软骨终板退变的研究进展
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多项研究已经证明，炎症因子在椎间盘退变的发生和发 展中起了重要的作用。以前作者把目光集中在炎症因子引起
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第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
中国矫形外科杂志 Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
Ｖ０１．１７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
髓核和纤维环中基质成分的变化，忽视了炎症因子在软骨终 板退变中的作用。刘斌等一１发现在退变的软骨终板中ＩＬ一１Ｂ、 ＩＬ一６、ＴＮＦ—ａ含量随时间延长而增高，实验组较对照组增 高明显。ＩＬ一６可以抑制软骨细胞合成基质，从而降低了基质 的量，ＩＬ一６受到ＩＬ一１的作用而被激活，蛋白聚糖为首的基 质成分对于ＩＬ一１的破坏作用也非常敏感，这种破坏作用被认 为是由基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）来完成的。现有研究认为， ＩＬ一１在椎间盘退变的过程中扮演了关键的角色¨…。髓核内 ＴＮＦ—ａ的表达能够诱发多种细胞反应，包括蛋白聚糖和Ⅱ型 胶原表达同时下降，蛋白聚糖和胶原的合成和积累减少，
软骨终板位于椎体上下表面与椎间盘的纤维环和髓核之 间。终板很薄，尤其是在椎间盘的中央，成熟的终板不超过１ ｍｌｎ¨１，但是从一边到另一边变化是相当大的。软骨终板的形 状在各个椎体之间不同。 １．１软骨终板的生化成分
软骨终板为透明软骨，由细胞和基质两部分组成。细胞 中以软骨细胞和成纤维细胞为主，其合成和分泌细胞外基质。 基质主要由蛋白多糖（ＰＧ）和Ⅱ型胶原组成，而由基质所维 持的正常分解和合成代谢对于其生物学功能至关重要。蛋白 多糖是维持椎间盘正常结构、代谢和生物力学性能的生化基 础。软骨终板ＰＧ还能调节基质大分子间的有效孔径，控制带 电溶质在椎间盘中分布和转运，对保持椎间盘组织和外界环 境问的物质交换及防止终板自身的钙化都具有重要的作用ＨＪ。 软骨终板的胶原成分主要是Ⅱ型胶原，为其构成软骨终板的 纤维网状支架。Ⅱ型胶原相对于Ｉ型胶原来说体积较大，含水 量也较高，故ＩＩ型胶原更适合变形、承受和吸引压应力。水 分是软骨终板的重要组成成分之一，其含量的变化与蛋白多 糖的含量密切相关，这与硫酸软骨素中的硫酸阴离子和糖醛 酸有较强的水化作用有关垆Ｊ。 １．２软骨终板的结构
长，软骨终板血管芽的相对面积减少，非钙似钙化比率下
降，Ⅱ型胶原含量下降，ｘ型胶原增多。这些都是软骨终板 退变的敏感指标【龆】。同时随着年龄的增长，椎体的成熟，软 骨终板的渗透性下降，流入的渗透性比流出的渗透性低 ３５％∞Ｊ。渗透性下降必然导致椎间盘营养供应受阻进而促进 椎间盘的退变。
综上所述，软骨终板的退变是多种因素相互作用的结果。 各种因素通过某种机制引起软骨终板基质成分的减少，进而 引起水分的丢失软骨终板发生硬化。研究证明，软骨终板硬 化在椎间盘退变中扮演了非常重要的角色ⅢＪ。软骨终板的退 变早于椎问盘的退变，且在正常青壮年时期就已经开始退变。 软骨终板的退变虽然是一个自然老化的过程，但又可因为炎 症、异常应力及细胞过多凋亡而加重，加速其退变的过程。 软骨终板途径是椎间盘营养供应和代谢产物输出的主要途径， 其退变必然导致椎间盘营养不足和代谢产物的堆积最终导致 椎间盘的退变。 ３小结
软骨终板是椎间盘三个组成部分中最易损伤的部位，其 具有缓冲压力防止椎体发生压迫性骨萎缩以及通过其渗透作 用介导营养髓核的作用。软骨终板退变在椎间盘退变中起了 非常重要的作用。软骨终板的退变是多种因素相互作用的结 果，炎性因子、凋亡以及异常应力等因素可以加速软骨终板 的退变。上述各种致退变因素均可使基质合成减少，表现为
在椎问盘退变的过程中，异常应力是诱导椎间盘退变的
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万方数据
