECM 降解。Guo 等研究發(fā)現(xiàn)，17β-雌二醇可能通過 PI3K / AKT / mTOR 信號通路抑制IL-1β 誘導的髓核細胞凋亡。Tang 等證實，高濃度地塞米松可能通過骨形成蛋白 7 ( bone morphogenetic protein 7，BMP7 ) 介導的 PI3K / AKT / GSK-3β 通路抑制 β-連環(huán)蛋白的表達。Guo 等發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇能抑制 IL-1β 誘導的人髓核細胞凋亡。其機制可能是通過 PI3K / AKT / mTOR /Caspase-3 和 PI3K / AKT / GSK-3β / Caspase-3 通路實現(xiàn)。Yang 等研究表明，成骨蛋白 1 ( osteogenic protein-1，OP-1 ) 的加入明顯降低了細胞凋亡率和 Caspase-3 / 9 活性，下調(diào)了促凋亡分子 ( Bax、Caspase-3 / cleaved Caspase-3和 cleaved PARP ) 的基因 / 蛋白表達，上調(diào)了抗凋亡分子( Bcl-2 ) 的基因 / 蛋白表達。OP-1 的添加顯著提高了 p-AKT和 p-mTOR 的蛋白表達。進一步分析表明，PI3K / AKT /mTOR 信號通路抑制劑 LY294002 和 FK-506 的加入部分減弱 OP-1 對高滲透培養(yǎng)中 NP 細胞凋亡和 PI3K / AKT / mTOR通路激活的保護作用。故 OP-1 通過激活 PI3K / AKT /mTOR 通路抑制高滲培養(yǎng)的髓核細胞凋亡。Guo 等研究發(fā)現(xiàn)，莫拉菌素 M ( moracin，M ) 可能通過抑制脂多糖 ( lipolysaccharide，LPS ) 誘導的 PI3K 和 AKT 磷酸化，從而促進髓核細胞的自噬，抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生。

八、ERK1 / 2 信號通路

ERK1 / 2 信號的激活與 Ras / Raf / MEK / ERK 信號軸密切相關(guān)。Ras 是一種小的 GTP 結(jié)合蛋白，是多種通路的上游分子，如 MEK / ERK 和 PI3K / AKT。Ras 募集和激活蛋白激酶 Raf。Raf、絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶、MEK1 和MEK2 是酪氨酸和絲氨酸 / 蘇氨酸雙特異性蛋白激酶，催化 ERK1 / 2 的磷酸化酶。ERK1 / 2 是 MAPK 家族介導細胞增殖和凋亡的成員。ERK1 / 2 信號在促進髓核細胞基質(zhì)的合成抑制細胞焦亡等方面起重要作用。

