椎间盘退变的基础研究进展(一)

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腰椎间盘退变的生物力学机制研究进展

发表时间：2019-03-12T13:43:36.007Z 来源：《中国医学人文》2018年第12期作者：黎罗峰李波李具宝（通讯作者）李鹏飞[导读] 都已有力地证实生物力学直接或间接引起椎间盘生物结构紊乱导致其退变。

（云南中医药大学第一附属医院/云南省中医医院骨科云南昆明 650021）

【摘要】生物力学因素并不是引起椎间盘退变的唯一原因，但现有的诸多研究从有限元分析到生物力学测试、从动物实验到尸体模拟、从分子生物到临床前瞻，都已有力地证实生物力学直接或间接引起椎间盘生物结构紊乱导致其退变。

【关键词】腰椎间盘；生物力学；研究进展

【中图分类号】R2 【文献标号】A 【文章编号】2095-9753（2018）12-0182-01 腰椎间盘是两个腰椎椎体之间很灵活的粘弹性组织，它与周围的韧带、肌肉和筋膜等构成腰椎运动节段来共同维持腰椎的活动性和稳定性。腰椎间盘可以转移承载负荷，平衡身体，稳定脊柱。脊柱所承受的过量负荷会导致椎间盘突出，然而脊柱主要功能还要依赖于椎间盘的完整性。对腰椎应力和各部分应变分布的了解将有助于腰椎间盘的临床诊断和治疗，对比脊柱其它部分，椎间盘承受更多的压力，这就导致腰椎的椎间盘突出极其常见。椎间盘由软骨终板（cartilaginous endplates, CEP）、纤维环（annulus fibrosus, AF）和髓核（nucleus pulposus, NP）组成。一旦椎间盘承受异常的压力，终板和松质骨的渗透性将会改变，从而影响纤维环的营养供应，继而导致椎间盘的退变。Herkowitz报道，青壮年中34 %以及老年患者中92 %患有椎间盘退变或膨出[2]。

腰椎间盘退变的免疫学研究

腰椎间盘退变是一种常见的慢性腰痛疾病，其发病机制涉及多种因素，包括遗传、环境、年龄和免疫学等方面。近年来，越来越多的研究表明，免疫学因素在腰椎间盘退变的

发生和发展中发挥着重要作用。本文将对腰椎间盘退变的免疫学研究进行综述，以期为临

床治疗和预防提供新的思路和方法。

一、腰椎间盘退变的免疫学基础

腰椎间盘是连接腰椎骨的软骨组织，具有缓冲和支撑作用。腰椎间盘退变是指腰椎间

盘的结构和功能发生异常改变，主要表现为脱水、变形、变薄和破裂等，最终导致腰椎间

盘的退行性变化。免疫学在腰椎间盘退变中的作用主要包括影响腰椎间盘细胞的功能和调

节炎症相关因子的分泌。

（一）免疫细胞在腰椎间盘退变中的作用

炎症反应是腰椎间盘退变的重要发病机制之一，而免疫细胞是炎症反应的主要执行细胞。研究发现，腰椎间盘组织中存在大量的免疫细胞，包括巨噬细胞、淋巴细胞和树突细

胞等。这些免疫细胞可以释放炎症介质，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）等，导致腰椎间盘组织的炎症反应和退变变化。

