腰椎間盤突出伴坐骨神經痛患者血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值關系及交互作用

張雪峰, 李 偉, 王士源, 袁光海

(青島市第八人民醫院1骨科, 2手足外科, 山東 青島 266100)

腰椎間盤突出(Lumbar disc herniation, LDH)是腰椎間盤髓核突出壓迫神經組織而誘發的一系列癥狀。LDH發病與年齡、腰部過度負荷等因素有關。近年來,LDH發病率顯著增加,且有年輕化趨勢[1]。數據顯示,超過80%的LDH患者出現坐骨神經痛的癥狀[2]。腰椎間盤突出伴坐骨神經痛(lumbar disc herniation sciatica, LDHS)會影響患者下肢感覺、肌力及神經反射,甚至可出現神經反射消失。手術時可見LDHS患者受累神經根存在明顯水腫及炎癥,其發生機制可能與突出的髓核壓迫或牽張已有炎癥的神經根致靜脈回流受阻,神經組織缺氧缺血損傷致疼痛敏感性增加有關[3],但具體分子機制尚無定論,而進一步揭示其發病機制對指導制定治療方案具有重要意義。

缺氧誘導因子-1α(Hypoxia induced factor-1α, HIF-1α)是機體氧代謝重要調節因子之一,能通過調節與細胞能量代謝等因子的生成而提高組織氧缺乏的適應能力,是細胞氧穩態的重要介質[4]。2022年He等[5]發表的一項研究證實,提高HIF-1α能通過減少線粒體功能障礙及痛覺過敏而改善神經病理性疼痛。血管內皮生長因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)是在神經系統內表達最豐富的VEGF家族成員,已有研究證實,其表達水平與神經系統發育及功能發揮的多個環節有關[6]。同時有研究表明,HIF-1α能通過作用于下游基因VEGFA而減輕神經損傷,二者共同參與神經損傷的修復過程[7]。本研究旨在探討LDHS患者血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關系及交互作用,現報道如下。

1 資料與方法

1.1 研究對象選取2020年5月至2023年2月在本院就診的126例LDHS患者作為病例組,另選取同期體檢健康者126例作為對照組。病例組男性96例,女性30例,年齡26～64歲,平均年齡(43.68±6.43)歲;體重指數(BMI)18～29 kg/m2,平均BMI(23.19±2.11) kg/m2;有吸煙史者41例。對照組男性87例,女性39例,年齡23～67歲,平均年齡(45.85±6.81)歲;BMI 18～29 kg/m2,平均BMI(23.28±2.12) kg/m2;有吸煙史者44例。兩組患者性別構成比、年齡、BMI、有吸煙史等基線資料差異無統計學意義,具有可比性(P>0.05)。本研究經本院醫學倫理委員會審批通過(批號:20182)。

1.2 納入與排除標準(1)納入標準:根據《腰椎間盤突出癥診療中國疼痛專家共識》[8]診斷確診LDHS:①下肢放射性疼痛,且疼痛部位符合對應受累神經支配區域;②直腿抬高試驗、直腿抬高加強試驗陽性;③腰椎CT或磁共振提示椎間盤突出,受壓神經與癥狀、體征受累神經相符,符合上述3項即可診斷為LDHS。(2)排除標準:其他原因所致坐骨神經痛;椎體畸形;脊椎功能障礙、脊柱結核、椎管內腫瘤;精神疾病;認知功能障礙;哺乳及妊娠期女性。

1.3 方法

1.3.1 血清HIF-1α、VEGFA水平檢測 病例組入院治療前,對照組體檢當天均采取非抗凝真空管采集晨空腹肘靜脈血4 mL, 離心10 min (3 000 r/min, 半徑8 cm), 取上清, 用赫澎(上海)生物科技有限公司生物HIF-1α酶聯免疫試劑盒、VEGFA酶聯免疫試劑盒分別檢測HIF-1α、VEGFA水平。由同一資深檢驗科技師參照對應試劑盒說明書步驟規范操作完成,HIF-1α、VEGFA均用對應試劑盒規范檢測3次,取平均值。

