脊柱后纵韧带骨化的病因学研究

王建华,李 野,刘 波,武云涛,刘景臣

(吉林大学第一医院脊柱外科,吉林长春 130021）

后纵韧带骨化是脊柱后纵韧带内存在着不断进展的异位钙化,最终导致韧带内骨结构形成的一种疾病,本病好发于50-60岁的人群,该病发展到一定阶段将导致严重脊髓受压及相应的脊髓神经功能损害,这些已得到人们的广泛认识,据Epstein[1]统计,颈椎后纵韧带骨化的发生率最高,胸椎其次,腰椎很少发生。OPLL一般具有以下几个特征:①在脊柱后纵韧带内有异位骨形成。②在韧带骨化之前纤维软骨细胞增殖钙化,随后血管长入,组织吸收。③骨化及韧带组织增生,细胞增殖并存。④韧带的骨化发生在一个特殊的部位,通常与老年性骨质增生(Forestiers病）或弥漫性特发性骨肥厚伴发。⑤日本人发病率高,1960年Tsukimoto等人首先详细描述了后纵韧带骨化,并报道了该病在日本人口中的发病率约为1.9%-4.3%,而在美国和欧洲的发病率仅为0.01%-1.7%[2]。国内外文献对OPLL的发病机制目前尚无统一认识,多数学者认为OPLL是由多种因素引起的,如基因遗传、代谢异常、脊柱局部应力因素和脊柱退变等,本文就脊柱后纵韧带骨化的发病机制研究进展作一简要综述。

1 糖代谢异常

尽管OPLL患者一些常规实验室检查结果均在正常范围内,如血常规、超敏C反应蛋白、红细胞沉降率和类风湿因子等,但还是约有10%的患者存在隐性糖尿病。Shingyochi等[3]对4802个48-57岁的日本男性OPLL患者进行了口服葡萄糖耐受实验,结果发现:“肥胖是韧带骨化的主要危险因素,同时它和葡萄糖不能耐受”也是OPLL的两个危险因素。临床病例统计也显示OPLL患者多数具有颈部短小、相对肥胖、且部分患者糖耐量实验不同程度异常等特征[4],人们推测可能与葡萄糖在机体内代谢异常有关,但尚缺少证明此结论的确切依据。Akune T等[5]认为胰岛素生成指数与OPLL范围有关,肥胖症患者往往同时存在高胰岛素血症,从而间接与OPLL相关。也有人认为2型糖尿病对于后纵韧带骨化是一种独立的危险因素,李海[6]等人分离出大鼠的脊髓韧带细胞,通过观察高血糖环境对其骨化基因表达的影响研究和了解可能存在的分子作用机制。研究表明在大鼠的脊髓韧带细胞中,高血糖通过产生氧活性因子,继而激活蛋白激酶,抑制P38,增加一型胶原蛋白的合成和诱导BMP-2合成基因的早期表达。高血糖可能通过促进韧带细胞对其成骨分化反应的方式在后纵韧带骨化的形成和发展过程中起到重要作用。

2 局部应力因素

Matsunaga等[7]研究发现,患者颈椎活动及间盘内髓核组织的退变和突出会导致间盘内部应力分布出现异常、从而导致后纵韧带所承受张力增高,长期受到这种机械应力刺激,可以促进了后纵韧带骨化的进程。Chen等[8]根据韧带骨化在脊柱不同部位的发病特点,提出脊柱活动时所承受的机械应力以及人体在重力线和矢状面上屈伸时存在的脊柱整体失衡对于OPLL的发生和发展有重要作用,同时旋转角度和旋转应力可能也在OPLL发病中起一定作用。Yano等[9]对大量病例分析后指出局部应力作用在OPLL的发病过程中起重要作用。Tateiwa等[10]对27名平均年龄为58.1岁的OPLL患者行颈椎前路椎体次全切除减压植骨融合术,术后进行5年以上的随访,结果显示前路减压植骨融合术后,存在不稳的颈椎节段得到有效稳定,相应水平的韧带骨化速度明显减慢,甚至停止。相反后路椎板切除减压术或椎管扩大成形术都严重影响了脊柱的三维稳定性,从而造成韧带细胞所受张力增加,在一定程度上促进了韧带骨化的进展。Furukawa K等[11]研究发现,韧带细胞在持续的伸展应力刺激下,可通过自分泌或旁分泌的方式产生多种调节骨骼重塑的因子,如BMP-2、TGF-β和前列腺素等,同时骨化的韧带细胞对机械应力的敏感性明显增加,这也有可能加速OPLL的进程。Ohishi等[12]认为在应力作用诱导下OPLL的过程中前列腺素起着重要的作用。杨海松等[13]通过测定应力刺激前后的OPLL细胞中Connexin43缝隙连接蛋白的表达,同时利用RNAi技术下调它的表达,最终结果表明机械应力诱导下的Connexin43的表达对于颈椎OPLL的进程有重要影响。因此,机械应力刺激在OPLL的进展过程中可能发挥着不容忽视的促进作用。

