腰椎Modic I、Ⅱ型面積改變率與TNF-α相關性研究

莊汝杰 陳冠軍 莊偉 陳芳

腰椎Modic I、Ⅱ型面積改變率與TNF-α相關性研究

莊汝杰 陳冠軍 莊偉 陳芳

目的 探討腰椎Modic I、Ⅱ型面積改變率與對應終板中TNF-α含量的相關性。 方法 52例因下腰痛手術患者（男29例，女23例），平均年齡（51．0±11．89）歲。術前行MRI檢查，其中無Modic改變型16例，Modic I型15例，ModicⅡ型21例。測量3組在MRI T2正中矢狀位上Modic改變面積及對應椎體面積大小，計算Modic改變率。術中收集椎間盤髓核、椎體終板部分組織作TNF-α免疫組化染色，觀察其在髓核和終板組織中的差異，統計與終板面積改變率的相關性。 結果 無Modic改變型：髓核和終板組織中TNF-α染色極少，Modic I型組：TNF-ɑ在終板的表達明顯高于髓核，與面積變化率的相關系數r=0．431，P=0．021，兩者具有正相關性。ModicⅡ型組：TNF-ɑ在終板的表達與髓核組織相似，與面積變化率的相關系數r=0．322，P=0．043，兩者具有正相關性。 結論 下腰痛患者中Modic I、Ⅱ型面積改變率與所對應終板中TNF-ɑ炎性因子含量密切相關。

腰椎 終板Modic改變 TNF-α

腰椎間盤終板變化由美國放射科醫生Modic首先發現，腰椎終板磁共振（MRI）信號的異常，導致終板及脊柱的生物力學變化并由此影響下腰痛。本研究觀察52例Modic各型患者的臨床資料，分析Modic在MRI上的改變率與對應終板中所含炎性因子TNF-ɑ的關系，進一步認識Modic病變與下腰痛的關系。

1 資料和方法

1.1 一般資料 本組52例患者（男29例，女23例），均系2011年12月至2012年6月浙江中醫藥大學附屬第一醫院骨科收治因下腰痛而入院手術的患者，平均年齡（51.0±11.89）歲，病程6個月至54個月，平均（26± 4.3）個月。所有患者術前均作腰椎MRI檢查，根據MRI影像學上的終板Modic變化判斷分型，其中無Modic改變型16例，Modic I型15例，ModicⅡ型21例，排除ModicⅢ型、混合型多節段者。

1.2 方法

1.2.1 Modic改變率測定 應用GE Signa 1.5 T磁共振成像儀，行腰椎矢狀面T1W1、T2W1掃描以及橫斷面T2W1掃描。因不同患者的椎體面積大小有差異，為避此差異給實驗帶來誤差，我們以Modic面積改變率作為觀察指標，來判斷其與下腰痛的相互關系。采用浙大維科公司Mediaview軟件在MRI圖像上測量兩組終板Modic改變在T2加權上中線矢狀面圖像上的面積及所在椎體的面積，計算其比值得到Modic面積改變率，每組數據測量3次，求其平均值。

