王少康，陸向東，趙曉峰，范偉

（1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西太原 030000；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科，山西太原 030000）

下腰痛（low back pain, LBP）是指位于第12 根肋骨至臀溝之間的疼痛。預(yù)計(jì)到2050 年，全球有超過(guò)80 億人將患有下腰痛［1］。其中，絕大多數(shù)是非特異性下腰痛，而椎間盤(pán)源性疼痛被認(rèn)為是非特異性下腰痛的主要原因，這種疼痛是由椎間盤(pán)退變（intervertebral disc degeneration, IVDD） 引起的。椎間盤(pán)（intervertebral disc,IVD）由中央髓核（nucleus pulposus,NP）、周圍纖維環(huán)（annulus fibrosus,AF）和上下軟骨終板（cartilage endplate, CEP）組成。研究發(fā)現(xiàn)，IVDD 組織中顯示出感覺(jué)和交感神經(jīng)的標(biāo)記物［2］，異常的神經(jīng)纖維長(zhǎng)入AF 和NP，導(dǎo)致疼痛信號(hào)的產(chǎn)生。過(guò)去，關(guān)于神經(jīng)長(zhǎng)入與IVDD 關(guān)系的研究主要關(guān)注疼痛癥狀，而忽視了神經(jīng)長(zhǎng)入對(duì)IVDD 本身的影響。然而，神經(jīng)長(zhǎng)入和神經(jīng)遞質(zhì)在多種人類疾病中發(fā)揮重要作用，如影響身體發(fā)育、骨穩(wěn)態(tài)、代謝性疾病、腫瘤和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)［3］。因此，探究神經(jīng)長(zhǎng)入在IVDD 機(jī)制中的作用具有重要意義。

1 退變椎間盤(pán)的概述

IVD 是一種具有高抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的纖維軟骨結(jié)構(gòu)，用于維持脊柱的軸向壓力和提供多軸靈活性。IVDD 的加速發(fā)展與衰老、肥胖、慢性壓力、職業(yè)暴露、吸煙和遺傳因素等危險(xiǎn)因素密切相關(guān)［4］。

在IVDD 的進(jìn)程中，IVD 細(xì)胞衰老和死亡，II 型膠原蛋白和蛋白聚糖減少，基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）和蛋白多糖酶（adisintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs,ADAMTs）是降解II 型膠原和蛋白多糖的關(guān)鍵酶［5］。這些變化促使基質(zhì)降解產(chǎn)物釋放，進(jìn)而刺激促炎癥介質(zhì)主要包括白介素-1α/β （interleu-kin, IL-1α/β）、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-17、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）、干擾素-γ、趨化因子、前列腺素等產(chǎn)生［6］，繼續(xù)誘導(dǎo)炎癥、細(xì)胞外基質(zhì)降解和異常血管、神經(jīng)長(zhǎng)入［7］。此外，AF 與NP 的分界線變得模糊，過(guò)度產(chǎn)生的I 型膠原蛋白擴(kuò)散到NP 中，導(dǎo)致其從軟骨樣表型轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞樣表型［8］。這些病理變化導(dǎo)致IVD 代謝從合成代謝轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸獯x，進(jìn)而引起椎間隙高度減小、纖維化、終板硬化、纖維環(huán)裂隙和生物力學(xué)特性的改變。

2 退變椎間盤(pán)中各結(jié)構(gòu)的神經(jīng)長(zhǎng)入

2.1 纖維環(huán)