3 种族差异和遗传因素

OPLL多见于亚洲大陆,非洲、欧美等国发病率较低,黄种人发病率相对较高,其中又以日本常见,有明显的区域性和人种差异。1989年Terayama选取了347个OPLL的患者,并用放射学的方法对其家庭中的1030位亲属进行调查,最终发现患者的同胞、双亲患有 OPLL的.比例分别为 28.89%和26.25%,这样的调查结果让他们推测OPLL可能具有常染色体显性遗传倾向。Hamanishi等[14]通过对OPLL患者进行家谱调查发现:3个同时患有OPLL的同胞兄弟的父亲和一个未患病的女孩的父亲之间是表兄关系,而该女孩的父亲患有OPLL,由此,他认为OPLL遗传方式应为常染色体隐性患者遗传学。1991年,Sakou等[15]对OPLL患者遗传学研究又前进一大步,他们以33个OPLL患者的子女为研究对象,研究显示HLA形成特定的类型,而一些HLA在日本人口中非常的稀少,这也可能是日本人OPLL相对高发的一个原因,同时发现在33个具有OPLL双亲的家庭中,子代子女同胞具有相同HLA单倍型者OPLL患病率为56%。之后Matsunaga等[16]通过调查24个OPLL患者的家庭成员对HLA和OPLL之间的关系做了进一步研究探索,结果显示:子代同胞中具有2个相同条带HLA的单倍型OPLL患病率为53%,具有一个相同条带的HLA单倍型OPLL患病率为24%,子代同胞无相同条带的OPLL患病率低于5%,上述研究成果可能存在于复合体HLA上或接近复合体HLA。Koga等[17]研究结果证实OPLL的致病基因在靠近HLA复合体第6号染色体上。Okawa等[18]研究也证实TWY大鼠的OPLL表型是由于NPPS(nudeotide pyrophosphatases,NPPS）基因无意义突变造成的,这个基因编码焦磷酸酶合成,此酶是一种膜结合蛋白,调节软组织的钙化和软骨及骨的代谢,分解抑制矿化无机焦磷酸盐的焦磷酸酶,加速了后纵韧带处骨的形成,从而导致OPLL。研究表明[19]锚蛋白和NPPS基因存在缺陷可导致骨桥蛋白和焦磷酸合成减少,并引起细胞矿化过度,加速OPLL的进展。Toshitada Sawada等[20]于 2008年报道,Runx2作为重要的造骨细胞分化转导因子,为进一步了解Runx2的表达与脊柱韧带异位骨化之间是否存在一定的内在联系,他们利用DNA微阵列芯片技术对Runx2在骨化韧带细胞内的基因表达进行了检测,检测结果发现骨化的韧带细胞内Runx2基因表达增强,同时发现在韧带骨化细胞中Runx2基因对结缔组织生长因子和血管生成素-1等的合成有重要的调节作用,在韧带骨化细胞中利用RNAi抑制Runx基因的表达,从而使血管生成素-1和结缔组织生长因子等的表达明显下调,而在非韧带骨化细胞中未检测到显著差别,结果表明血管生成素-1可能是脊柱韧带异位骨化过程的重要影响因素。进一步研究证实[21]6号染色体Runx2基因上的RS1321075和RS12333172的功能作用还没有完全明了,但Runx2是骨钙素和碱性磷酸酶基因启动子的一个重要的调控因子,并且可以和骨形态生成蛋白一起调控造骨细胞的分化,在Runx2上SNPs的特定的变异体可能影响骨质形成的过程。刘冬梅等[22]报道BMP-2基因的多态性不仅和OPLL的发生率相关,而且和OPLL的长度和范围相关,TG基因型在Ser37Ala(T/G）上的多态性和OPLL的发病率有关,在Ser37Ala(T/G）上的G等位基因的多态性和OPLL的发生率相关,但和 OPLL的范围无关;在Ser87Ser(A/G）上的G等位基因的多态性增加OPLL的范围,但不增加OPLL的易感性,然而至少对于中国人口的调查显示在Ser87Ser(A/G）上A等位基因的多态性可以抑制异位的骨化。

