腰间盘HIZ与TNF—α表达的相关性研究及其在椎间盘内破裂症中的诊断价值

李松军等

【摘要】 目的：观察腰间盘信号改变与间盘组织TNF-α表达的关系，分析研究HIZ在椎间盘内破裂症中的诊断价值。方法：38例经椎间盘造影诊断为IDD的患者，行腰椎MRI检查和Pfirrmann分级及VAS评分，根据VAS评分结果分为轻度疼痛A组、中度疼痛B组及重度疼痛C组；根据Pfirrmann分级标准将Ⅲ级归入轻度退变D组，Ⅳ级为中重度退变F组。取手术切除的HIZ及非HIZ间盘组织行TNF-α免疫组化染色观察和TNF-α含量检测，同时以5例脊柱骨折患者手术时取出的间盘组织作为对照。结果：（1）间盘信号与年龄间的直线相关系数R值0.6111，信号与年龄呈负相关；信号与间盘内TNF-α表达量呈负相关，R值为-0.8710。（2）随着疼痛症状加重，间盘信号逐渐减弱，A、B、C组间盘信号改变与对照组比较差异均有统计学意义（P<0.05）。（3）间盘退变程度与间盘信号改变及TNF-α表达量相关，D组、F组比较差异有统计学意义（P<0.05）。（4）IDD患者HIZ间盘组织局部炎性反应明显，TNF-α免疫组化染色阳性；HIZ组TNF-α表达量明显强于非HIZ组和对照组（P<0.05）。结论：（1）间盘信号与年龄、TNF-α表达量及VAS评分负相关。（2）IDD患者HIZ中TNF-α阳性表达明显，表明HIZ可作为IDD诊断的一个特异性影像改变。

【关键词】 椎间盘内破裂症； 高信号区； 磁共振成像； 肿瘤坏死因子-α； 免疫组化

椎间盘内破裂症（internal disc disruption， IDD）是以腰间盘内在结构完整性受到破坏为病理基础的腰痛综合征。近年来，IDD逐渐被人们所认识和重视[1]。T2WI纤维环后部高信号区（high-intensity zone， HIZ）已被用来诊断疼痛间盘，但间盘局部肿瘤坏死因子-α（tumour necrosisfactor， TNF-α）的表达是否与IDD间盘HIZ发生演变相关，鲜见相关报道[2-3]。为此，笔者对IDD患者手术切除的HIZ间盘组织进行了TNF-α免疫组化观察和TNF-α表达量检测，以进一步明确HIZ、TNF-α的相关性和HIZ在诊断IDD的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 符合标准的IDD患者共38例，其中男21例，女17例；年龄29～64岁，平均48.5岁。病程14周～13年，平均6.23年。所有入选病例均行腰椎MRI检查，由两个非实验组高年资医师对腰椎MRI影像按照Pfirrmann分级标准分析判定间盘退变影像级别。

1.2 IDD诊断标准 IDD诊断标准如下：（1）腰、臀部及大腿疼痛，不伴有明显的神经根压迫症状；（2）症状反复迁延不愈；（3）内科保守治疗3个月无疗效；（4）影像学检查无明显神经根受压；（5）MRI表现单节段后部出现高信号区。（6）间盘造影疼痛诱发试验阳性。

1.3 IDD病例排除标准 除外脊柱创伤性骨折、病理性骨折、化脓性脊柱炎、脊柱结核、腰椎间盘突出症，腰椎管狭窄症及椎间盘炎及其他免疫性脊柱关节病如强直性脊柱炎、反应性关节炎等疾病。

1.4 VAS评分分组 根据美国NIH制定的临床疼痛的测定视觉模拟标尺法（VAS）对腰痛进行评分，38例IDD腰痛患者根据VAS评分结果分为三组：11例VAS评分为1～3分者归入轻度疼痛A组，10例4～6分为中度疼痛B组，17例7～10分者为重度疼痛C组。