主要因素。椎间盘退变是积累性轻微损伤的结果，应力在椎 间盘退变中扮演了非常重要的角色。软骨终板在承受压力防 止发生压缩性骨萎缩方面发挥了重大的作用。长时间的异常 应力作用可促使软骨终板蛋白多糖聚合体解聚，含量减少， 成分构成发生变化，其中以硫酸软骨素（ｃｓ）减少最为明显。 ｃｓ带有硫酸基和羧基的负电荷，其含量急剧减少引起终板钙 化，生物力学性能改变及椎间盘营养物质交换通路破坏，诱 发和促进椎间盘退变的发生¨８｜。ｕｕ等¨纠研究发现处于异常 高应力环境下的椎问盘细胞产生基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）和 ＮＯ等细胞因子，抑制ＰＧ的合成并促进降解反应。异常力学 环境下终板下血管分布明显减少，其结果必然是细胞外环境 氧合和葡萄糖等营养物质的减少，异常应力环境促进终板蛋 白多糖含量及成分变化是软骨终板退变的另一个重要机 制Ⅲ］。因此防止或者减少异常应力的作用时间可以延缓软骨 终板的退变。 ２．４老龄导致软骨终板退变
椎间盘退变的发生率随年龄的增长而成指数增长。约 １０％的５０岁年龄段和６０％的７０岁年龄段的人的椎间盘存在 严重的椎间盘退变。软骨终板细胞在青少年时期就开始退变， 但是细胞功能活跃，死亡细胞少，处于代偿期；但是随着年 龄的增长，细胞功能下降，死亡细胞的数量增多，合成基质 的能力下降引起软骨终板的不可逆性损伤。由此可见软骨终 板的退变是一个自然老化的过程。有研究表明随着年龄的增 长，软骨细胞凋亡数目增多，细胞凋亡在与年龄相关的椎间 盘改变中扮演着重要的角色Ｂ“。研究表明，随着年龄的增
第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
嚣ｊ：未乏篱箸蘧：鬻
囊摹墓趣卿唑差巍囊篓
中国矫形外科杂志 Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
ＶｏＬ １７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
软骨终板退变的研究进展
王佰川 综述，邵增务审校
中图分类号：Ｒ６８１．５
（华中科技大学同济医学院附属协和医院，武汉４３００２７）
第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
中国矫形外科杂志
ＶｏＬ １７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
蛋白多糖含量下降，Ⅱ型胶原减少，Ｉ、ｘ型胶原增多，软 骨终板含水量减少，继而引起软骨终板钙化、软骨终板出现 裂痕，承受压力时受力不均等导致软骨终板正常功能丧失最 终引起椎间盘的退变。通过对软骨终板退化的研究将有助于 揭示椎间盘退变的发病机理，寻找在椎间盘退变发生早期进 行修复治疗的途径，这将给椎间盘退变的患者带来福音。 参考文献： ［１］Ｐｅｎｇ ＢＧ，Ｈｏｕ ＳＸ，Ｓｈｉ Ｏ，矗ａ１．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｔｉｌａｇｅ
凋亡是细胞死亡的一种形式，其由细胞内发生的一系列 有序的级联反应发展而成。研究表明，软骨终板中存在细胞 凋亡现象，且经ＮＯ和Ｆａｓ一抗体处理后软骨终板细胞凋亡更 为明显¨Ｊ。细胞凋亡，细胞合成基质的能力下降，基质合成 和降解平衡打破，导致软骨终板的退变继而引起椎问盘退变。 由此可知，凋亡可能是软骨终板退变，乃至椎间盘退变的重 要原因。椎间盘软骨终板内凋亡细胞的数量随着年龄和外在 压力的增加而增多，细胞密度显著降低，细胞凋亡越明显， 软骨终板消失越快。张振雨等¨４１通过热刺激诱导软骨终板细 胞凋亡时发现，Ｃａｓｐａｓｅ一３和Ｆａｓ参与了软骨终板细胞的凋亡 过程；Ｃａｓｐａｓｅ一３是软骨终板细胞凋亡进程中的重要物质之 一。近来有研究表明，在椎问盘细胞的凋亡过程中，细胞色 素Ｃ、ＢＩＤ、Ｃａｓｐａｓｅ一３、Ｃａｓｐａｓｅ一９等表达较高，线粒体途 径在其凋亡过程中可能起着主要的作用，细胞表面死亡受体 途径则作用较小¨“。椎体软骨终板细胞凋亡引起Ⅱ型胶原表 达减少，引起软骨终板的退变最终引起椎问盘的退变¨引。研 究表明凋亡的诱导因素包括：ＮＯ过度产生，Ｆａｓ与Ｆａｓ配体 （ＦａｓＬ）的结合，软骨细胞肥大，细胞外基质缺乏，细胞黏附 缺陷等ｍＪ。它们诱导软骨细胞的凋亡，使其合成基质的能力 下降而基质的降解能力相对增加（因降解酶此时仍然保持较 高的活性）。基质的平衡发生失调引起软骨终板的退变进而影 响椎间盘功能。 ２．３异常应力导致软骨终板退变