健康成年人的IVD 神經(jīng)支配僅限于AF 的外層。早在1940 年，Roofe 等［9］首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了外層AF表面存在的神經(jīng)纖維，然而，早期的研究主要依賴于銀染和膽堿酯酶染色，可能導(dǎo)致某些特殊神經(jīng)纖維的難以觀察。隨著免疫組織化學(xué)染色技術(shù)的發(fā)展，研究者開(kāi)始使用更多的標(biāo)記物來(lái)檢測(cè)纖維環(huán)組織中的神經(jīng)元，如物質(zhì)P（substance P, SP）、蛋白基因產(chǎn)物9.5（protein gene product 9.5, PGP9.5）、突觸素（synaptophysin, SYN）、神經(jīng)絲蛋白200 （neurofilament 200,NF200）、生長(zhǎng)相關(guān)蛋白-43（growth associated protein-43, GAP-43）、降鈣素基因相關(guān)肽（calcitonin gene related peptide, CGRP）和神經(jīng)生長(zhǎng)因子（nerve growth factor, NGF）等［10］。研究結(jié)果顯示，在IVDD中，內(nèi)層AF 組織中的神經(jīng)纖維豐富，并且神經(jīng)密度隨著椎間盤(pán)退變的嚴(yán)重程度和局部蛋白多糖丟失而顯著增加［11］。

2.2 髓核

在IVDD 的NP 區(qū)域內(nèi)存在多種神經(jīng)纖維標(biāo)記。包括乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase,AChE）和神經(jīng)絲蛋白（neurofilament, NF） 標(biāo)記的神經(jīng)纖維，NF90 標(biāo)記的小型無(wú)髓鞘神經(jīng)纖維，PGP9.5 和SP 標(biāo)記的神經(jīng)纖維，以及共標(biāo)記GAP-43 和酪氨酸蛋白激酶A（tyrosine kinase A, TrkA）的神經(jīng)纖維［12］。此外，在退變的NP 組織中還觀察到其他類型的神經(jīng)纖維，包括血管活性腸肽（vasoactive intestinal peptide,VIP）+、NF200+和S100 蛋白+［10］。

2.3 軟骨終板

CEP 組織內(nèi)的神經(jīng)支配在健康和病理情況下均存在，這可能與CEP 組織內(nèi)的物質(zhì)交換特性有關(guān)。IVDD 過(guò)程中CEP 區(qū)域神經(jīng)支配最為豐富，MRI 上具有Modic 1 型或2 型變化的人EP 組織，具有更多的PGP 9.5 標(biāo)記的神經(jīng)纖維［13］。

總的來(lái)說(shuō)，神經(jīng)纖維始終局限于IVD 的外層AF。而神經(jīng)向內(nèi)層AF 和NP 長(zhǎng)入僅發(fā)生在退變狀態(tài)下。通常，神經(jīng)長(zhǎng)入僅局限于組織肉芽、環(huán)狀撕裂和病變區(qū)域。然而，當(dāng)IVD 因多種內(nèi)在原因而發(fā)生退變時(shí)，神經(jīng)末梢向IVD 內(nèi)部生長(zhǎng)可能會(huì)變得更為復(fù)雜。因此，對(duì)于IVDD 神經(jīng)長(zhǎng)入的深入研究是非常必要的。

3 神經(jīng)長(zhǎng)入的研究模型

3.1 體內(nèi)模型

體內(nèi)模型中，首先需要構(gòu)建IVDD 模型，力學(xué)改變模型通過(guò)模擬長(zhǎng)時(shí)間不正確姿勢(shì)或過(guò)度承受壓力來(lái)誘發(fā)IVDD，常用的方法包括尾部折彎模型、雙足直立模型、軸向加壓模型和脊柱失穩(wěn)模型。結(jié)構(gòu)改變模型通過(guò)物理或化學(xué)手段破壞IVD 結(jié)構(gòu)來(lái)誘發(fā)退變，包括直接破壞IVD 的結(jié)構(gòu)，還可以破壞IVD 周圍的組織或者注射軟骨素酶ABC（chondroitinase ABC,ChABC）或木瓜凝乳蛋白酶來(lái)實(shí)現(xiàn)。自發(fā)退變模型利用動(dòng)物自身年齡依賴性變化特點(diǎn)來(lái)模擬人類IVDD［14］，如老年沙鼠、軟骨營(yíng)養(yǎng)不良犬和狒狒等。全身疾病模型通過(guò)暴露動(dòng)物于特定條件下，如吸煙或切除卵巢來(lái)誘發(fā)椎間盤(pán)退變。為探討IVDD 模型后神經(jīng)的分布，采用免疫熒光分析方法檢測(cè)其特異性標(biāo)志物的表達(dá)。