（二）炎症介质在腰椎间盘退变中的作用

炎症介质是免疫细胞释放的活性物质，可以直接影响腰椎间盘细胞的生理功能，加速

腰椎间盘的退变过程。研究表明，TNF-α和IL-1β等炎症介质可以抑制腰椎间盘细胞的

合成代谢和胶原蛋白的生物合成，同时促进腰椎间盘细胞的凋亡和腰椎间盘组织的退行性

变化。

（三）免疫调节在腰椎间盘退变中的作用

除了炎症介质的作用外，免疫调节机制也在腰椎间盘退变中发挥重要作用。免疫调节

受体和配体的结合可以调节免疫细胞的活性，影响炎症反应的程度和持续时间。研究发现，在腰椎间盘退变组织中，免疫调节受体和配体的表达水平发生异常改变，导致炎症反应的

椎间盘退行性变的生物治疗研究专题

第２８卷
第２期
川
北
医
学
院
学
报 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．２
２０１３年４月
Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＳＩＣＨＵＡＮＭＥＤＩＣＡＬＣＯＬＬＥＧＥ
Ａｐｒ・２０１３
８９
・
椎间盘退行性变的生物治疗研究专题・
治疗为主；中期以细胞移植治疗为主；临床晚期则以 “ 完整组织工程椎间盘 ” 移植为主的治疗策略。并对此进行了系统而深入的前瞻性实验研究。
本专题所选论文，系我实验室对椎间盘退行性变疾病的生物治疗基础研究成果，涉及椎间盘退行性变疾病生物治疗研究的多方面内容。其中“ 穿刺抽吸法建立兔椎间盘退变模型 ” 一文使用纤维环穿刺法建立兔椎间盘退变模型，比较真实地模拟了人类椎间盘损伤后的退变过程，有助于我们进行椎间盘退变的相关实验研究。“ 兔骨髓间充质干细胞的分离培养及鉴定 ” 、 “ 体外共培养诱导脂肪干细胞向软骨表型细胞分化及鉴定的实验研究 ” ２篇文章对椎间盘退行性变疾病细胞治疗和组织工程治疗种子细胞研究进行了探索； “ 椎间盘组织工程学髓核种子细胞的研究新进展 ” 综述了髓核种子细胞的来源的研究进展，指出髓核细胞和干细胞作为种子细胞的各自优缺点。本专题对了解椎间盘退行性变疾病生物治疗相关问题及进展具有参考价

腰椎间盘退变的流行病、遗传学及基因治疗研究进展

48 岁的一对双胞胎，左侧是程序员，右侧是管工。两个人具有相似的前方和后方的椎间盘膨出及终板改变，大多位于上腰椎，程序员T12椎体有楔形变。
研究资料中最有价值的是于双胞胎兄弟观察到椎间盘退变高度相似。这个结果提示基因型可能对椎间盘退变有本质上的影响。（如图）
一对49岁的双胞胎，左侧是汽车驾驶员，右侧是木匠。两个人都有比较严重的椎间隙高度的丢失、椎间盘膨出和一些终板改变。除了木匠L2-3椎体前方有严重的椎间盘膨出外，两者椎间盘退变的表现很相似。
文
献
Thompson等[8]在1991年就发现TGF β1能刺激狗椎间盘髓核细胞合成蛋白多聚糖,因此他们推测TGF β1可以用来治疗椎间盘退变。
近来,Yoon等[12]将腺病毒介导的LMP 1基因转染离体培养的鼠腰椎间盘细胞, 结果显示被转染的细胞中蛋白多聚糖的含量较空白对照组增加260%。
Paul等[13]用腺病毒介导的Sox9基因转染退变的人椎间盘细胞,发现Sox9基因能提高髓核细胞中Pro1mRNA表达水平,同时也能促进Ⅱ型胶原的合成。 Moon等[14]用TGF β1、BMP 2和IGF 1几种生长因子单独和联合应用处理离体培养的髓核细胞,结果表明,单一的生长因子可以使蛋白多聚糖的含量提高 180%～295%,任意两种生长因子的联合使用可以使蛋白多聚糖的含量提高 322%～398%,而三种生长因子联合使用其蛋白多聚糖的含量提高达471%。

腰椎间盘退变的机制

【关键词】腰椎间盘退变

腰椎间盘突出是骨科的常见病，疼痛是常见的症状，然而其产生退变的病理机制尚不清楚。椎间盘的退变过程不仅仅表现为形态学上的变化，更伴随着腰椎间盘的组织学与生化性质的系统性改变，如椎间盘组织中蛋白多糖和水含量的降低、胶原类型的转换、各种降解酶活性的升高以及炎症递质的释放等。这一系列的变化构成了盘源性腰痛和相应神经根病变的物质基础［1～3］。