文献标志码：Ａ
文章编号：１００５—８４７８（２００９）０３－０１９７一０３
椎间盘作为一个完整的结构单元，有纤维环、髓核和软 骨终板三部分组成。由于生理性和病理性因素，椎间盘容易 发生退行性变。长期以来，对纤维环和髓核退变引起的椎间 盘退变研究很多，而对由软骨终板退变引起的椎间盘退变研 究较少。但是已有证据证明：椎问盘的退变源于软骨终板的 退变…，软骨终板治疗利于退变椎间盘的修复和再生ＢＪ。 １软骨终板的生物学特性
ＭＭＰ一１、ＭＭＰ一３、ＭＭＰ一１３，ＡＤＡＭＴＳ一４、ＡＤＡＭＴＳ一５
表达增加，以及ＡＤＡＭＴＳ一５介导的蛋白聚糖降解增加。在 ４８ ｈ内，这些细胞反应导致髓核内蛋白聚糖含量下降到原有 含量的２５％¨“。基质金属蛋白酶在正常椎间盘中起到降解基 质的作用以维护基质的随时更新。软骨终板退变时其含量表 达增加，基质降解加快破坏了基质的动态平衡引起软骨终板 退变。ＮＯ和ＮＯＳ在软骨终板的退变中也扮演了重要的角 色０１２］。ＮＯ可以作为一种炎症因子能抑制蛋白多糖的合成并 且诱导ＭＭＰｓ降解基质，基质降解酶能降解蛋白多糖核心。 ＮＯＳ是合成ＮＯ的限速酶，是调节ＮＯ的最重要成分。因此， 作者可以通过抑制软骨终板基质中炎性因子的产生来抑制软 骨终板的退变，从而为预防和治疗椎间盘退变提供一条新的 途径。 ２．２细胞凋亡导致软骨终板退变
软骨终板在椎间盘结构中具有重要作用：一方面，软骨 终板覆盖在椎体的上下面，维持椎体的正常形态，保护椎体 在承受压力下免于发生压迫性骨萎缩；另一方面，通过软骨 终板的渗透功能进行椎体与椎间盘之间的液体和营养的交换。 椎间盘的营养通路主要有二：一是终板途径，椎体内血管的 营养物质通过骨髓腔一血窦一软骨终板界面扩散到椎间盘， 营养纤维环及髓核内层（髓核营养的８０％由软骨终板的渗透 作用来完成）；二是纤维环途径，即纤维环表面血管营养纤维 环外层。软骨终板途径是椎间盘营养通路的主要途径，在椎 问盘营养供应和代谢产物的排出方面发挥了重要的作用。 ２软骨终板的退变
许多研究已经证实椎间盘退变是多种环境因素共同作用 的结果，其发病机制大致可归结为：①软骨终板的退变，椎 间盘营养供应减少；②细胞老化，分泌基质减少；③椎间盘 内部降解酶活性的升高，基质降解增多；④基质疲劳衰竭等。 而上述机理中最重要的是椎间盘软骨终板的退变蛸１。这是因 为椎间盘的生物化学构成成分包括水、胶原、蛋白多糖等， 它们是椎间盘发挥生理机能的物质基础，而软骨终板是供应 椎间盘营养的主要通道。因此如果软骨终板发生退变，造成 椎间盘营养供应的障碍，则可使其生化成分发生变化，从而 导致椎间盘退变。 ２．１ 炎性因子导致软骨终板退变
万方数据
内的血管及其分布不同于其他组织。吕刚等【刮采用血管灌注 ＡＢＳ制备兔腰椎体软骨终板血管铸型标本，投射光显微镜及 扫描电镜观察发现血管呈树枝状形态，缠绕形成微血管襻， 即血管芽，在终板内层纤维环部位血管芽形状呈简单的襻祥 结构，但在髓核部位则是一种膨Hale Waihona Puke Baidu且复杂缠绕的襻样结构， 这种形态学差异与不同部位终板的渗透性高低密切相关。在 椎间盘退变过程中，椎间盘终板内的血管芽形态逐渐被破坏， 微血管数量相应减少，终板内的血流量也明显减少，同时终 板内血流量中心部位（靠近髓核区域）血流量多于终板内周 围区域的血流量…。 １．３软骨终板的功能
ｅｎｄｐｌａｔｅ ｃａｌｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎ Ｍｅｄ Ｊ，２００１，３：３０８—３１２． ［２］Ｂｏｙｄ ＬＭ，Ｃａｒｔｅｒ ＡＪ．ｈｊｅｃｔａｂｌｅ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｅｎｄｐｌａｔｏ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅｐａｉｒ ａｎｄ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃ［Ｊ］．