3.2 體外模型

體外模型則是在細(xì)胞培養(yǎng)條件下構(gòu)建模型。主要方法包括將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion, DRG）的外植體或人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系SHSY5Y 加入到IVD 細(xì)胞培養(yǎng)皿中［15,16］，再通過(guò)添加NGF 或炎癥因子［17］，使用延時(shí)顯微鏡和免疫熒光分析方法檢測(cè)神經(jīng)纖維的遷移和相互作用。

總體來(lái)看，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要綜合考慮動(dòng)物的環(huán)境要求、遺傳學(xué)控制、飼養(yǎng)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)成本、操作便捷性以及倫理要求等多個(gè)因素。目前，鼠類和兔類是較為適合進(jìn)行這類實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物選擇。同時(shí)，也需要注意動(dòng)物模型與人類IVDD 之間存在的實(shí)際差異，不斷完善造模方法，以更好地為臨床研究服務(wù)。

4 神經(jīng)長(zhǎng)入在退變椎間盤(pán)中的調(diào)控

近年來(lái)，神經(jīng)長(zhǎng)入在IVDD 的調(diào)控機(jī)制備受關(guān)注和深入研究。它與IVDD 的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，并對(duì)椎間盤(pán)的功能和疼痛產(chǎn)生影響。

4.1 新生血管

關(guān)于神經(jīng)長(zhǎng)入與新生血管之間的關(guān)聯(lián)仍存在爭(zhēng)議。在IVDD 中，神經(jīng)長(zhǎng)入和新生血管形成都發(fā)生在破損組織的蛋白多糖耗盡區(qū)域并呈現(xiàn)出協(xié)同作用［18］。NGF 刺激感覺(jué)神經(jīng)朝著IVD 內(nèi)部生長(zhǎng)，同時(shí)作為內(nèi)皮細(xì)胞增殖的生化刺激因素，導(dǎo)致IVD 內(nèi)形成新生的血管。IVD 內(nèi)生成的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor, VEGF） 也促進(jìn)了NGF 的產(chǎn)生，有助于IVD 內(nèi)神經(jīng)纖維向內(nèi)部延伸，最終導(dǎo)致椎間盤(pán)源性LBP 的發(fā)生［19］。然而也有研究報(bào)道，在IVDD 中，神經(jīng)分布豐富程度高于血管，這意味著神經(jīng)可以在沒(méi)有血管的情況下向內(nèi)長(zhǎng)入［20］。這復(fù)雜的關(guān)系可能受個(gè)體差異、IVDD 的嚴(yán)重程度和研究方法的影響。

4.2 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和炎癥細(xì)胞

神經(jīng)長(zhǎng)入受到神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和炎癥細(xì)胞的調(diào)控。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子如NGF、神經(jīng)肽Y（neuropeptide Y,NPY）和VIP 直接或間接調(diào)控促進(jìn)神經(jīng)長(zhǎng)入的過(guò)程［21］。同時(shí)，炎癥細(xì)胞如巨噬細(xì)胞也具有促進(jìn)神經(jīng)再生的能力，通過(guò)分泌NGF 和IL-1β，促進(jìn)神經(jīng)纖維的生長(zhǎng)和擴(kuò)散［22］。炎癥反應(yīng)在IVDD 中起到重要的調(diào)節(jié)作用，與神經(jīng)長(zhǎng)入的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。

4.3 信號(hào)素家族

神經(jīng)長(zhǎng)入還受到信號(hào)素家族的調(diào)控。信號(hào)素是經(jīng)典的軸突引導(dǎo)分子，在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中起重要作用。其中，類3 信號(hào)素（semaphorin 3s,SEMA3s）是脊椎動(dòng)物中唯一分泌的信號(hào)素家族成員［23］。SEMA3s 通過(guò)受體神經(jīng)絲粘附蛋白負(fù)向調(diào)節(jié)神經(jīng)纖維的生長(zhǎng)。此外，神經(jīng)絲粘附蛋白還可以作為VEGF 的受體，抑制血管生成［24］。這些研究表明，SEMA3s 在神經(jīng)長(zhǎng)入和血管生成中起到了重要的調(diào)控作用。