1.2.2 免疫組化染色和觀察方法 收集術中椎間盤髓核、椎體終板部分組織，髓核組織在中性緩沖福爾馬林（pH7.4）固定12h，終板組織固定后采用12%EDTA在室溫下脫鈣4周，其中每隔3d震蕩1次、每隔1周更換EDTA 1次,取材脫水。60～62℃石蠟包埋組織，層厚3～4μm，連續切片后烘箱烤片2～4h。切片分別間隔作HE染色形態學檢查和TNF-α免疫組化染色觀察。髓核和終板組織石蠟切片的（TNF-α稀釋度為1∶60，mouse來源的單克隆抗體；切片脫蠟、水化（二甲苯脫蠟后，按100%，95%，80%，70%乙醇逐級脫水），PBS洗2次，3% H2O2（80%甲醇）滴加在TMA上，室溫靜置10min，PBS洗2～3次各5min，抗原修復（微波處理進行抗原修復），PBS洗2～3次各5min，滴加1%BSA封閉液，室溫20min。甩去多余液體，滴加TNF-α抗體501（1∶400，鼠抗CD68單克隆抗體，福建Maixin公司），室溫靜置1h，PBS洗3次各5min，1∶200生物素標記的羊抗小鼠IgG用于TNF-α抗體處理的切片，室溫靜置30min；PBS洗3次各5min；DAB顯色5～10min，在顯微鏡下掌握染色程度，PBS沖洗10min，蘇木精復染2min，脫水，封片。設陰性對照，不加特異性一抗。鏡下觀察結果：在細胞漿和或核內出現黃、棕色顆粒為陽性，免疫組化半定量計分方法：首先根據染色強度打分，0分為無色，1分為淡黃色，2分為棕黃色，3分為棕褐。染色深淺需與背景著色相對比，再將陽性細胞所占的百分比打分，0分為陰性，1分為陽性細胞≤10%，2分為11%～50%，3分為51%～75%，4分為≈76%。染色強度與陽性細胞百分比的乘積＞3分，才算免疫反應（+），計算TNF-α半定量計分。

1.3 統計學處理 所有影像學資料均由2位骨科醫師獨立雙盲分析，對2人的評估結果進行Kappa一致性檢驗。數據采用SPSS Statistics 19分析軟件進行分析，各型Modic面積改變率采用Pearson相關分析。

2 結果

免疫組化染色顯示，無Modic改變型：髓核和終板組織中TNF-α染色極少，僅少量分布胞漿內，TNF-α半定量值分別為0.8±0.4、0.9±0.2，兩者差異無統計學意義（圖1）。Modic I型：TNF-ɑ在終板的表達明顯高于髓核，多分布于胞漿內和散在基質中，TNF-α半定量值分別為7.2±0.5、9.2±0.7，兩者相比差異有統計學意義（P＜ 0.05，圖2）。其變化率和終板中TNF-ɑ炎性因子的相關系數為r=0.431，P=0.021，兩者具有正相關性。ModicⅡ型：TNF-ɑ在終板的表達與髓核組織相似，半定量值分別為4.2±0.4、4.5±0.9，兩者相比差異無統計學意義（P＞0.05，圖3）。其變化率和終板中TNF-ɑ炎性因子的相關系數r=0.322，P=0.043，兩者具有正相關性（表1）。

圖1 無Modic改變型TNF-α在髓核和終板組織中的染色（× 200）

圖2 Modic I型TNF-α在髓核和終板組織中的染色（×200）

圖3 Modic II型TNF-α在髓核和終板組織中的染色（×200）

表1 ModicⅠ、Ⅱ型面積改變率終板中TNF-ɑ炎性因子的相關性分析

3 討論

免疫學研究發現，退變椎間盤內存在多種高濃度炎性因子，而正常椎間盤內不存在這些炎癥因子。腰椎間盤突出癥和盤源性下腰痛患者神經纖維環中均有通道聯系髓核和椎間盤外環境，相應髓核內也證明有炎性因子。這兩種疾病也是Modic的危險因素[1]。TNF-α參與炎癥反應的全部過程，在炎癥局部血管通透性增加、白細胞附壁、滲出和致病因子消除等過程中均起到促進作用。許多研究證明，TNF-α的含量在腰椎間盤退化癥的患者中的含量較高[2-4]。Burke等[5]通過實驗測定了Modic各型改變中的TNF-α含量，發現其各型之間炎癥介質含量存在顯著的差別。