Ｅｕｒ Ｓｐｉｎｅ Ｊ，２００６，３：４１４－４２１． ［３］ Ｅｄｗａｒｄｓ ＷＴ，Ｚｈｅｎｇ Ｙ，Ｆｅｒｒａｒａ ＬＡ，甜ａ／．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｃｏｒｔｅｘ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｏｒａｃｏｌｕｍｂａｒ ｓｐｉｎｅ［Ｊ］． Ｓｐｉｎｅ，２００１，２６：２１８—２２５． ［４］ Ｒｏｂｅｒｔｓ Ｓ，Ｕｒｂａｎ ＪＰＧ，Ｅｖａｎｓ Ｈ，甜ａＬ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｔｈｅ ｈｕ— ｍａｎ ｃａｒｔｉｌａｇｅ ｅｎｄｐｌａｔｅ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｔｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌａｃｉｆｉｅａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ，１９９６，４：４１５—４２０． ［５］Ｔａｙｌｏｒ ＩＢ，Ｓｃｏｔｔ ＪＥ，Ｃｒｉｂｂ ＡＭ，ｅｔ ａ／．Ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃ ａｃｉｄ ｇｌｙｅｏｓａｍｉｎｏｇｉｙｃａｎｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｎｕｔ，１９９２，１８０：１３７—１４１． ［６］ 吕刚。芮钢。王星铎，等．椎体软骨终板血管芽的形态学实验研究 ［Ｊ］．中华骨科杂志，１９９８，１２：７２２—７２４． ［７］彭城，任先军，梅芳瑞．椎间盘退变与终板内微血管形态改变的 相关性研究［Ｊ］．中国矫形外科杂志，２００３，１９：１３５５—１３５７． ［８］Ｋａｎｇ ＪＤ，Ｇｅｏｒｇｅｓｃｕ ＨＩ，ＭｅＩｎｔｙｒｅ—Ｌａｒｋｉｎ Ｌ，ｅｔ ａ／．Ｈｅｒｎｉａｔｅｄ ｅｅｒｖｉ— ｃａｌ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃｓ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｐｒｏｄｕｃｅ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓ－ ∞，ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ，ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ一６，ａｎｄ ｐｒｏｓｔａｇｌａｎｄｉｎ Ｅ２［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ， １９９５，２２：２３７３—２３７８． ［９］刘斌，金大地，瞿东滨，等．ＩＬ一１Ｂ、ＩＬ一６、ｒＩ＇ＮＦ—ａ在兔腰椎软骨 终板退变中的变化及作用［Ｊ］．中国矫形外科杂志，２００７，１：６４— ６６． ［１０］Ｇｏｕｐｉｌｌｅ Ｐ，Ｍｕｌｌｅｍａｎ Ｄ，ＣｈｅｖＭｉｅｒ Ｘ．Ｉｓ ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ一１ ａｇｏｏｄ ｔａｒｇｅｔ ｆｏｒ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｎｄ ｄｉｓｃ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ｌｅｓｓｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｓｔｏｏａｒｔｈｒｉｔｉｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ［Ｊ】．Ａｒｔｈｒｉｔｉｓ Ｒｅｓ Ｔｈｅｒ，２００７，６： ｌｌＯ．
软骨终板上有许多的微孔，是髓核水分、营养成分及代 谢产物进出的通道。软骨终板的基质中蛋白多糖主要是硫酸 软骨素，因其具有毛刷样结构和自身带有电荷，利于基质大 分子的通过。软骨终板内无神经组织，因此当软骨终板损伤 后，既不能产生疼痛症状亦不能自行修复。此外，软骨终板