1.3.2 痛閾值檢測 采用北京金洋萬達科技有限公司JY-EP-S601型痛覺與痛閾儀測試臀部痛閾值,儀器測試頭面積約0.5 cm2,測量時垂直于臀部肌肉以3 N/s速率施力,囑患者測試點壓力感轉變為痛感時,向測試者報告,移除痛覺與痛閾儀記錄最大壓力值即為痛閾值。均由同一資深醫師規范操作完成,每例均檢測3次,檢測時間間隔30 s,最終取平均值作為檢測值,數值越低提示患者越易產生疼痛。

1.4 觀察指標(1)對比兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值。(2)分析血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關系。(3)比較病例組不同情況患者痛閾值。(4)病例組進行痛閾值的多元線性回歸分析。(5)分析HIF-1α、VEGFA對痛閾值的交互作用。

2 結果

2.1 兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值比較病例組血清HIF-1α、VEGFA水平高于對照組,痛閾值低于對照組(P<0.05)。見表1。

表1 兩組血清HIF-1α、VEGFA水平、痛閾值比較

2.2 血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值的關系經Pearson相關系數分析,病例組血清HIF-1α(r=0.777,P<0.001)、VEGFA(r=0.822,P<0.001)水平與痛閾值呈正相關,對照組血清HIF-1α(r=0.383,P<0.001)、 VEGFA(r=0.453,P<0.001)水平與痛閾值無明顯相關性。見圖1、2。

圖1 血清HIF-1α水平與痛閾值關系

圖2 血清VEGFA水平與痛閾值關系

2.3 病例組不同情況患者痛閾值比較不同性別、年齡、LDH病變部位、CT分型、是否飲酒、合并高血壓、合并高脂血癥患者痛閾值比較,差異無統計學意義(P>0.05)。BMI≥24 kg/m2、吸煙、LDH病程≥5年、伴發坐骨神經痛病程≥24個月、合并糖尿病、血清HIF-1α水平<286 pg/mL、血清VEGFA水平<76 ng/mL的患者痛閾值相對較低(P<0.05)。見表2。

表2 病例組不同情況患者痛閾值比較

2.4 病例組痛閾值的多元線性回歸分析將BMI、吸煙、合并糖尿病、LDH病程、伴發坐骨神經痛病程、血清HIF-1α及VEGFA水平納入多元線性回歸分析,結果顯示,BMI、吸煙、LDH病程、伴發坐骨神經痛病程、合并糖尿病對痛閾值無顯著影響(P>0.05),血清HIF-1α、VEGFA水平與痛閾值存在線性相關(P<0.05),擬合方程為Y=-0.409+0.004×HIF-1α+0.019×VEGFA,所有預測變量可解釋因變量的74.3%的方差。見表3。

表3 病例組痛閾值不考慮交互作用的多元線性回歸分析

2.5 HIF-1α、VEGFA對痛閾值的交互作用考慮交互作用,痛閾值的擬合方程為Y=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×VEGFA-0×HIF-1α×VEGFA,所有預測變量可解釋因變量的74.7%的方差。VEGFA的均值為76.35 ng/mL,此時痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×76.35-0.001×HIF-1α×76.35=0.975+0.062×HIF-1α;當VEGFA的均值為65.77 ng/mL(少于均值的1個標準差值),此時痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×65.77=0.476+0.062×HIF-1α;當VEGFA的均值為86.93 ng/mL(多于均值的1個標準差值),此時痛閾值=19.276+0.062×HIF-1α+0.047×86.93=1.471+0.062×HIF-1α,由圖3知,HIF-1α、VEGFA對痛閾值的影響存在相乘交互作用。見圖3、表4。

圖3 HIF-1α、VEGFA對痛閾值的交互作用

表4 病例組痛閾值交互作用的多元線性回歸分析

3 討論

LDHS是由腰椎間盤退行性病變所致,輕者影響患者日常生活,重者可致下肢肌肉萎縮、運動功能障礙。有研究顯示,個體的體感特征存在異質性,而LDHS患者的機械痛閾值普遍較低[9]。本研究也發現,病例組痛閾值低于對照組(P<0.05)。LDHS是一種神經病理性疼痛,傷害性刺激會在損傷部位及附近組織或遠端產生敏感性增強的疼痛或疼痛過敏區域造成更強的疼痛反應[10],但該過程的具體分子機制尚未明確。

