炎癥在椎間盤退行性病變中的研究

康玉南　劉華水

【關鍵詞】 椎間盤退行性病變；炎癥

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.12.096

椎間盤退行性病變的過程包含了一系列的級聯反應， 包括：結構性破壞事件；中樞性椎間盤內的細胞營養物質供應正常下降；隨后產生的細胞廢棄物的逐漸積累和細胞外基質分子的逐漸降解[1-4]。這些事件使得椎間盤內的微環境逐漸呈酸性， 從而進一步危害到細胞的生存能力。在退行性椎間盤病變中， 不同的原因對退行性椎間盤病變起到了促進作用， 例如終板的鈣化現象可導致正常的營養供應路線遭到破壞， 過度的機械性負荷、患者遺傳易感性、不健康的生活習慣、組織衰老和脊椎感染都可以促進退行性椎間盤病變的發展。假設不考慮這些原因， 炎癥也可作為椎間盤退行性病變中無所不在的參與者， 并且炎癥與腰背痛之間的聯系是非常清楚的。但是炎癥是否觸發免疫細胞產生聚集反應至椎間盤并且免疫細胞是否與炎癥反應相關， 還未有明確的結論。

一個關于椎間盤炎癥反應的假設為椎間盤炎癥其依賴于外源性因素， 例如結晶體和細胞外基質（ECM）分解產物， 二者能夠誘導炎癥反應， 并焦磷酸鈣的結晶沉積物， 具有鎂磷鈣結石特征的立方體微觀結構和羥基磷灰石在退行性的椎間盤標本中已經被觀察到[5-9]。在關節軟骨中， 結晶區域表明膠原蛋白、鈣結合蛋白、核心蛋白聚糖和大分子蛋白聚糖的含量與數量發生改變， 并且發生不正常的細胞外基質降解。在關節和細胞外周組織表現的結晶吞噬作用能夠觸發NOD樣受體家族炎癥復合體的激活， 這個細胞質多分子蛋白復合物可調節半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）的活性和成熟， 并且可調節白介素（IL）-1β的釋放， IL-1β在退行性的椎間盤中被發現普遍存在[1， 10]。

在組織功能障礙或損傷中生成的細胞外基質分解產物可以促進炎癥反應， 這已經在不同的模型中得到證明， 椎間盤大部分由細胞外基質分子組成， 包括膠原蛋白、蛋白聚糖類和其他的基質蛋白類， 其可以被區域性的激酶類持續性地合成和降解， 來維持動態平衡[11-14]。然而當失衡發生之后， 降解產物可能觸發炎癥反應。例如在體外研究中發現纖維蛋白碎片緩解金屬蛋白酶抑制作用， 可以促進單核細胞遷移。這種現象很容易使單核細胞進入炎癥區域。層粘連蛋白的碎片， Ⅳ型膠原蛋白和纖維蛋白也能夠調節在其他系統中的炎癥細胞浸潤和增殖。在軟骨移植培養物中， 纖維調節素碎片在白介素-1（IL-1）刺激后被生成。在不同的體外研究中， 來源于彈性蛋白、層粘連蛋白以及Ⅰ型和Ⅳ型膠原蛋白的產物、纖維連接蛋白、巢蛋白、凝血酶敏感蛋白和透明質酸的碎片也可以誘導蛋白酶和細胞因子產生， 而不依賴于它們的趨化活性[15-18]。似乎碎片釋放開始引起和加速局部的炎癥反應， 許多這樣的碎片（來源于雙糖鏈蛋白聚糖、纖維連接蛋白、透明質酸）通過在其他模型系統中的toll樣受體2和/或TLR4發出信號， TLR4非常特別， 為模式識別受體可參與先天性免疫反應， 在炎癥性退行性病變中涉及到。在人類的椎間盤細胞中， 透明質酸碎片可導致炎癥性和分解代謝基因IL-1β、白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）、環加氧酶-2， 基質金屬蛋白酶-1和基質金屬蛋白酶-13的mRNA表達水平的增加。然而當IL-6產生卻依賴于TLR2而不依賴于TLR4。應當注意的是， 低分子量的分子和高分子量的分子具有不同的作用， 甚至有可能通過同樣的通路。例如高分子量分子：透明質酸糖胺多糖可保護上皮細胞來對抗激通過NF-κB激活的凋亡前刺激， 以TLR依賴性方式。低分子量分子降解產物能夠誘導炎癥， 通過NF-κB/IκBa復合物的激活， 促進巨噬細胞介導的IL-1β和腫瘤壞死因子α的生成。由于它們的雙重角色并且因為許多蛋白酶和許多種碎片可同時釋放， 因此很難評估ECM蛋白在免疫系統內的全面作用。這種困難被體內數據的缺損而惡化， 由于來檢測碎片和免疫細胞的技術的局限性， 因為這些碎片很多都是低濃度和短暫性的[2]。