1.5 腰椎MRI检查 西门子1.5T磁共振成像仪行腰椎MRI检查。HIZ的评定标准：T2WI高信号局限于后侧纤维环内部，且比髓核的信号略高[4]。

1.6 间盘信号强度测量及分组 利用磁共振内置的测量软件，测量T2WI正中矢状面图像间盘的信号强度，测量3次，取其平均值。按照Pfirrmann分级标准分组，设定Pfirrmann Ⅲ级为D组，Ⅳ级设为F组。

1.7 间盘组织TNF-α免疫组化染色观察和表达量检测 选择纤维环后方出现HIZ且内科治疗无效的IDD病例行腰椎前路椎间融合术，术中收集HIZ和非HIZ的间盘组织。将标本研磨成匀浆，加5 mL 0.1 mol pH7.4磷酸盐缓冲液，3000 r/min

离心3 min，采用双抗体夹心ABC-ELISA法检测上清液TNF-α含量（试剂盒购自北京中杉金桥）。同时将标本经10%甲醛固定，常规石蜡包埋切片，HE染色后光镜下观察形态学特点。TNF-α免疫组化SP法步骤简述如下：切片脱蜡至水、热抗原修复，PBS洗3次，5 min/次，滴加1%BSA封闭非特异性抗原位点，室温20 min，滴加鼠抗TNF-α抗体（北京中杉金桥），室温孵育1 h，PBS洗3次，5 min/次，滴加生物素标记的羊抗鼠IgG（1：200，北京中杉金桥），室温静置孵育30 min；PBS洗3次。5 min/次，DAB显色，苏木精复染，镜检，以细胞质内出现棕黄色信号为阳性。

1.8 统计学处理 使用SPSS 10.0软件进行统计学分析。结果以（x±s）表示。椎间盘信号改变与年龄、VSA评分及TNF-α表达量、HIZ TNF-α表达量与腰椎间盘退变程度之间的相关性采用直线相关分析；对不同组别TNF-α表达量及间盘信号改变采用t检验。以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 间盘信号改变与患者年龄、性别、VAS评分及TNF-α表达量之间的相关性 IDD患者典型MRI HIZ信号参见图1。统计学分析结果表明，间盘信号改变与性别无明显相关性（P>0.05），但间盘T2WI信号与IDD患者年龄间存在直线回归关系，R值为-0.6111，P<0.05，说明信号与年龄之间线性依存程度高，呈负相关关系，表明随着年龄的增长，信号逐渐降低。进一步分析表明，T2WI间盘信号与TNF-α表达量呈负相关（R=0.8710，P<0.001）；当腰痛加重即VAS评分增高时，间盘信号明显减弱，表明间盘信号与VAS评分负相关（R=-0.9135，P<0.001），见表1。

2.2 不同疼痛组间间盘信号和TNF-α表达量的关系 随着疼痛症状加重，间盘信号逐渐减弱。统计结果表明正常组与A组、B组和C组间盘信号比较，信号强度逐渐降低，组间比较差异有统计学意义（P<0.05），提示患者随着腰痛症状逐渐加重及VAS评分增加，间盘信号逐渐降低，也意味着腰痛症状的严重程度与椎间盘信号降低程度相关，见表2。另外，随着间盘内信号的改变，局部TNF-α表达也出现相应的变化，其表达量与间盘退变程度正相关。统计学分析结果表明D组、F组及对照组间比较差异均有统计学意义（P<0.05）。提示随着间盘内信号降低其TNF-α表达量明显增高，见表3。

*与对照组比较，P<0.05；△与C组比较，P<0.05；#与B组比较，P<0.05

2.3 HIZ组和非HIZ组间盘组织TNF-α表达量分析 从表4可以看出，HIZ组TNF-α表达量及间盘信号改变较非HIZ组和对照组比较差异有统计学意义（P<0.05）；病理学观察示HIZ局部炎性反应明显，免疫组化结果显示TNF-α染色阳性，而对照组和非HIZ组TNF-α免疫染色弱阳性，HIZ组TNF-α表达程度明显强于非HIZ组和对照组（P<0.05），见表4。说明椎间盘破裂后，血管、肉芽组织和软骨样细胞爬行渗透增生明显，见图2。