作者简介：王佰川（１９８２一），男，山东潍坊人，在读硕士，研究方向：椎间 盘退变机制的相关研究，（电话）１５８７１７１６６８０，（电子信箱）ｗａｎｇｂａ／－ ｃｈｕａｎ—１１２＠１６３．ｃｏｍ
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第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
中国矫形外科杂志 Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
Ｖ０１．１７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
髓核和纤维环中基质成分的变化，忽视了炎症因子在软骨终 板退变中的作用。刘斌等一１发现在退变的软骨终板中ＩＬ一１Ｂ、 ＩＬ一６、ＴＮＦ—ａ含量随时间延长而增高，实验组较对照组增 高明显。ＩＬ一６可以抑制软骨细胞合成基质，从而降低了基质 的量，ＩＬ一６受到ＩＬ一１的作用而被激活，蛋白聚糖为首的基 质成分对于ＩＬ一１的破坏作用也非常敏感，这种破坏作用被认 为是由基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）来完成的。现有研究认为， ＩＬ一１在椎间盘退变的过程中扮演了关键的角色¨…。髓核内 ＴＮＦ—ａ的表达能够诱发多种细胞反应，包括蛋白聚糖和Ⅱ型 胶原表达同时下降，蛋白聚糖和胶原的合成和积累减少，
软骨终板位于椎体上下表面与椎间盘的纤维环和髓核之 间。终板很薄，尤其是在椎间盘的中央，成熟的终板不超过１ ｍｌｎ¨１，但是从一边到另一边变化是相当大的。软骨终板的形 状在各个椎体之间不同。 １．１软骨终板的生化成分
软骨终板为透明软骨，由细胞和基质两部分组成。细胞 中以软骨细胞和成纤维细胞为主，其合成和分泌细胞外基质。 基质主要由蛋白多糖（ＰＧ）和Ⅱ型胶原组成，而由基质所维 持的正常分解和合成代谢对于其生物学功能至关重要。蛋白 多糖是维持椎间盘正常结构、代谢和生物力学性能的生化基 础。软骨终板ＰＧ还能调节基质大分子间的有效孔径，控制带 电溶质在椎间盘中分布和转运，对保持椎间盘组织和外界环 境问的物质交换及防止终板自身的钙化都具有重要的作用ＨＪ。 软骨终板的胶原成分主要是Ⅱ型胶原，为其构成软骨终板的 纤维网状支架。Ⅱ型胶原相对于Ｉ型胶原来说体积较大，含水 量也较高，故ＩＩ型胶原更适合变形、承受和吸引压应力。水 分是软骨终板的重要组成成分之一，其含量的变化与蛋白多 糖的含量密切相关，这与硫酸软骨素中的硫酸阴离子和糖醛 酸有较强的水化作用有关垆Ｊ。 １．２软骨终板的结构
长，软骨终板血管芽的相对面积减少，非钙似钙化比率下
降，Ⅱ型胶原含量下降，ｘ型胶原增多。这些都是软骨终板 退变的敏感指标【龆】。同时随着年龄的增长，椎体的成熟，软 骨终板的渗透性下降，流入的渗透性比流出的渗透性低 ３５％∞Ｊ。渗透性下降必然导致椎间盘营养供应受阻进而促进 椎间盘的退变。
综上所述，软骨终板的退变是多种因素相互作用的结果。 各种因素通过某种机制引起软骨终板基质成分的减少，进而 引起水分的丢失软骨终板发生硬化。研究证明，软骨终板硬 化在椎间盘退变中扮演了非常重要的角色ⅢＪ。软骨终板的退 变早于椎问盘的退变，且在正常青壮年时期就已经开始退变。 软骨终板的退变虽然是一个自然老化的过程，但又可因为炎 症、异常应力及细胞过多凋亡而加重，加速其退变的过程。 软骨终板途径是椎间盘营养供应和代谢产物输出的主要途径， 其退变必然导致椎间盘营养不足和代谢产物的堆积最终导致 椎间盘的退变。 ３小结
软骨终板是椎间盘三个组成部分中最易损伤的部位，其 具有缓冲压力防止椎体发生压迫性骨萎缩以及通过其渗透作 用介导营养髓核的作用。软骨终板退变在椎间盘退变中起了 非常重要的作用。软骨终板的退变是多种因素相互作用的结 果，炎性因子、凋亡以及异常应力等因素可以加速软骨终板 的退变。上述各种致退变因素均可使基质合成减少，表现为
在椎问盘退变的过程中，异常应力是诱导椎间盘退变的
１９８
万方数据