Zhang 等實驗證實，沉默膠原基因 ( collagen Ⅸalpha 3 chain gene，COL9A3 ) 能引起大鼠髓核細胞 ERK1 /ERK2 和 MEK1 / MEK2 表達的顯著上調(diào)，細胞凋亡調(diào)控因子 ( Bax ) 和 Caspase-3 表達的明顯增加，且差異有統(tǒng)計學意義。Hodgkinson 等研究表明，脂肪源性多能干細胞( adipose-derived multipotent stem cells ) 中骨形成蛋白受體 2( bone morphogenetic protein receptor 2，BMPR2 ) 的表達升高且變化較小，這與下游通路活化增加 SMAD1 / 5 / 8、ERK1 / 2 相對應(yīng)。Hodgkinson 等研究進一步證實，生長分化因子-6 ( growth differentiation factor 6，GDF-6 ) 通過SMAD 依賴和非依賴 ( ERK1 / 2 ) 機制促進退變髓核細胞的健康椎間盤組織表達。Zhou 等證實，重組人白血病抑制因子對退變髓核細胞 ECM 合成有促進作用，對 IVDD具有保護作用，這與 ERK1 / 2 信號通路激活有關(guān)。Zhang等證實，瘦素通過促進自噬作用抑制退行性髓核細胞凋亡，通過磷酸化 ERK1 / 2 信號調(diào)節(jié)退行性髓核細胞自噬。Ruan 等研究表明，lncRNA 通過影響退化的人髓核細胞中的 ERK / MAPK 信號通路來調(diào)節(jié)分解代謝 MMP13、具有血小板反應(yīng)蛋白基序的金屬蛋白酶 5 ( A disintegrin and metalloprotease with thrombospondin motifs 5，ADAMTs5 )以及合成代謝的 Ⅱ 型膠原和 Aggrecan。He 等證實，軟骨終板干細胞 ( cartilage endplate-derived stem cells，CESCs ) 可能通過旁分泌途徑促進髓核細胞的增殖，而旁分泌途徑部分由基質(zhì)細胞衍生因子-1 ( stromal cell-derived factor-1 SDF-1 ) / C-X-C 趨化因子受體 4 ( C-X-C chemokine receptor4，CXCR4 ) 軸通過 ERK1 / 2 信號轉(zhuǎn)導途徑介導。Gao 等研究，發(fā)現(xiàn)周期性機械應(yīng)激通過 ERK1 / 2 信號通路誘導髓核細胞 ECM 的表達和遷移，ERK1 / 2 抑制劑PD98059 預(yù)處理降低了機械應(yīng)力誘導的周期性 ECM 合成和細胞遷移。由此可見，ERK1 / 2 信號參與了該過程。

九、信號通路間的相關(guān)性

信號通路在對細胞進行調(diào)節(jié)時往往存在著相互聯(lián)系。椎間盤退行性疾病的發(fā)病機制涉及多條信號通路，在IVDD 過程中往往存在多條通路的激活，不同的信號通路之間存在交叉。經(jīng)典信號通路與新的熱點信號通路之間也存在以下聯(lián)系：

1. ERK1 / 2 信號和 PI3K / AKT 協(xié)同作用：Xu 等發(fā)現(xiàn)，硫化氫在 IVDD 中起保護作用，其機制涉及 PI3K /AKT 和 ERK1 / 2 信號通路介導的 IL-1β 誘導髓核細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體功能障礙的抑制。

2. PI3K / AKT / mTOR 和 p38 / JNK-MAPK 的拮抗：Wu 等研究發(fā)現(xiàn)，胰島淀粉樣多肽 ( islet amyloid polypeptide，IAPP ) 過表達顯著上調(diào)了 AKT 和 mTOR 的磷酸化，下調(diào)了磷酸化的 p38 和 JNK 的表達，下調(diào)了 Bcl-2、Beclin-1、ATG5 和 ATG7 的基因表達，從而增加了髓核細胞的自噬，減少了細胞凋亡。siRNA 抑制 IAPP 表達時，PI3K / AKT / mTOR 和 p38 / JNK-MAPK 信號通路受到抑制，Caspase-3 和 Bax 表達增加，Beclin-1、ATG5、ATG7 表達減少。siIAPP 轉(zhuǎn)染 NP 細胞后，凋亡作用增強，自噬活性減弱。因此，IAPP 可能通過 PI3K / AKT-mTOR 和 p38 / JNKMAPK 信號調(diào)節(jié)髓核細胞自噬與凋亡。

3. SMAD、RhoA / ROCK1 和 MAPK 信號通路的協(xié)同作用：Hu 等研究表明，轉(zhuǎn)化生長因子-β ( transforming growth factor beta，TGF-β ) 處理髓核細胞可誘導軟骨素聚合因子 ( chondroitin polymerizing factor，ChPF ) 表達，增強 SMAD2 / 3、RhoA / ROCK 活化、JNK、p38、ERK1 / 2和 MAPK 信號通路，SMAD2 / 3。RhoA 或 ROCK1 / 2的選擇性抑制劑以及 SMAD3 和 ROCK1 的敲除可降低 TGF-β 誘導的 ChPF 表達和硫酸糖胺聚糖 ( sulfated glycosaminoglycan，sGAG ) 的合成。RhoA / ROCK1 信號通過激活 JNK 信號通路，而不是 p38 和 ERK1 / 2 信號通路來上調(diào) ChPF。這表明 TGF-β 通過 SMAD3、RhoA / ROCK1和 MAPK 三種信號通路刺激髓核細胞 ChPF 和 sGAG 合成的表達。