HIF-1α是細胞內感知機體組織缺氧狀態并反應性調節相關信號通路適應低氧的一種調控分子。近年隨著人們對HIF-1α研究認識的深入,其在神經元保護及修復中的作用也愈發受到廣大學者重視。賀儉[11]研究指出,HIF-1α能通過上調線粒體自噬而改善糖尿病神經病理性疼痛小鼠的脊髓線粒體功能障礙,繼而減輕神經病理性疼痛。本研究結果顯示,LDHS患者血清HIF-1α水平普遍升高,提示血清HIF-1α水平變化可能與LDHS發生有關。進一步Pearson相關系數分析發現,血清HIF-1α水平與痛閾值呈正相關。結合現有研究分析相關機制,可能是LDHS的本質是坐骨神經受到髓核突出刺激或壓迫損傷后,脊髓背角感覺神經元內突觸效能增加以致中樞致敏,對痛覺敏感性升高,而此過程的發生發展涉及氧化應激及炎癥反應等多個病理生理反應,眾多反應不僅會誘發神經細胞線粒體功能障礙,還會形成瀑布樣級聯反應,加劇神經系統結構及功能的損傷,加重LDHS[12-13]。正常情況下,HIF-1α生成后被脯氨酰羥化后與腫瘤抑制蛋白結合而發生泛素化并經泛素2蛋白酶小體途徑降解,缺氧時,脯氨酰羥化酶活性被抑制,HIF-1α無法降解[14],而LDHS患者血清HIF-1α水平升高或可解釋為:當LDHS發生時,局部神經組織細胞受炎性及氧化應激影響發生線粒體功能障礙,氧氣利用率降低,受缺氧刺激,HIF-1α降解途徑被抑制的同時啟動HIF-1α生成機制以適應低氧狀態,保護神經細胞免受缺氧損傷[15]。因此,血清HIF-1α高水平患者對痛覺敏感性低,表現LDHS癥狀較輕。上述研究說明,HIF-1α可能與LDHS的發生存在密切關系。

此外,腰部神經根的機械性及炎性損傷在LDHS的發病過程中發揮著重要作用[16]。VEGFA是在神經組織內廣泛分布的一種高度特異性促血管內皮細胞生長因子,其表達水平不僅與血管形成、細胞外基質變性等有關,還參與神經系統發育及功能發揮等多個環節。有研究表明,VEGFA能增加C纖維機械刺激感受器的敏感性,使疼痛信號傳遞增加[17]。但也有研究指出,當歸四逆湯治療糖尿病大鼠坐骨神經痛可通過上調神經組織VEGF表達,升高痛閾值[18]。本研究顯示,病例組血VEGFA水平高于對照組(P<0.05),其升高程度與痛閾值呈正相關,與上述研究存在一定差異。分析相關機制可能是由于疼痛是人體的一種保護機制,是機體組織出現疾病的警告,疾病去除則疼痛消失,而在不同疾病及同種疾病的不同階段,如疾病發生的早期階段,VEGFA可能會通過增加機體疼痛敏感性,隨治療的進行VEGFA又參與血管新生及神經細胞修復等過程,通過促進組織血供恢復而改善局部組織缺氧狀態,抑制組織損傷[19-20]。本研究選取的患者病程較長,造成差異的原因可能與多數患者已進行各種治療有關。進一步多元線性回歸分析發現,血清HIF-1α、VEGFA表達與痛閾值存在線性相關,尤其是VEGFA低表達時,隨HIF-1α表達升高,患者痛閾值增加顯著,模型可解釋因變量74.7%的方差,提示該模型在對患者的病情評估中具有可靠價值?？紤]交互作用發現,HIF-1α、VEGFA對痛閾值的影響存在相乘交互作用。分析可能是在脊柱過度負荷、吸煙等因素刺激下,坐骨神經細胞發生氧利用障礙時,HIF-1α能刺激VEGFA等因子表達以提升神經細胞對缺血缺氧狀態的耐受性并建立血氧微循環,促進神經功能恢復。由此說明LDHS患者的痛閾值可能是由HIF-1α、VEGFA共同決定的。

綜上可知,HIF-1α、VEGFA與LDHS患者痛閾值關系密切,在對痛閾值影響中具有交互作用。