主要因素。椎间盘退变是积累性轻微损伤的结果，应力在椎 间盘退变中扮演了非常重要的角色。软骨终板在承受压力防 止发生压缩性骨萎缩方面发挥了重大的作用。长时间的异常 应力作用可促使软骨终板蛋白多糖聚合体解聚，含量减少， 成分构成发生变化，其中以硫酸软骨素（ｃｓ）减少最为明显。 ｃｓ带有硫酸基和羧基的负电荷，其含量急剧减少引起终板钙 化，生物力学性能改变及椎间盘营养物质交换通路破坏，诱 发和促进椎间盘退变的发生¨８｜。ｕｕ等¨纠研究发现处于异常 高应力环境下的椎问盘细胞产生基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）和 ＮＯ等细胞因子，抑制ＰＧ的合成并促进降解反应。异常力学 环境下终板下血管分布明显减少，其结果必然是细胞外环境 氧合和葡萄糖等营养物质的减少，异常应力环境促进终板蛋 白多糖含量及成分变化是软骨终板退变的另一个重要机 制Ⅲ］。因此防止或者减少异常应力的作用时间可以延缓软骨 终板的退变。 ２．４老龄导致软骨终板退变
椎间盘退变的发生率随年龄的增长而成指数增长。约 １０％的５０岁年龄段和６０％的７０岁年龄段的人的椎间盘存在 严重的椎间盘退变。软骨终板细胞在青少年时期就开始退变， 但是细胞功能活跃，死亡细胞少，处于代偿期；但是随着年 龄的增长，细胞功能下降，死亡细胞的数量增多，合成基质 的能力下降引起软骨终板的不可逆性损伤。由此可见软骨终 板的退变是一个自然老化的过程。有研究表明随着年龄的增 长，软骨细胞凋亡数目增多，细胞凋亡在与年龄相关的椎间 盘改变中扮演着重要的角色Ｂ“。研究表明，随着年龄的增
第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
嚣ｊ：未乏篱箸蘧：鬻
囊摹墓趣卿唑差巍囊篓
中国矫形外科杂志 Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
ＶｏＬ １７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
软骨终板退变的研究进展
王佰川 综述，邵增务审校
中图分类号：Ｒ６８１．５
（华中科技大学同济医学院附属协和医院，武汉４３００２７）
第１ ７卷第３期 ２ ０ ０ ９年２月
中国矫形外科杂志
ＶｏＬ １７，Ｎｏ．３ Ｆｅｂ．２００９
蛋白多糖含量下降，Ⅱ型胶原减少，Ｉ、ｘ型胶原增多，软 骨终板含水量减少，继而引起软骨终板钙化、软骨终板出现 裂痕，承受压力时受力不均等导致软骨终板正常功能丧失最 终引起椎间盘的退变。通过对软骨终板退化的研究将有助于 揭示椎间盘退变的发病机理，寻找在椎间盘退变发生早期进 行修复治疗的途径，这将给椎间盘退变的患者带来福音。 参考文献： ［１］Ｐｅｎｇ ＢＧ，Ｈｏｕ ＳＸ，Ｓｈｉ Ｏ，矗ａ１．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｔｉｌａｇｅ
凋亡是细胞死亡的一种形式，其由细胞内发生的一系列 有序的级联反应发展而成。研究表明，软骨终板中存在细胞 凋亡现象，且经ＮＯ和Ｆａｓ一抗体处理后软骨终板细胞凋亡更 为明显¨Ｊ。细胞凋亡，细胞合成基质的能力下降，基质合成 和降解平衡打破，导致软骨终板的退变继而引起椎问盘退变。 由此可知，凋亡可能是软骨终板退变，乃至椎间盘退变的重 要原因。椎间盘软骨终板内凋亡细胞的数量随着年龄和外在 压力的增加而增多，细胞密度显著降低，细胞凋亡越明显， 软骨终板消失越快。张振雨等¨４１通过热刺激诱导软骨终板细 胞凋亡时发现，Ｃａｓｐａｓｅ一３和Ｆａｓ参与了软骨终板细胞的凋亡 过程；Ｃａｓｐａｓｅ一３是软骨终板细胞凋亡进程中的重要物质之 一。近来有研究表明，在椎问盘细胞的凋亡过程中，细胞色 素Ｃ、ＢＩＤ、Ｃａｓｐａｓｅ一３、Ｃａｓｐａｓｅ一９等表达较高，线粒体途 径在其凋亡过程中可能起着主要的作用，细胞表面死亡受体 途径则作用较小¨“。椎体软骨终板细胞凋亡引起Ⅱ型胶原表 达减少，引起软骨终板的退变最终引起椎问盘的退变¨引。研 究表明凋亡的诱导因素包括：ＮＯ过度产生，Ｆａｓ与Ｆａｓ配体 （ＦａｓＬ）的结合，软骨细胞肥大，细胞外基质缺乏，细胞黏附 缺陷等ｍＪ。它们诱导软骨细胞的凋亡，使其合成基质的能力 下降而基质的降解能力相对增加（因降解酶此时仍然保持较 高的活性）。基质的平衡发生失调引起软骨终板的退变进而影 响椎间盘功能。 ２．３异常应力导致软骨终板退变
文献标志码：Ａ
