炎症在椎间盘退行性病变中的研究

康玉南　刘华水

【关键词】 椎间盘退行性病变；炎症

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.12.096

椎间盘退行性病变的过程包含了一系列的级联反应， 包括：结构性破坏事件；中枢性椎间盘内的细胞营养物质供应正常下降；随后产生的细胞废弃物的逐渐积累和细胞外基质分子的逐渐降解[1-4]。这些事件使得椎间盘内的微环境逐渐呈酸性， 从而进一步危害到细胞的生存能力。在退行性椎间盘病变中， 不同的原因对退行性椎间盘病变起到了促进作用， 例如终板的钙化现象可导致正常的营养供应路线遭到破坏， 过度的机械性负荷、患者遗传易感性、不健康的生活习惯、组织衰老和脊椎感染都可以促进退行性椎间盘病变的发展。假设不考虑这些原因， 炎症也可作为椎间盘退行性病变中无所不在的参与者， 并且炎症与腰背痛之间的联系是非常清楚的。但是炎症是否触发免疫细胞产生聚集反应至椎间盘并且免疫细胞是否与炎症反应相关， 还未有明确的结论。

一个关于椎间盘炎症反应的假设为椎间盘炎症其依赖于外源性因素， 例如结晶体和细胞外基质（ECM）分解产物， 二者能够诱导炎症反应， 并焦磷酸钙的结晶沉积物， 具有镁磷钙结石特征的立方体微观结构和羟基磷灰石在退行性的椎间盘标本中已经被观察到[5-9]。在关节软骨中， 结晶区域表明胶原蛋白、钙结合蛋白、核心蛋白聚糖和大分子蛋白聚糖的含量与数量发生改变， 并且发生不正常的细胞外基质降解。在关节和细胞外周组织表现的结晶吞噬作用能够触发NOD样受体家族炎症复合体的激活， 这个细胞质多分子蛋白复合物可调节半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）的活性和成熟， 并且可调节白介素（IL）-1β的释放， IL-1β在退行性的椎间盘中被发现普遍存在[1， 10]。

在组织功能障碍或损伤中生成的细胞外基质分解产物可以促进炎症反应， 这已经在不同的模型中得到证明， 椎间盘大部分由细胞外基质分子组成， 包括胶原蛋白、蛋白聚糖类和其他的基质蛋白类， 其可以被区域性的激酶类持续性地合成和降解， 来维持动态平衡[11-14]。然而当失衡发生之后， 降解产物可能触发炎症反应。例如在体外研究中发现纤维蛋白碎片缓解金属蛋白酶抑制作用， 可以促进单核细胞迁移。这种现象很容易使单核细胞进入炎症区域。层粘连蛋白的碎片， Ⅳ型胶原蛋白和纤维蛋白也能够调节在其他系统中的炎症细胞浸润和增殖。在软骨移植培养物中， 纤维调节素碎片在白介素-1（IL-1）刺激后被生成。在不同的体外研究中， 来源于弹性蛋白、层粘连蛋白以及Ⅰ型和Ⅳ型胶原蛋白的产物、纤维连接蛋白、巢蛋白、凝血酶敏感蛋白和透明质酸的碎片也可以诱导蛋白酶和细胞因子产生， 而不依赖于它们的趋化活性[15-18]。似乎碎片释放开始引起和加速局部的炎症反应， 许多这样的碎片（来源于双糖链蛋白聚糖、纤维连接蛋白、透明质酸）通过在其他模型系统中的toll样受体2和/或TLR4发出信号， TLR4非常特别， 为模式识别受体可参与先天性免疫反应， 在炎症性退行性病变中涉及到。在人类的椎间盘细胞中， 透明质酸碎片可导致炎症性和分解代谢基因IL-1β、白介素-6（IL-6）、白介素-8（IL-8）、环加氧酶-2， 基质金属蛋白酶-1和基质金属蛋白酶-13的mRNA表达水平的增加。然而当IL-6产生却依赖于TLR2而不依赖于TLR4。应当注意的是， 低分子量的分子和高分子量的分子具有不同的作用， 甚至有可能通过同样的通路。例如高分子量分子：透明质酸糖胺多糖可保护上皮细胞来对抗激通过NF-κB激活的凋亡前刺激， 以TLR依赖性方式。低分子量分子降解产物能够诱导炎症， 通过NF-κB/IκBa复合物的激活， 促进巨噬细胞介导的IL-1β和肿瘤坏死因子α的生成。由于它们的双重角色并且因为许多蛋白酶和许多种碎片可同时释放， 因此很难评估ECM蛋白在免疫系統内的全面作用。这种困难被体内数据的缺损而恶化， 由于来检测碎片和免疫细胞的技术的局限性， 因为这些碎片很多都是低浓度和短暂性的[2]。