*与对照组比较，P<0.05；△与F组比较，P<0.05

*与对照组比较，P<0.05；△与非HIZ组比较，P<0.05

注：A：典型HIZ区组织学改变HE×200；B：非HIZ区间盘组织TNF-α免疫组化染色呈弱阳性SP×200；C：对照组间盘TNF-α免疫组化染色弱阳性SP×200；D：HIZ区TNF-α免疫组化染色强阳性SP×200

3 讨论

研究证实突出的椎间盘和退变椎间盘中有大量的炎性因子TNF-α，IL-1、IL-6、磷脂酶A2表达，炎性因子释放是腰痛产生的重要原因。IDD作为一种椎间盘源性疾患，近年来逐渐被人们所认识和重视，但IDD腰痛的病理机制一直不是十分明确。研究认为退变的人间盘组织可自动分泌大量的促炎症反应介质。因此，炎症介质表达增加与IDD的发病密切相关[5]。Burke等[6]研究发现椎间盘源性腰痛的病理基础是在病变间盘内积累了大量的炎症介质，这些炎性介质作用于窦椎神经末端的伤害感受器而引起腰痛。也有研究认为产生疼痛的退变椎间盘终板内、髓核、纤维环内比单纯退变椎间盘有更多的伤害感受器末梢[7]。本文研究结果显示，IDD患者间盘组织TNF-α表达量明显高于对照组，而且其增高的程度与患者根性疼痛的程度即VAS评分明显相关（R=0.8453）。因此笔者认为，椎间盘组织中TNF-α介导的炎症反应在IDD疼痛的发生中起重要作用，进一步证实了IDD腰间盘组织的炎症反应在疼痛机制中的作用。有研究表明，椎间盘破裂的程度和由椎间盘造影术所激惹再现的疼痛之间存在极好的相关性[8]。赵凤东等[9]发现终板Modic退变分级与椎间盘退变pear分级密切相关，并与椎间盘造影疼痛诱发试验有关联性。本文研究表明Pfirrmann Ⅲ级D组、F组及对照组间比较差异有显著性并与TNF-α表达量存在线性关系（P<0.05），说明纤维环内破裂的程度越严重其后缘HIZ TNF-α表达量明显增高。随着年龄的增长，椎间盘正常老化也可能出现低信号。本试验的病例也证实椎间盘信号的降低与年龄是呈负相关的，R值为-0.6111，差异有统计学意义（P<0.05），提示信号改变与年龄之间线性依存程度高，存在明显负相关关系。

IDD是一个症状性诊断，临床确诊较困难。椎间盘造影是诊断IDD的基础，但其创伤大和感染危险高，因此椎间盘造影在临床上的应用受到一定的限制。MRI T2WI正中矢状面椎体后缘HIZ代表了椎间盘纤维环的破裂[10]。本实验研究中组织学观察显示，HIZ间盘组织表现为血管化肉芽组织，说明椎间盘破裂后，血管、肉芽组织和软骨样细胞爬行渗透增生表现出局部炎性反应，这也是T2WI出现HIZ的病理实质。国内外学者据此进行诊断并开展相关研究，进一步证实了HIZ在临床诊断中的应用价值[11-13]。Horton等[14]研究表明单节段间盘信号减低及后纤维环HIZ可以说明该间盘为致痛间盘不必行椎间盘造影。研究证实后缘HIZ与椎间盘源性腰痛存在显著的相关性[15]。本研究HIZ组、非HIZ组和对照组组间间盘信号比较差异有统计学意义意义（P<0.05）。说明HIZ可能是一个有价值的疼痛破裂椎间盘的标志，也就说明HIZ可能是IDD重要影像学标志。因此，HIZ可作为IDD的诊断征像，可作为IDD诊断筛选方法。

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（收稿日期：2013-10-30） （本文编辑：黄新珍）

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