1 退变椎间盘组织中的致炎物质及作用

1.1 组胺、5-羟色胺和前列腺素

组胺和5-羟色胺是最重要的炎症递质，是局部组织在炎症反应的标志物。它们是炎症早期阶段引起微血管扩张和细静脉通透性增加的主要递质，两者又都是致痛物质。5-羟色胺在脊髓损伤的继发性反应中起着重要作用，引起血管收缩、血小板聚集，从而影响局部脊髓血流，导致脊髓中央出血性坏死；同时可引起自由基的形成，脂质过氧化增加。彭宝淦等［4］在动物实验研究中指出：退变椎间盘中血管活性胺类含量明显高于正常对照组，说明退变腰椎间盘中存在炎症反应。Saal等［5］通过培养正常鼠椎间盘髓核细胞发现，正常髓核细胞有基础性炎症性细胞因子的分泌，但当与脂多糖共同培养时，这些因子大量分泌。Kang等［6］的研究发现，退变椎间盘细胞比正常椎间盘细胞在体外培养时能产生更多的化学因子。这些研究说明椎间盘退变本身具有启动和促进炎症反应的作用。

1.2 磷脂酶A2(phospholipase，PLA2)

PLA2是炎症部位细胞膜产生前列腺素和白三烯的限速酶。PLA2是局部炎症的启动物质，它可在炎症部位使细胞膜水解花生四烯酸，产生前列腺素E(脂肪环氧化产物)和白三烯(5-脂肪氧化酶产物)等一系列具有强烈致炎和致痛作用的花生四烯酸代谢产物。PLA2是人体内重要的炎症递质和致痛物质，具有神经毒性作用，因此它是局部组织炎症的特殊标记物。Rannou等［7］采用荧光酶解物法检测PLA2的活性，证实IL-β能抑制椎间盘组织中蛋白多糖的聚集，促进纤维环产生PLA2，并引起II型PLA2的剂量依赖式分泌。在损伤性外力作用下，高水平的PLA2从结构薄弱的退变纤维环或破裂的椎间盘中漏逸到邻近组织的可能性很大。PLA2可通过直接刺激神经根引起化学性神经根炎。

关于颈椎病研究进展

颈椎病研究进展

孙肖雷

（临沂市中医医院山东临沂 276002）

摘要综述国内外对颈椎病发病因素、发病机制的研究进展。认为加强颈椎病病理基础及防治新技术的研究，突出中医药特色，整合优化治疗方案，促进中医药和现代科学的有机结合，丰富和完善现有的各种技术，是今后颈椎病临床研究发展的趋势。

关键词颈椎病现代研究病因病机中医药疗法

颈椎病是指颈椎间盘退变，颈椎骨质增生以及颈部外伤劳损或先天骨发育异常等引起脊柱内外组织结构平衡失调，刺激或压迫颈部血管、神经、脊髓而产生的一系列症状。随着人类平均寿命的延长，社会老龄化及劳动生活方式的改变，屈颈机遇的增加，交通事故的逐年增多等，颈椎病的发病率较前有明显的提高，已成为影响青、中、老年人的常见病、多发病，且发病年龄趋向低龄化。专家预测，本世纪初至中期的未来50年内，该病将成为现代社会相伴随的一种现代病，发病率上升至以体力劳动为主要诱因的腰腿痛之上。因此，加强颈椎病防治的深入研究，是非常必要的。

1、颈椎病发病因素的研究

1.1颈椎间盘退变因素

1.1.1年龄目前一致认为颈椎病是中年人以上的一种多发病，40～60岁为高发年龄〔1〕。颈椎病的患病率随年龄增长而升高。青年颈椎病近年来有增多趋势。发病急聚，颈痛剧烈是其主要临床症状，颈椎发育因素、损伤及感染是主要病因，而颈椎退行性病变并不明显。

