退變腰椎間盤組織中MMP-3、IL-1、TNF-α的表達變化及意義

(新鄉市中心醫院，河南新鄉 453000)

腰椎間盤突出是導致下腰腿痛和神經根性疼痛最常見的原因，但其發病機制目前尚未完全闡明［1］。研究［2］發現除了生物化學因素可能在其發病中起重要作用外，也可能存在細胞因子的作用。2008年6月～2011年2月，本研究觀察了退變的腰椎間盤組織中基質金屬蛋白酶3(MMP-3)、白細胞介素1(IL-1)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達變化，并探討其意義。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 行手術治療的腰椎間盤突出癥患者40例(研究組)，男25例，女15例，年齡30～72歲，平均(45.7±11.2)歲。所有患者術前均經 CT及MRI檢查確診。病變累及 L3～4椎間盤9例，L4～5椎間盤22例，L5～S1椎間盤9例。均存在較明顯的坐骨神經痛，伴或不伴下腰痛，直腿抬高試驗陽性，無急慢性感染史和免疫系統疾病。根據MRI影像分型，突出型23例，脫出型17例。術中取退變的椎間盤組織(研究組)。另取20例行前路手術治療的因腰椎爆裂型骨折而受累的正常椎間盤組織作為對照組。患者中男13例，女7例，年齡29～70歲，平均(43.7±9.3)歲。對照組入選標準:①既往健康，無脊柱病史，無腰腿痛和椎管手術史，無免疫系統疾病;②CT掃描均未發現腰椎間盤突出，術中腰椎骨折處無椎間盤突出等肉眼可見的病理表現。兩組性別、年齡相比，P均 ＞0.05。

1.2 MMP-3、IL-1及 TNF-α 的檢測 將術中所得的新鮮椎間盤標本反復用生理鹽水沖洗，消除血液及其他人體體液的污染，存放于－70℃冰箱中備用。實驗前先將椎間盤組織稱重，超聲波粉碎，加入PBS研磨制成勻漿，3 500 r/min離心10 min，取上清。采用ELISA法測定兩組椎間盤組織中的MMP-3、IL-1及TNF-α。按說明書進行操作。

1.3 統計學方法 采用SPSS13.0統計學軟件。計量資料用±s表示，采用t檢驗。P≤0.05為差異有統計學意義。

2 結果

研究組椎間盤組織中MMP-3、IL-1及TNF-α表達水平分別為(20.45 ±3.48)、(13.68 ±3.23)、(11.54 ± 3.11)pg/mL，對照組分別為(5.11 ±0.71)、(2.66 ± 1.16)、(3.54 ± 1.38)pg/mL，兩組相比，P均 ＜0.05。

3 討論

腰椎間盤突出是骨科常見病，椎間盤的退變過程不僅表現為形態學上的變化，還伴有組織學與生化性質的改變，如蛋白多糖和水含量的減少、膠原類型的轉換、降解酶活性的升高以及炎癥介質的釋放增多等［3］。過去認為機械壓迫是腰椎間盤突出癥坐骨神經痛的直接原因，而近年研究［4］表明炎癥反應起著更重要的作用，術中經常發現神經根表現為充血、水腫等類似炎癥樣變化。組織病理學發現腰椎間盤突出組織表現為以巨噬細胞為主的炎性細胞浸潤和新血管形成的炎性肉芽組織。分子生物學研究發現，MMPs、IL-1、IL-6、TNF-α 等細胞因子在椎間盤退變的發生發展中具有重要作用［5］。

正常狀態下，椎間盤內存在調節基質代謝的酶系統，使細胞外基質(ECM)的合成、分解處于平衡狀態，當該平衡遭到破壞使得髓核水分和彈性喪失時，將導致椎間盤的生物力學功能減退，出現椎間盤退變［5］。MMP-3是重要的基質金屬蛋白酶之一，屬于基質降解酶，也是椎間盤ECM降解的關鍵酶，能夠降解包括蛋白多糖、層黏蛋白、纖維連接蛋白等Ⅳ和V型膠原［6］。MMP-3還可激活其他潛在的各類MMPs，形成瀑布效應［7］。故 MMP-3是降解退變的椎間盤基質的主要酶類［8］。大量研究證實［9，10］，MMP-3與基質退變之間存在密切關系，退變的椎間盤組織產生的MMP-3比正常椎間盤組織要高。

有研究［11］發現，椎間盤退變過程中伴隨著多種細胞因子水平的改變，其中IL家族與椎間盤退變關系密切。IL-1由活化的單核—巨噬細胞、成纖維細胞、內皮細胞、軟骨細胞等分泌，是種強有力的致痛物質，可直接刺激神經根并增強緩激肽的敏感性，參與椎間盤突出所致的神經根疼痛的病理過程。當髓核破裂突出時，損傷部位發生急性炎性反應，單核細胞為主的炎性細胞浸潤，并釋放IL-1，進而刺激細胞間黏附分子的表達，對炎性細胞具有趨化作用，導致神經根性疼痛［12］。

TNF-α主要是由單核—巨噬細胞分泌，不僅對腫瘤細胞有細胞溶解、抑制增殖的作用，它還是一種重要的炎癥介質，可刺激中性粒細胞和嗜酸性粒細胞產生大量超氧化物，釋放溶酶體酶，對周圍細胞產生毒性作用，還可介導其他炎性因子表達，加重局部炎癥反應。有研究［13，14］發現椎間盤退變患者髓核突出1 d后，椎間盤細胞就產生大量TNF-α，這些細胞因子從細胞內轉移到細胞外，導致突出的椎間盤內巨噬細胞聚集。由于聚集的巨噬細胞強大的吞噬活性及其釋放的IL的作用，椎間盤成分被逐步吸收。

本研究結果顯示，研究組椎間盤組織中MMP-3、IL-1、TNF-α水平均顯著高于對照組，提示三者可能在椎間盤退變的發生機制中發揮重要作用，這將為椎間盤退變的預防和治療提供新的途徑。由于本研究對象數量較少，未對不同年齡組進行比較，下一步將對不同年齡對椎間盤退變患者上述炎癥介質的影響進行研究。另外椎間盤退變的機制復雜，仍需進一步研究各種細胞因子在椎間盤退變中的作用及相互關系，為椎間盤退變的防治提供理論依據。

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