5 神經(jīng)遞質(zhì)在退變椎間盤(pán)中的調(diào)控

神經(jīng)遞質(zhì)在調(diào)節(jié)IVDD 中發(fā)揮著重要作用。神經(jīng)遞質(zhì)包括感覺(jué)神經(jīng)遞質(zhì)和交感神經(jīng)遞質(zhì)。感覺(jué)神經(jīng)遞質(zhì)包括SP 和CGRP，而交感神經(jīng)遞質(zhì)包括去甲腎上腺素（norepinephrine, NE）、NPY 和VIP。這些神經(jīng)遞質(zhì)通過(guò)與特定的受體結(jié)合，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、基質(zhì)降解等生物學(xué)效應(yīng)，從而影響IVDD 的進(jìn)程。

5.1 物質(zhì)P

SP 是IVDD 中常見(jiàn)的感覺(jué)神經(jīng)遞質(zhì)之一，是痛覺(jué)和炎癥介質(zhì)的典型代表。在IVDD 中，存在SP 陽(yáng)性神經(jīng)纖維。SP 主要通過(guò)NK1/2/3 等受體發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，其中NK1 對(duì)SP 具有最高的親和力［25］。多種因素如炎癥、氧化應(yīng)激和機(jī)械刺激可以誘導(dǎo)IVD內(nèi)SP 的產(chǎn)生［26］。SP 在正常IVD 細(xì)胞中的低水平表達(dá)發(fā)揮著營(yíng)養(yǎng)和促合成作用，但在亞健康或病理狀態(tài)下，SP 表達(dá)水平增加則轉(zhuǎn)化為分解和促炎因子的作用。通過(guò)阻斷SP 與NK1 受體的相互作用，已經(jīng)在動(dòng)物模型中展示了緩解疼痛和局部炎癥的治療效果［27］。

5.2 降鈣素基因相關(guān)肽

CGRP 作為另一種感覺(jué)神經(jīng)遞質(zhì)，在IVDD 中也扮演重要角色。CGRP 信號(hào)傳導(dǎo)依賴于降鈣素受體樣受體（calcitonin receptor-like receptor,CRLR）和受體活性修飾蛋白1(receptor activity modifying protein 1,RAMP-1）這兩種跨膜蛋白，它們形成異源二聚體，介導(dǎo)CGRP 的調(diào)節(jié)作用［28］。CGRP 對(duì)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡具有雙重作用，其效應(yīng)取決于靶細(xì)胞的生理狀態(tài)。在健康的軟骨細(xì)胞中，CGRP 具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和保護(hù)作用，但在OA 軟骨細(xì)胞中促進(jìn)炎癥和基質(zhì)降解［29］。IVDD 中存在CGRP 陽(yáng)性神經(jīng)纖維，同時(shí)CGRP 及其受體的表達(dá)增加。抑制CGRP 的活性可能減輕IVDD 的炎癥和病理進(jìn)程［30］。

5.3 去甲腎上腺素

交感神經(jīng)遞質(zhì)NE 在IVDD 的發(fā)展中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管IVD 組織中觀察到多種NE 受體，但唯一可檢測(cè)到的是β2-腎上腺素受體蛋白［31］。β2-腎上腺素受體信號(hào)的激活與IVDD 程度呈正相關(guān)，并伴隨著細(xì)胞外基質(zhì)的變化。此外，NE 也對(duì)軟骨細(xì)胞的肥大具有促進(jìn)作用［32］。因此，作者推測(cè)NE 可能通過(guò)加速NP 細(xì)胞內(nèi)的肥大途徑來(lái)促進(jìn)IVDD。