1.1.2性别更多学者的调查显示，患病率女性高于男性〔2〕。

1.1.3地理环境海拔较高、气候寒冷、昼夜温差大、空气稀薄等恶劣的地理自然环境及常年在矿井、野外、纺织等风寒湿较重的环境，患病率上升。

腰椎间盘退变的候选基因研究进展

，
其病理表现为细胞外基质降解、核水分减少、椎间盘髓腰
弹性降低和抗压能力减退。双生子研究发现腰椎间盘退变
具有家族遗传性，遗传因素占７的作用。１９且４］９８年Ｖｉｅｎ等乜最早报道了维生素Ｄ受体的基因多态性与椎ｄｍｅ］
【要】本文总结了目前国内外对腰椎间盘退变遗传学方面的研究，摘旨在找出椎间盘退变的候选基因，以达到分析基因多态性与椎间盘退变易感性的关系及筛选易感人群的目的。
【键词】腰椎间盘；基因；多态性关
序列多的等位基因的４，编码的核心蛋白较短，致粘０其导
遗传因素在腰椎间盘退变中的作用，者对可能参与腰椎间作
盘退变过程或椎间盘退变相关疾病的候选基因作一综述，分析其基因多态性与腰椎间盘退变易感性的关系。基质成分相关基因椎间盘的细胞外基质成分为蛋白

基质金属蛋白酶与腰椎间盘退变的研究进展

中国医疗前沿

China Healthcare Innovation

M arch ,2008Vo l ,3No.6

2008年3月第3卷第6期

基质金属蛋白酶与腰椎间盘退变的研究进展

李振华1、

智春升

2谢林

(1中国医科大学附属第一医院骨科,辽宁沈阳110001;2

沈阳市骨科医院,辽宁沈阳110044)

[摘要]腰椎间盘退行性变是引起下腰痛的重要原因之一,椎间盘退变是一个复杂的生理过程,其发生机制尚未完全阐明。近年来研究表明,椎间盘退变与基质代谢失衡有密切关系。在此过程中,基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶抑制剂两个酶系统发挥着重要作用。

[关键词]椎间盘

退变

基质金属蛋白酶

基质金属蛋白酶抑制剂

[中图分类号]R 681.52;Q512.+6

[文献标识码]B

作者简介李振华(),男,主治医师,沈阳市骨科医院,中国医科大学硕

士研究生在读。

椎间盘退变已被认为可引起慢性下腰痛、腰间盘突出症、腰椎管狭窄等疾病。椎间盘退变的机制较为复杂,目前研究认为椎间盘退变主要表现在细胞和细胞外基质成分的变化,而后者是椎间盘力学特性丧失的直接原因。在影响基质降解的诸多因素中,基质金属蛋白酶(MMPs)和金属蛋白酶组织抑制因子(TI MPs)失衡是导致基质过度降解的根本原因[1][2]。两个酶系统在椎间盘退变椎间盘退变中的作用已成为近年来研究的重点。

一、椎间盘细胞外基质的构成:

椎间盘含有少量细胞和丰富的细胞外基质,后者的主要成分为水、蛋白多糖、胶原、少量的弹性蛋白和年龄色素等[3]。蛋白多糖分子结构与关节软骨的蛋白多糖相似,通过与水的结合对维持髓核组织的粘弹性、对抗压力、吸收和分散负荷起着重要作用[4,5]。椎间盘组织中含有多种胶原成分,其中Ⅰ型、Ⅱ型胶原是椎间盘胶原的主要成分。Ⅰ型胶原能耐受张力,也是肌腱、骨和皮肤等组织的主要胶原成分。髓核主要为Ⅱ型胶原构成。Ⅱ型胶原在软骨、玻璃体和椎间盘髓核中含量丰富,耐受压力。二者的共同存在和协同作用在维持椎间盘的力学特性中发挥重要作用[6,7]。当间盘椎发生退变的时候,Ⅰ型胶原取代Ⅱ型胶原、蛋白多糖特别是聚合体含量下降、髓核水份减少等是退变椎间盘ECM 的主要生化变化[8]。

自噬在椎间盘退行性病变中的研究进展

世界最新医学信息文摘 2019年第19卷第19期23

投稿邮箱：zuixinyixue@

·综述·

自噬在椎间盘退行性病变中的研究进展

孙越

（内蒙古医科大学第二附属医院，内蒙古　呼和浩特　010030）

0　引言

腰痛是最常见的慢性疾病，以遗传，衰老，肥胖和吸烟为主要危险因素。椎间盘退变被认为是腰痛的主要原因。椎间盘由髓核和纤维环组成。髓核细胞分泌细胞外基质分子，例如胶原蛋白I ，胶原蛋白II 和蛋白多糖，其中胶原蛋白是凝胶状髓核组织的主要成分。这些蛋白通过阻断神经向内生长和椎间盘钙化来帮助维持椎间盘稳定。相反，基质金属蛋白酶（MMPs ）的蛋白水解作用被认为会导致细胞外基质分解，破坏椎间盘的自身稳态。髓核的突出激活人体的免疫系统，导致白细胞活化，释放各种炎症因子、导致神经细胞变性和产生神经性疼痛。Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的含量降低是IDD 的典型病理改变，而自噬是调节椎间盘细胞外基质代谢的重要途径。研究