本研究結果顯示ModicI型終板中的TNF-α含量高于髓核，且與終板面積改變率呈正相關。這是由于ModicⅠ型為炎癥水腫期，其表現為軟骨終板變薄，細胞不同程度變性及減少，甚至中斷或消失，由于終板撕裂血管可進入髓核，甚至髓核亦可進入終板形成許莫氏結節。ModicI型終板損傷嚴重，更多的髓核組織及其中更多的炎性因子如TNF-α通過終板裂隙到達椎體內。ModicⅡ型主要表現脂肪型，目前認為此型相對于ModicI型已趨于穩定，但本組實驗結果顯示：ModicⅡ型終板組織中仍含有TNF-α因子，TNF-α可促進中性粒細胞積聚，促使間葉組織（脂肪組織）釋放蛋白溶解酶，導致蛋白多糖的水解減少以及隨之引起的水分減少，使軟骨終板的滲透性降低，使椎間盤營養發生障礙，導致椎間盤退變。可見ModicⅡ型并非真正的穩定只是Modic改變中的一過渡時期，該型患者的下腰痛癥狀是由終板和髓核退變共同參與導致的結果。

本研究通過對ModicⅠ、Ⅱ型面積改變率及TNF-ɑ炎性因子含量檢測，結果提示ModicⅠ、Ⅱ型，面積改變率越大TNF-ɑ炎性因子含量越高，最終導致的臨床癥狀越重。同時可見TNF-ɑ炎性因子在炎癥反應與Modic改變產生的過程中發揮著重要作用，是Modic改變的病因之一。

[1] 丁文元,李寶俊,海涌，等．前炎癥因子在脊髓型頸椎病發病早期的表達[J]．脊柱外科雜志,2006,4(4):219-22．

[2]Karchevsky M,Schweitzer M E,Carrino J A．Reactive endplate marrow changes:a systematic morphologic and epidemiologic evaluation[J]．Skeletal Radiol,2005,34(3):125-129．

[3]Marshman L A,Trewhella M,Friesem T．Reverse transformation of Modic type 2 changes to Modic type 1 changes during sustained chronic low-back pain severity．Report of two cases and review of the literature[J]．J Neurosurg Spine,2007,6:152-155．

[4]Dominik W,Marco Z,Juerg H,et al．Painful Lumbar Disk Derangement:Relevance of Endplate Abnormalities at MR Imaging [J]．Radiology,2001,218:420-427．

[5]Burke G,Watso G,McCormack D,et al．Intervertebral discs which cause low back pain secrete high levels of pro-inflammatory mediators[J]．J Bone Joint Surg,2002,84-B:196-201．

Correlation of TNF-ɑ expression with Modic changes in vertebral endplates of patients with low back pain

Objective To investigate the correlation of TNF-ɑ expression with Modic changes in vertebral endplates of patients with low back pain．Methods Seventy patients(29 males and 23 females)with an average age of 51．0±11．89 undergoing low back pain surgery were examined with MRI．Among them,16 cases had no Modic changes,15 cases were Modic I and 21cases were Modic II．The Modic changes at sagittal plane on MRI T2 and the area of corresponding vertebral were measured．The samples of intervertebral disc endplates and nucleus pulposus were collected and the expression of TNF-ɑ was detected with immunohistochemistry．Results TNF-ɑ was scarcely expressed in the non-Modic type．In Modic type I,the expression of TNF-ɑ in endplate was higher than that in nucleus and the expression of TNF-ɑ was positively correlated with the area change rate(r=0．431,P=0．021)．In Modic type II there was no difference in TNF-ɑ expressions between endplate and nucleus,and the correlation coefficient between TNF-ɑ expression and area change rate was 0．322(P=0．043)．Conclusion The TNF-ɑ level in endplates was correlated with the change area rate of Modic I and II in low back pain patients．

Lumbar vertebra Modic change TNF-ɑ

2013-05-06)

（本文編輯：田云鵬)

浙江省自然科學基金項目（Y2110746）

310006 杭州，浙江中醫藥大學附屬第一醫院骨科（莊汝杰、陳冠軍、陳芳）；杭州市蕭山區中醫院骨科（莊偉）

陳芳，E-mail：funchen@163.com