许多研究表明椎间盘退行性病变可以内源性生成， 包括炎症样蛋白[1， 6]。尤其特别的是， 在体外研究中已经证明椎间盘细胞能够吞噬颗粒和细胞凋亡小体。依次来说人类外科手术中的非突出性髓核样本表现出大量的固有性CD68+细胞[9， 13]。进一步而言， 最近的一项关于人类髓核细胞的细胞因子或趋化因子表达谱分析已经具有清晰的证据， 即髓核细胞或至少髓核细胞之中的某些细胞为特异性炎症相关性分子的生产者， 甚至在最基本的条件下（非退变性髓核）。而且浸润的白细胞：CD11b-阳性细胞在脱出的椎间盘中被发现。在脱出的椎间盘中， 髓核细胞被推测具有完整性且从许多的免疫细胞的血管源头中独立分离。这些细胞是否能够为驻留型巨噬细胞或巨噬细胞样细胞， 这个问题还仍然存在。同时多向性细胞因子和炎症趋化因子具有三种作用方式：①刺激其他炎性介质的生成和基质金属蛋白酶的生成。②加强基质退化。③招募炎症性细胞并激活吞噬作用。总的来说这些作用会促进椎间盘退行性病变的疾病进程发展。应当注意的是， 过分的机械负荷已经证明通过蛋白酶的激活可以改变细胞外基质的性质并且促进炎症的发展， 促成椎间盘退行性病变。除了体外研究之外， 牛尾侧椎间盘的器官培养已经证明压力可以诱导凋亡、产生炎症介质和改变基质的完整性导致疾病的进展。在比较严重的变形阶段， 本来含有的很明显的封闭性髓核细胞， 具有免疫赦免性， 开始暴露于免疫细胞， 开始对炎症刺激产生反应。可以起源于新的形成的血管， 侵入病理性裂缝， 并且在纤维环中发现裂缝， 伴随着血管形成的容易受到伤害的神经纤维内向生长也被认为是椎间盘疼痛的起源， 可加速地促进腰痛的产生。

实际上， 虽然对于局灶性损伤和炎症有可能形成的地点为椎体的终板末端和纤维环， 因为这是椎间盘中唯一可以形成血管的位点。髓核细胞能够吸引白细胞并且增加血管通透性， 当皮下植入物时。在脱出的椎间盘中的某些细胞因子和基质金属蛋白酶的表达可能会增加， 因为当暴露时被免疫细胞认为是非自身者。这可能与自发性消退或脱出的椎间盘碎皮消失现象有关， 其可归因于通过招募/浸润巨噬细胞产生的基质降解和吞噬作用。在跨韧带挤压的病例中， 当髓核细胞可能更多地暴露于免疫细胞时， 复原可能发生。进一步说， 皮下移植的髓核细胞的生存率在具有免疫障碍性的NOD小鼠中会很高， 并且小鼠的巨噬细胞和自然杀伤（NK）细胞可溶解自体性髓核细胞， 在体外研究中， 表明免疫细胞群体对髓核细胞组织具有反应[3]。

总之， 炎症在椎间盘退行性病变中起着非常重要的作用， 需要进行持续的研究。

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[收稿日期：2017-01-17]