[1]

证实了自噬相关基因7（ATG7）与自噬泡的形

成密切相关，也是micro RNA-21的靶基因，调节IL-6炎症反应和细胞自噬。Jiang 等

[7]

指出椎间盘退变患者髓核细胞

中自噬体数量明显减少，LC3-Ⅱ/-Ⅰ和beclin-1表达水平降低，自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤可以显著降低自噬泡的数量。

1　自噬与椎间盘退行性病变的关系

1.1　自噬在椎间盘退行性病变中的诱因

1.1.1　炎症：大鼠椎间盘退行性病变模型已证实在炎症反应中IL-6和TNF-α的显著增加[2]。

1.1.2　内质网应激：内质网应激已被证明参与各种退行性疾病，包括阿尔茨海默病，帕金森病和骨关节炎以及IDD 。内质网应

椎间盘退变修复研究进展

１１细胞水平的主要表现．
椎间盘退变的确切机制还有待研究，其过程但大致是由于机械、养、营生物因素等各种因素造成损伤。目前国内外绝大多数学者认为，间盘退变在椎细胞水平的主要表现包括髓核细胞退变、核细胞髓
２内蒙古医学院第二附属医院，．内蒙古呼和浩特
００３）１００
［要］椎问盘退变是导致腰腿痛的最主要原因之一。椎间盘退变在细胞水平的主要表现包括髓核细摘
胞退变、核细胞外基质退变、骨终板和纤维环退变。目前临床治疗的主要方法是保守治疗、髓软传统手术治
ｇｉｎｇａｔｎｔｏａｎｉｔｅｉｎ．
பைடு நூலகம்
［ｙｗｒｓＩｔｒｅｔｂａｄｓ；ｇｎｒｔｎＲｐｉＫｅｏｄ］ｎｅｖｒｒｌｉＤｅｅｅａｉ；ｅａｅｃｏｒ
椎间盘退行性病变导致的腰腿痛是临床上的常见病和多发病。每年需要大量的人力、力等方面物资源。临床上的治疗方法主要有保守治疗、统手传术治疗、创治疗等方法。虽然在一定程度上取得微