文章编号：１００５—８４７８（２００９）０３－０１９７一０３
椎间盘作为一个完整的结构单元，有纤维环、髓核和软 骨终板三部分组成。由于生理性和病理性因素，椎间盘容易 发生退行性变。长期以来，对纤维环和髓核退变引起的椎间 盘退变研究很多，而对由软骨终板退变引起的椎间盘退变研 究较少。但是已有证据证明：椎问盘的退变源于软骨终板的 退变…，软骨终板治疗利于退变椎间盘的修复和再生ＢＪ。 １软骨终板的生物学特性
ＭＭＰ一１、ＭＭＰ一３、ＭＭＰ一１３，ＡＤＡＭＴＳ一４、ＡＤＡＭＴＳ一５
表达增加，以及ＡＤＡＭＴＳ一５介导的蛋白聚糖降解增加。在 ４８ ｈ内，这些细胞反应导致髓核内蛋白聚糖含量下降到原有 含量的２５％¨“。基质金属蛋白酶在正常椎间盘中起到降解基 质的作用以维护基质的随时更新。软骨终板退变时其含量表 达增加，基质降解加快破坏了基质的动态平衡引起软骨终板 退变。ＮＯ和ＮＯＳ在软骨终板的退变中也扮演了重要的角 色０１２］。ＮＯ可以作为一种炎症因子能抑制蛋白多糖的合成并 且诱导ＭＭＰｓ降解基质，基质降解酶能降解蛋白多糖核心。 ＮＯＳ是合成ＮＯ的限速酶，是调节ＮＯ的最重要成分。因此， 作者可以通过抑制软骨终板基质中炎性因子的产生来抑制软 骨终板的退变，从而为预防和治疗椎间盘退变提供一条新的 途径。 ２．２细胞凋亡导致软骨终板退变
软骨终板在椎间盘结构中具有重要作用：一方面，软骨 终板覆盖在椎体的上下面，维持椎体的正常形态，保护椎体 在承受压力下免于发生压迫性骨萎缩；另一方面，通过软骨 终板的渗透功能进行椎体与椎间盘之间的液体和营养的交换。 椎间盘的营养通路主要有二：一是终板途径，椎体内血管的 营养物质通过骨髓腔一血窦一软骨终板界面扩散到椎间盘， 营养纤维环及髓核内层（髓核营养的８０％由软骨终板的渗透 作用来完成）；二是纤维环途径，即纤维环表面血管营养纤维 环外层。软骨终板途径是椎间盘营养通路的主要途径，在椎 问盘营养供应和代谢产物的排出方面发挥了重要的作用。 ２软骨终板的退变
许多研究已经证实椎间盘退变是多种环境因素共同作用 的结果，其发病机制大致可归结为：①软骨终板的退变，椎 间盘营养供应减少；②细胞老化，分泌基质减少；③椎间盘 内部降解酶活性的升高，基质降解增多；④基质疲劳衰竭等。 而上述机理中最重要的是椎间盘软骨终板的退变蛸１。这是因 为椎间盘的生物化学构成成分包括水、胶原、蛋白多糖等， 它们是椎间盘发挥生理机能的物质基础，而软骨终板是供应 椎间盘营养的主要通道。因此如果软骨终板发生退变，造成 椎间盘营养供应的障碍，则可使其生化成分发生变化，从而 导致椎间盘退变。 ２．１ 炎性因子导致软骨终板退变
万方数据
内的血管及其分布不同于其他组织。吕刚等【刮采用血管灌注 ＡＢＳ制备兔腰椎体软骨终板血管铸型标本，投射光显微镜及 扫描电镜观察发现血管呈树枝状形态，缠绕形成微血管襻， 即血管芽，在终板内层纤维环部位血管芽形状呈简单的襻祥 结构，但在髓核部位则是一种膨Hale Waihona Puke Baidu且复杂缠绕的襻样结构， 这种形态学差异与不同部位终板的渗透性高低密切相关。在 椎间盘退变过程中，椎间盘终板内的血管芽形态逐渐被破坏， 微血管数量相应减少，终板内的血流量也明显减少，同时终 板内血流量中心部位（靠近髓核区域）血流量多于终板内周 围区域的血流量…。 １．３软骨终板的功能
ｅｎｄｐｌａｔｅ ｃａｌｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ［Ｊ］．Ｃｈｉｎ Ｍｅｄ Ｊ，２００１，３：３０８—３１２． ［２］Ｂｏｙｄ ＬＭ，Ｃａｒｔｅｒ ＡＪ．ｈｊｅｃｔａｂｌｅ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｅｎｄｐｌａｔｏ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅｐａｉｒ ａｎｄ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃ［Ｊ］．Ｅｕｒ Ｓｐｉｎｅ Ｊ，２００６，３：４１４－４２１． ［３］ Ｅｄｗａｒｄｓ ＷＴ，Ｚｈｅｎｇ Ｙ，Ｆｅｒｒａｒａ ＬＡ，甜ａ／．