許多研究表明椎間盤退行性病變可以內源性生成， 包括炎癥樣蛋白[1， 6]。尤其特別的是， 在體外研究中已經證明椎間盤細胞能夠吞噬顆粒和細胞凋亡小體。依次來說人類外科手術中的非突出性髓核樣本表現出大量的固有性CD68+細胞[9， 13]。進一步而言， 最近的一項關于人類髓核細胞的細胞因子或趨化因子表達譜分析已經具有清晰的證據， 即髓核細胞或至少髓核細胞之中的某些細胞為特異性炎癥相關性分子的生產者， 甚至在最基本的條件下（非退變性髓核）。而且浸潤的白細胞：CD11b-陽性細胞在脫出的椎間盤中被發現。在脫出的椎間盤中， 髓核細胞被推測具有完整性且從許多的免疫細胞的血管源頭中獨立分離。這些細胞是否能夠為駐留型巨噬細胞或巨噬細胞樣細胞， 這個問題還仍然存在。同時多向性細胞因子和炎癥趨化因子具有三種作用方式：①刺激其他炎性介質的生成和基質金屬蛋白酶的生成。②加強基質退化。③招募炎癥性細胞并激活吞噬作用。總的來說這些作用會促進椎間盤退行性病變的疾病進程發展。應當注意的是， 過分的機械負荷已經證明通過蛋白酶的激活可以改變細胞外基質的性質并且促進炎癥的發展， 促成椎間盤退行性病變。除了體外研究之外， 牛尾側椎間盤的器官培養已經證明壓力可以誘導凋亡、產生炎癥介質和改變基質的完整性導致疾病的進展。在比較嚴重的變形階段， 本來含有的很明顯的封閉性髓核細胞， 具有免疫赦免性， 開始暴露于免疫細胞， 開始對炎癥刺激產生反應?？梢云鹪从谛碌男纬傻难埽?侵入病理性裂縫， 并且在纖維環中發現裂縫， 伴隨著血管形成的容易受到傷害的神經纖維內向生長也被認為是椎間盤疼痛的起源， 可加速地促進腰痛的產生。

實際上， 雖然對于局灶性損傷和炎癥有可能形成的地點為椎體的終板末端和纖維環， 因為這是椎間盤中唯一可以形成血管的位點。髓核細胞能夠吸引白細胞并且增加血管通透性， 當皮下植入物時。在脫出的椎間盤中的某些細胞因子和基質金屬蛋白酶的表達可能會增加， 因為當暴露時被免疫細胞認為是非自身者。這可能與自發性消退或脫出的椎間盤碎皮消失現象有關， 其可歸因于通過招募/浸潤巨噬細胞產生的基質降解和吞噬作用。在跨韌帶擠壓的病例中， 當髓核細胞可能更多地暴露于免疫細胞時， 復原可能發生。進一步說， 皮下移植的髓核細胞的生存率在具有免疫障礙性的NOD小鼠中會很高， 并且小鼠的巨噬細胞和自然殺傷（NK）細胞可溶解自體性髓核細胞， 在體外研究中， 表明免疫細胞群體對髓核細胞組織具有反應[3]。

總之， 炎癥在椎間盤退行性病變中起著非常重要的作用， 需要進行持續的研究。

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[收稿日期：2017-01-17]