椎间盘退变体外模型研究进展

生机制、治可行性和有效性的基础，有重要意义。目前ＩＤ模型以体外模型为主，分为细胞培养防具ＶＤ可
模型和器官整体培养模型。该文就ＩＤ体外模型优缺点及研究进展作一综述。ＶＤ关键词椎间盘退变；外模型；体细胞模型；体模型整
式。
立髓核细胞培养模型。Ｉｉｕａｃｍｒ等于１９年体外培养ｈ９１大鼠椎间盘细胞，发现３周龄大鼠髓核细胞最适宜提取培养，培养基最适ｐ值为７０ＨａＳＦ２培养基和Ｈ．；ｍ’ １ＤＭ培养基中培养的髓核细胞增殖速度几乎无差别；ＭＥ镜下观察显示大鼠髓核细胞呈大的空泡状和小的多角形。Ｋｎｅ等了解年龄对髓核细胞功能的影响，ａｄｌ。为将＜９个月牛犊和＞１８个月奶牛椎间盘髓核细胞分离并置于含１胎牛血清的ＨａｓＦ２培养基中培养，０ｍ’ １发现奶牛髓核细胞表达Ⅱ 型胶原和蛋白聚糖均低于牛犊髓核细胞；认为此模型适合于研究年龄对ＩＤ的诱导机制。ＶＤ ¨ 等口报道将未成年牛椎间盘分离的纤维环细胞、核ｕ髓细胞以循环张力（０，Ｈｚ６ｎ进行诱导，１１，０ｍｉ）发现该模型能分别模拟纤维环细胞、髓核细胞原来的力学环境。Ｓｋｉａａ等报道采集一１９岁腰椎爆裂骨折患者髓核细胞，以重组腺病毒Ｓ０为载体，立起第一例也是目前Ｖ４建唯一报道的人类髓核细胞系（Ｐｖ１。但Ｗａｇ等＿ＨＮＳ＿）ｎ１报道提示，人髓核中细胞量少，细胞数仅占体积的１，且组织来源有限，而上述ＨＳ－ＮＰＶ１为单层培养所得，失去了细胞表型；作为ＩＤＶＤ标志之一的髓核细胞簇，体外在单层培养条件下４８ｈ后趋于消失。Ｗａｇｎ等报道将人髓核细胞单层培养在含１胎牛血清和双抗高糖０ＤＭ培养基中，ＭＥ发现人髓核细胞发生明显的形态学改变；这些改变和细胞生长动力学提示，变椎问盘细胞在退体外增殖比较困难。体外平面培养的模型髓核细胞周期分布格局和细胞凋亡指数，可能会影响该模型应用于临床移植研究和实验室研究。Ｇｅｒｇ等］ｕｈｉｎ研究显示，随着发育成熟，脊索细胞消失可能源于椎间盘营养障碍，软骨终板途径是椎间盘而的主要营养通路。越来越多研究证据显示，骨终板退软变与ＩＤ密切相关；ＶＤ终板软骨变性、钙化和血管通路减少与ＩＤ程度高度相关，骨终板退变可导致ＶＤ软ＩＤ且软骨终板退变早于髓核退变。。因此，ＶＤ，］越来越多研究开始关注软骨终板细胞退变模型。徐宏光等取大鼠腰椎终板软骨细胞，酶消化及自然传代法分离用培养终板软骨细胞，建立体外终板软骨细胞培养模型；发现原代终板软骨细胞呈多角形和类圆形，细胞传至第４代时表现出长梭形成纤维样细胞形态，细胞增殖速度减

椎间盘退变的遗传学机制研究进展

【关键词】椎间盘退变

椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是一系列脊柱退行性疾病的发生前提和基础病理进程，临床上常表现为椎管狭小、脊柱节段不稳、腰腿痛、颈椎病、椎间盘突出等病症。传统的观点以为IDD主要与过度的身体负荷引发的损伤和衰老进程中伴随出现的转变有关。随着相关研究的不断深切，人们对IDD及其病因的熟悉有了庞大的进步。最近几年来的一些研究，特别是对同卵双生者IDD 的研究发现遗传因素可能在IDD的发生发展中起重要作用。本文就相关研究情况作一综述。

1 椎间盘退变的家族性

IDD若是存在家族性，则提示可能有遗传因素的影响。Battie 等〔1〕报导对20对同卵双生者（年龄在36~60岁）进行研究后发现：研究对象IDD的程度和部位都呈现显著的家族性。为了弄清这种家族性是源于遗传因素仍是文化、习惯的传承，有学者对单卵双生者和双卵双生者进行了分类研究。Sambrook等〔2〕对86对单卵双生者和154对双卵双生者的脊柱进行MRI扫描后发现：遗传因素对IDD 有显著的影响，且大于环境因素对IDD的影响，在腰椎尤其如此。

2 与椎间盘退变相关的基因

迄今为止，IDD的基因研究主要应用的是一种对候选基因进行分析的方式。候选基因一般是在病变组织中表达异样或已知与疾病相关的基因及其同源基因。这种方式在致病基因的整体效应较小的情况下仍然有效。研究发现，与IDD相关的基因主要有维生素D受体基因、聚集蛋白聚糖基因、金属基质蛋白酶3基因、软骨中间层蛋白基因、炎性因子基因、胶原基因及Sox9基因等；可是遗传因素对于IDD的影响是主效基因作用模式（即1～2个主效基因对IDD的发生发展起决定作用）仍是等效基因作用模式（即作用较为平均的若干基因同时决定IDD的发生发展），目前并非十分清楚。