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｃｏｒｔｅｘ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｏｒａｃｏｌｕｍｂａｒ ｓｐｉｎｅ［Ｊ］． Ｓｐｉｎｅ，２００１，２６：２１８—２２５． ［４］ Ｒｏｂｅｒｔｓ Ｓ，Ｕｒｂａｎ ＪＰＧ，Ｅｖａｎｓ Ｈ，甜ａＬ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｔｈｅ ｈｕ— ｍａｎ ｃａｒｔｉｌａｇｅ ｅｎｄｐｌａｔｅ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｔｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌａｃｉｆｉｅａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ，１９９６，４：４１５—４２０． ［５］Ｔａｙｌｏｒ ＩＢ，Ｓｃｏｔｔ ＪＥ，Ｃｒｉｂｂ ＡＭ，ｅｔ ａ／．Ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃ ａｃｉｄ ｇｌｙｅｏｓａｍｉｎｏｇｉｙｃａｎｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｎｕｔ，１９９２，１８０：１３７—１４１． ［６］ 吕刚。芮钢。王星铎，等．椎体软骨终板血管芽的形态学实验研究 ［Ｊ］．中华骨科杂志，１９９８，１２：７２２—７２４． ［７］彭城，任先军，梅芳瑞．椎间盘退变与终板内微血管形态改变的 相关性研究［Ｊ］．中国矫形外科杂志，２００３，１９：１３５５—１３５７． ［８］Ｋａｎｇ ＪＤ，Ｇｅｏｒｇｅｓｃｕ ＨＩ，ＭｅＩｎｔｙｒｅ—Ｌａｒｋｉｎ Ｌ，ｅｔ ａ／．Ｈｅｒｎｉａｔｅｄ ｅｅｒｖｉ— ｃａｌ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｒａｌ ｄｉｓｃｓ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｐｒｏｄｕｃｅ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓ－ ∞，ｎｉｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ，ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ一６，ａｎｄ ｐｒｏｓｔａｇｌａｎｄｉｎ Ｅ２［Ｊ］．Ｓｐｉｎｅ， １９９５，２２：２３７３—２３７８． ［９］刘斌，金大地，瞿东滨，等．ＩＬ一１Ｂ、ＩＬ一６、ｒＩ＇ＮＦ—ａ在兔腰椎软骨 终板退变中的变化及作用［Ｊ］．中国矫形外科杂志，２００７，１：６４— ６６． ［１０］Ｇｏｕｐｉｌｌｅ Ｐ，Ｍｕｌｌｅｍａｎ Ｄ，ＣｈｅｖＭｉｅｒ Ｘ．Ｉｓ ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ一１ ａｇｏｏｄ ｔａｒｇｅｔ ｆｏｒ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｔｅｒｖｅｒｔｅｂｎｄ ｄｉｓｃ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ｌｅｓｓｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｓｔｏｏａｒｔｈｒｉｔｉｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ［Ｊ】．Ａｒｔｈｒｉｔｉｓ Ｒｅｓ Ｔｈｅｒ，２００７，６： ｌｌＯ．
软骨终板上有许多的微孔，是髓核水分、营养成分及代 谢产物进出的通道。软骨终板的基质中蛋白多糖主要是硫酸 软骨素，因其具有毛刷样结构和自身带有电荷，利于基质大 分子的通过。软骨终板内无神经组织，因此当软骨终板损伤 后，既不能产生疼痛症状亦不能自行修复。此外，软骨终板
作者简介：王佰川（１９８２一），男，山东潍坊人，在读硕士，研究方向：椎间 盘退变机制的相关研究，（电话）１５８７１７１６６８０，（电子信箱）ｗａｎｇｂａ／－ ｃｈｕａｎ—１１２＠１６３．ｃｏｍ