4. TXNIP / NLRP3、NF-κB 和 JNK 信號通路協(xié)同促進細胞炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生：Tang 等研究證實，厚樸酚抑制過氧化氫 ( hydrogen peroxide，HO) 誘導的凋亡( Caspase-9、Caspase-3 和 Bax )，氧化應(yīng)激介質(zhì) [ ROS、丙二醛 ( malondialdehyde，MDA ) ] 的水平、炎癥介質(zhì) [ IL-6、環(huán)氧合酶 2 ( cyclooxygenase-2，COX-2 ) 和誘導型一氧化氮合酶 ( inducible nitric oxide synthase，iNOS ) ] 的表達，主要基質(zhì)降解蛋白酶 ( MMP3、MMP13、ADAMTs5、ADAMTs4 )與髓核降解有關(guān)。此外，厚樸酚通過上調(diào)髓核內(nèi) Ⅱ 型膠原和 Sox-9 等 ECM 合成因子，對髓核具有保護作用。厚樸酚還通過抑制 HO刺激的髓核細胞中 NF-κB 和 JNK 的磷酸化，以及 TXNIP / NLRP3 炎癥小體的激活，從而抑制下游炎癥介質(zhì) IL-1 等的激活。

新的熱點信號通路彼此之間也存在著相互協(xié)同或拮抗作用：在退變早期階段 Hedgehog 信號通路過度激活可能是加重退變進展的一個因素。隨著退變的進一步發(fā)展，炎癥刺激激活 TXNIP / NLRP3 / Caspase 信號通路進一步加重炎癥反應(yīng)和凋亡。而在退變晚期階段 RhoA 和 ROCK 信號通路激活則是對細胞的保護機制。在整個退變過程中，ERK1 / 2、Hippo / YAP 信號通路激活則對抗細胞炎癥反應(yīng)減輕凋亡，ERK1 / 2 信號通路還能通過抑制焦亡減輕退變。HO-1 信號通路通過誘導自噬和減少髓核細胞氧化應(yīng)激在髓核組織退變的整個過程起保護作用。SIRT1 在髓核細胞退變中與 PI3K / AKT / mTOR 信號通路一起參與細胞自噬對細胞起保護作用。

總結(jié)上述與 IVDD 相關(guān)的 8 個信號通路，可以分為促進 IVDD 和抑制 IVDD 兩個方面。前者主要有：TXNIP /NLRP3 / Caspase 信號通路和 Hedgehog 信號通路，后者可分為：SIRT 信號通路、HO-1 信號通路、RhoA 和 ROCK信號通路、Hippo 信號通路、PI3K / AKT / mTOR 信號通路和 ERK1 / 2 信號通路。

十、小結(jié)與展望

在 IVDD 的不同階段，通過對主要通路的激活或抑制可能為椎間盤退行性疾病的治療提供理論依據(jù)。椎間盤信號通路錯綜復雜，因此，進一步尋找更加上游的信號通路如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 ( endoplasmic reticulum stress ) 介導髓核細胞炎癥的調(diào)控，mRNA 分子腺嘌呤第 6 位氮原子上發(fā)生的甲基化修飾如 N-6 甲基腺苷 ( N6-methyladenosine，m6A )化修飾以及 NPMSCs 來源的外泌體等的研究，有可能為全面了解椎間盤退變性疾病的發(fā)病機制提供幫助。