椎间盘退变的基因治疗研究进展

IL-1-RI
表达增加，促进分解代谢
IL-1-Ra
表达增加，促进分解代谢
IL-6
表达增加，促进分解代谢
IL-6-R
表达增加，促进分解代谢
TNF-α
表达增加，促进分解代谢
细胞内调节因子
LMP-1
减缓 IDD
SOX-9
与 IDD 进展相关
TIMPs-1
抑制 MMPs 家族功能，减缓 IDD
MMP：Matrix Metalloproteinase,基质金属蛋白酶；bFGF：Basic Fibroblast Growth Factor,碱性成纤维细胞生长因子；EGF-R：Epidermal Growth Factor Receptor，表皮生长因子受体；IL-1-RI：Interleukin-1 Receptor-type I, 白细胞介素-1 受体Ⅰ型；LMP-1：LIM mineralization pro‐ tein，LIM 矿化蛋白-1；
[ Key words ] Intervertebral disc degeneration(IDD)；Gene therapy；Virus；Gene editing
椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IDD）是一系列脊柱退行性疾病的病理学基础，包括腰腿痛、颈椎病、椎管狭窄、椎间盘突出症等疾病。 [1-2] 临床上高达 40% 的下腰痛被认为主要是由 IDD 引起的，尽管国内外学者对 IDD 的治疗进行了广泛而深入的研究[3-4]，但目前对于椎间盘源性背痛的治疗仍然极具挑战性[5]。1997 年日本 Nishida 首先开展了 IDD 基因治疗实验研究[6]。虽然在基因载体的安全性和表达调控方面仍有许多问题需要进一步解决，但是基因治疗为 IDD 的治疗提供了一种新的思路和方法，并在近年取得显著的进步，表 1。因此，依据近期发表的文献，将 IDD 的基因治疗进展综述如下。

椎间盘退变与相关生物分子因素的研究进展

组织的共培养系统作为急性期椎间盘突出细胞模型，肿瘤坏死因子一诱导ＶＧａＥＦ的生成，他们检测到共培养系统中有
刺激细胞外基质的合成。Ｏｌ等用机械应力诱导产生椎ｍｏｒ间盘退变动物模型，负荷ｌ、８、６后，ｄ２ｄ５ｄ发现ＢＰ一２基Ｍ
因表达呈现增强的趋势。连续上调的ＢＭＰ一２基因表达有
１２血管内皮生长因子（ＥＦ．ＶＧ）目前关于ＶＧＥＦ与椎问盘关系的研究主要集中在椎间盘的血管化、问盘再生和突出椎椎问盘的重吸收等方面。在组织生长和再生过程中血管形成是一个重要环节，ＥＦ能够刺激血管内皮细胞的生长。正ＶＧ常椎间盘是相对无血管组织，毛细血管的出现是老化和组织
关。Ｓｂｉａ等推断通过转基因技术使胰岛素样生长因子ｏ￣ｍ
Ｉ在椎间盘中的含量增加，改变椎问盘Fra Baidu bibliotek行性变进程。包括
盘中的细胞因子、ＭＰＮＭＭｓ蛋白多糖等生物分子因Ｂ、Ｏ、Ｐ和
素相关。本文就这些生物分子因素与椎间盘退变的相关研究状况进行综述。
１椎问盘退变与细胞因子（ｙｏｉｅ的相关性ｅｌｋ）ｎ

椎间盘退变的基础研究进展(一)

作者：李宝俊关晓明丁文元

椎间盘退变是机体退变的一部分，此进程可以引起一些轻微或自限性症状。目前认为脊柱疼痛多与椎间盘退变有关。治疗方法包括保守治疗和手术治疗两类，保守治疗即口服消炎镇痛药物或者物理治疗等；手术治疗的方法包括脊柱椎间融合术和椎间盘置换髓核成形术等。但目前几乎所有的治疗方法都是为了改善患者的症状，很少从改变椎间盘组织已经出现异常的生物学不平衡性的角度来探讨合适的治疗方法。目前，分子水平上椎间盘退变的系列研究结果指出引起椎间盘源性下腰痛的主要原因是生物学微环境的不平衡问题。本文从基础医学的角度对椎间盘退变过程及其相关的变化作一综述如下。