4 其他因素

Kazaki等[23]对17例甲状旁腺机能减退患者进行放射学检查,发现有9例存在后纵韧带或脊柱其他韧带的骨化,骨化的发生率与未治疗时间成正相关,但未能证实甲状旁腺激素水平减低、低钙血症、高磷血症以及活性维生素D水平的减低对脊柱韧带骨化的影响。动物实验[24]提示氟在异位骨化的化学诱导中起重要作用。Rao等[25]提出氟中毒可能是韧带骨化的潜在病因。瘦素与OPLL之间有相关性,对于两者之间内在机制的认识来源于OPLL动物模型一Zucker大鼠,Zucker大鼠韧带骨化的基因机制认为是瘦素受体的变异。与对照组相比胸椎OPLL患者瘦素受体鸟嘌呤突变频率明显变高,其可能导致较大范围的病变,瘦素与OPLL范围存在关联[26]。由于OPLL以组织细胞增生骨化为特征,因此生长因子可能在OPLL的发生发展过程中发挥一定作用。体外实验证实胰岛素样生长因子-1(in-sutin-like growth factor,IGF-1）能加速OPLL的发生和发展,骨化韧带周边软骨细胞内IGF-1表达水平较高,其可促进OPLL细胞成骨及细胞外基质形成,然而IGF-1在OPLL患者血清中并未升高,仅检测出生长激素结合蛋白合成增加,提示IGF-1主要通过旁分泌方式影响骨质代谢过程[27]。有调查资料显示饮食方式和生活习惯也可能与OPLL的发生有关,在日本,长期高盐和低蛋白饮食的人群OPLL的发生率相对较高,但调查资料未发现OPLL与吸烟、饮酒等生活习惯存在显著相关性[28]。睡眠情况可能是OPLL发生的另一个影响因素,短程睡眠(≤5 h）与适度睡眠(6-8 h）相比OPLL的患病机率明显增加,而睡眠时间过长(≥9 h）也会增加OPLL的患病机率[29]。日本的一个病例对照研究[30]显示多吃鸡肉和豆制品可以降低患OPLL的风险。Kobayashi[31]等人的临床研究结果表明,OPLL与多种疾病相关:其中包括风湿性疾病,如弥漫性特发性骨肥厚、强直性脊柱炎和Castleman病(Castleman's disease,CD）。一项多变量分析研究显示,心肌梗死家族史,在40岁时较高的体重指数和长时间的工作,尤其是夜间工作都是罹患OPLL的风险因素[32]。P2嘌呤受体Y1(P2Y1）在OPLL患者的脊柱韧带细胞中的表达增加,Tanaka Sunao[33]经过研究证实P2Y1的过度表达对于OPLL患者脊柱韧带细胞中异位骨的形成有重要作用。

目前,尽管对OPLL的认识不断深入,但对于OPLL具体发病机制了解还不甚清晰,虽然大量流行病分析和医学基础研究证实OPLL存在多种致病危险因素,但各种危险因素在致病过程中的具体作用还有待进一步确定。OPLL的发病机制还存在许多疑问,而这些疑问也有待进一步的探索和研究,对OPLL致病机制的研究,会促进人们对该疾病的认识和了解,同时也会促进它在预防、筛选、诊断和治疗方面的发展;另外,由于OPLL可能与人体多种其它疾病相关,OPLL发病机制的阐明可能将促进相关疾病机制的明确。

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