5.4 神經(jīng)肽Y

NPY 作為交感神經(jīng)源神經(jīng)遞質(zhì)的另一個(gè)成員。哺乳動(dòng)物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5 種NPY 受體：Y1R、Y2R、Y4R、Y5R 和Y6R。IVDD 組織中的NPY 表達(dá)升高，Y1R 表達(dá)下降，Y2R 的表達(dá)無(wú)變化，并發(fā)現(xiàn)NPY 可能通過(guò)外周Y1R 參與椎間盤(pán)源性腰痛的發(fā)生［33］。與NE 不同，NPY 可以防止NP 細(xì)胞凋亡和IL-1β 誘導(dǎo)的基質(zhì)降解，具有抗炎作用［34］。

5.5 血管活性腸肽

VIP 作為交感神經(jīng)遞質(zhì)之一，對(duì)IVDD 也發(fā)揮著抑制作用。VIP 陽(yáng)性神經(jīng)纖維存在于IVDD 中，研究表明，VIP 對(duì)骨關(guān)節(jié)炎和IVDD 具有抗炎效果［35］。然而，對(duì)VIP 在IVDD 中具體作用和機(jī)制的研究還有限。初步研究表明，VIP 對(duì)人類NP 細(xì)胞有促進(jìn)細(xì)胞存活、增強(qiáng)蛋白質(zhì)表達(dá)和抑制炎癥的作用［12］。但需進(jìn)一步研究，包括使用動(dòng)物模型驗(yàn)證VIP 對(duì)IVDD 的影響。

6 新型鎮(zhèn)痛藥物

近年來(lái)，研究人員聚焦于針對(duì)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的新型鎮(zhèn)痛藥物。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在IVDD 中過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致神經(jīng)長(zhǎng)入，因此抑制它們可以減輕疼痛。新型藥物NGF 拮抗劑（如tanezumab、fulranumab 和fasinumab）被認(rèn)為可用于多種慢性疼痛病癥，包括腰背痛、骨關(guān)節(jié)炎和糖尿病性神經(jīng)病。其中tanezumab 已向美國(guó)FDA 申請(qǐng)商業(yè)使用批準(zhǔn)，臨床和統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)支持其在腰背痛患者中的鎮(zhèn)痛作用。然而，安全性方面，tanezumab 組不良事件發(fā)生率較高，包括關(guān)節(jié)痛、頭痛、感覺(jué)異常和肌痛［36］。需進(jìn)一步研究以改善NGF拮抗劑的不良耐受性。

綜上所述，針對(duì)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的藥物在腰背痛的療效和安全性仍有不確定性。在治療過(guò)程中，需權(quán)衡療效與安全性風(fēng)險(xiǎn)，并因人而異作出決策。以上研究進(jìn)展有望推動(dòng)新型鎮(zhèn)痛藥物的發(fā)展，為慢性疼痛患者提供更有效、安全的治療選項(xiàng)。

7 小 結(jié)

本文綜述了關(guān)于神經(jīng)長(zhǎng)入在IVDD 中的研究進(jìn)展。IVDD 是導(dǎo)致LBP 的主要原因之一，而神經(jīng)長(zhǎng)入在IVDD 中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。已有證據(jù)表明，IVDD中存在神經(jīng)長(zhǎng)入的現(xiàn)象，這與疼痛產(chǎn)生密切相關(guān)。神經(jīng)遞質(zhì)在調(diào)節(jié)IVDD 過(guò)程中也起著重要作用，包括感覺(jué)神經(jīng)遞質(zhì)和交感神經(jīng)遞質(zhì)。針對(duì)這些神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的新型鎮(zhèn)痛藥物在臨床上顯示出潛在的鎮(zhèn)痛效果，但其安全性尚待進(jìn)一步研究。未來(lái)的研究還需進(jìn)一步探索神經(jīng)長(zhǎng)入與IVDD 的關(guān)聯(lián)，并加強(qiáng)調(diào)控機(jī)制的深入研究，以推動(dòng)其腰背痛治療領(lǐng)域的發(fā)展。