1正常椎间盘组成及其退变过程中生化组成的不平衡

正常椎间盘位于上下椎体终板之间，呈圆柱状。椎间盘的外层被纤维环组织包围着，内层是呈胶冻状的髓核组织〔1、2〕，其内含软骨细胞和胶原纤维网结构，髓核含水量约80％，并且含有丰富的蛋白黏多糖，具有弹性和膨胀性。正常状态下椎间盘特异的生物学机理可以有效的将脊柱轴向的负荷转变为椎间盘外层纤维环的张力，这样可以在微观上基本保证脊柱基本功能单位的运动功能。

在椎间盘开始出现退变的同时，位于内层的髓核组织的水分开始逐步丢失，在椎体运动时，内层的髓核组织对外层纤维环的流体压力较正常时的压力大。在长时间的超大压力作用下，纤维环的内层开始退变，产生放射状的裂纹，严重者可以直接破裂到外层的纤维环。在椎间盘组织退变的同时，软骨终扳同样开始退变，出现部分骨化。有学者认为，椎间盘的退变始于软骨终板的退变〔3〕，椎间盘的生物化学成分中富含水、胶原、蛋白多糖等，是椎间盘发挥生物功能的物质基础，而软骨终板是供应椎间盘营养的平台，由于椎间盘的营养大部分来自于终板组织，这种骨化的出现直接影响到了椎间盘的营养供给。尽管渐进性的椎间盘退变过程可以对椎间盘的生物学功能产生巨大的影响，但在椎间盘源性下腰痛的过程中椎间盘的生物化学变化可能起到一个很重要的作用。这些生物化学的变化包括来自椎间盘的炎症介质和细胞因子的产生和释放，包括、、、、TNF-α、NO等，在椎间盘退变过程中起到重要作用。另外纤维环内的血管向心性生长，椎间盘外周神经末梢的刺激性生长等也是椎间盘退变的重要生物化学改变。有作者〔4〕通过对雌性兔的椎间盘组织行病理学形态观察，同时进行蛋白多聚糖含量测定，发现TNF-α能够引起腰椎间盘退变且和退变有时效和量效关系。有作者〔5〕对NO和一氧化氮合酶（NOS）在椎间盘退变过程中的含量及表达进行了研究，发现软骨终板随着时间的延长而逐渐钙化，实验组较对照组钙化明显，实验组各组NO含量及NOS含量较对照组明显增加（P＜0.05）。表明NO及NOS在椎间盘退变过程中含量明显增加，提示NO及NOS在椎间盘退变过程中起到了重要作用。

椎间盘退变的基础研究与进展

椎间盘的生理、生化、生物力学特征
• 蛋白多糖是椎间盘中主要的大分子结构：包括硫酸软骨素、硫酸角质素和透明软骨素三种糖胺多糖分子，它们的主要作用是保持正常椎间盘水分、电离子浓度及渗透压，维持正常代谢和均匀分布椎间盘应力。椎间盘的大部分结构无直接血供，盘内细胞只能从周围血管经椎间盘基质靠必需的溶质弥散获取营养。椎体终板周围渗透压较低，并随着年龄的增长而下降。
细胞因子
3.NO是一种气体生物信使分子，可快速透过生物膜扩散，在心脑血管调节，神经、免疫调节等方面发挥着十分重要的生物学作用。目前有许多研究证实，NO作为一种新型介质在椎间盘退变过程中起着重要作用。NO参与椎间盘退变过程主要体现在两个方面，即影响椎间盘炎症进程和影响椎间盘细胞外基质的正常代谢。NO可在原位诱导椎间盘细胞调亡，促使椎间盘内细胞数进一步减少，造成椎间盘基质成分减少从而加速其退变过程。
2、自体软骨细胞移植
• 2002 年的一项前瞻、随机、对照性研究表明，相对于单纯的椎间盘摘除术，椎间盘摘除后再植入自体椎间盘软骨细胞更为安全、有效。Meisel等认为通过自体椎间盘软骨细胞移植能够使椎间盘获得生物代谢和机械力学功能的完整性。他们开展了一项命名为“ 欧洲椎间盘” 的前瞻、随机、多中心的临床试验，目标是评价自体椎间盘软骨细胞移植的远期效果。表明自体软骨细胞移植是有效的。