腰椎间盘退变的免疫学研究

陈伯华　相宏飞　邱晨生

[摘要]椎间盘退变是引起腰背痛的主要原因之一，给病人带来巨大痛苦。细胞因子在椎间盘退变的过程中发挥极其重要作用，引起椎间盘免疫状态改变。本期骨科学专题的相关研究就白细胞介素`-18（IL`-18）、白细胞介素`-6（IL`-6）、超敏C反应蛋白（hs`-CRP）、基质细胞衍生因子`-1（SDF`-1）、细胞周期D1型结合蛋白1（CCNDBP1）、70 kDa热休克蛋白8（HSPA8）等细胞因子与椎间盘退变的关系展开讨论，以期更加深入了解椎间盘退变的分子生物学机制及对椎间盘免疫的影响。

[关键词]椎间盘退行性变;腰腿痛;趋化因子CXCL12;细胞周期D1型结合蛋白1;HSP70热休克蛋白质类;述评

腰背痛现已成为世界上最为常见且严重的疾病之一，给病人乃至整个社会带来巨大负担。85%以上的人群一生中发生过腰背痛。腰椎间盘退变是引起腰背痛的主要原因之一，小于30岁的群体中有40%个体存在椎间盘退变，而在大于50岁的群体中这一比例提高到了90%。椎间盘退变多开始于20～30岁，最年轻的椎间盘退变发生在2周岁。腰椎间盘退变中出现髓核细胞变性、坏死，细胞外基质分解，髓核组织发生纤维环黏液变性、破裂，软骨终板变薄、破裂等病理变化，最终由增生的结缔组织取代，进而导致盘源性腰痛、腰椎间盘突出、腰椎管狭窄，以及腰椎退行性滑脱等脊柱退行性疾患的发生和发展。引起椎间盘退变的因素是多样且复杂的，主要涉及衰老、遗传、生物力学、自身免疫、毒物、低度感染、营养、代谢性疾病、性别等复杂因素。随着分子生物学的不断发展，我们对椎间盘退变中的细胞表型、基因表达、信号转导通路等方面的变化有了更深入的了解，并进行了退变椎间盘基因治疗的研究，为进一步诊断、治疗椎间盘退变相关性疾病提供了科学的理论依据和可靠的研究基础。

蛋白质是生物功能的最终执行者，检测蛋白质在不同条件下的变化情况，对疾病的病理生理学研究具有重要的价值。同时，免疫学研究对椎间盘退变与疼痛的发生发展也提供了一个方向。本期骨科学专题的相关研究，重点探讨了椎间盘退变的免疫学假说与相关因素。

《腰椎间盘退变病人炎症因子水平变化及其临床意义》的研究，采用酶联免疫吸附法对研究对象血清中的白细胞介素`-18（IL`-18）、白细胞介素`-6（IL`-6）、超敏C反应蛋白（hs`-CRP）、基质细胞衍生因子`-1（SDF`-1）进行了检测，上述4种炎症因子在椎间盘退变组明显升高。SDF`-1又称前B细胞增长刺激因子，是一类新发现的趋化因子家族成员，对骨髓细胞趋化活性较高。正常椎间盘中的基质金属蛋白酶以无活性酶原形式分泌，SDF`-1在低氧的情况下可诱导基质细胞持续分泌并促进基质金属蛋白酶的激活，间接促进椎间盘细胞外基质的降解，使Ⅱ型胶原和蛋白多糖减少，导致或加重椎间盘退变以及相應的组织病变。SDF`-1水平可反映椎间盘病变程度，灵敏度高。椎间盘退变病人相关血清炎症因子水平与SDF`-1水平呈正相关。SDF`-1水平与椎间盘退变病人的自身免疫反应程度密切相关。检测相关血清炎症因子水平与SDF`-1水平有助于判断椎间盘退变病情严重程度和治疗效果。因此，椎间盘退变病人的血清炎症因子水平较高，且与SDF`-1水平密切相关，可作为临床监测的指标之一，有助于椎间盘退行性疾病的深入研究。

《不同年龄腰突出椎间盘组织CCNDBP1表达及意义》的研究，则以年龄段为分组，从细胞、基因、蛋白水平研究了细胞周期D1型结合蛋白1（CCNDBP1）在退变椎间盘中的表达情况，探讨在椎间盘退变中CCNDBP1表达与衰老因素的相关性。CCNDBP1是白细胞特异性接头蛋白，在免疫系统细胞信号机制和转录调控肝脏特异性基因的突变机制中起作用。CCNDBP1在正常椎间盘表达明显高于退变椎间盘组织，证明CCNDBP1可能与抑制细胞凋亡，促进细胞的分化和增殖有关。目前，CCNDBP1的研究多集中在肿瘤领域，在椎间盘中研究报道较少。该文通过苏木精`-伊红染色和免疫组化染色发现退变椎间盘组织细胞量明显减少，细胞形态不规则，随年龄的增大细胞数量越少，证明CCNDBP1可能参与细胞的增殖过程。同时，在蛋白、基因和细胞水平研究发现，CCNDBP1在不同年龄阶段腰突出椎间盘组织中的均有表达，且随年龄增加其表达量逐渐减少，从而推断CCNDBP1可能通过参与免疫反应、抑制椎间盘细胞凋亡、促进椎间盘细胞分化与增殖的途径延缓椎间盘退变，然而其作用机制尚需进一步研究。

《腰椎间盘髓核组织HSPA8表达及对退变程度影响》的研究结果表明，70 kDa热休克蛋白8（HSPA8）含量随着人类腰椎间盘退变程度加重而逐渐降低。该研究结果有助于判定椎间盘退变严重程度和治疗效果，为临床提供了潜在治疗靶点。热休克蛋白（HSP）是一种能够在细胞核和细胞质之间穿梭的多功能蛋白，是原核生物和真核细胞生物在细胞内蛋白质折叠、组装和易位过程中所伴随的。热休克同源蛋白71 （HSC71）属于HSP70家族，一直存在于细胞质中。HSPs是由热、炎症递质和生理应激诱导的，在促进大多数细胞蛋白的合成和折叠、分布和降解以及受损蛋白的再生或清除等方面均具有重要作用。HSPA8在腰椎间盘退变性疾病发生与进展中起着重要作用。HSPA8的表达量随着腰椎间盘退变程度的加重而减少，HSPA8蛋白在正常组、突出组、脱出组、游离组腰椎间盘髓核组织表达分别呈强阳性、阳性、弱阳性、弱阳性或阴性表达。从而证实HSPA8与人类腰椎间盘退变相关。因此，HSPA8可作为推测腰椎间盘退变严重程度的指标之一。但是，调节HSPA8变化机制与信号通路尚有待进一步的深入研究。

椎间盘是一种免疫豁免器官，是人体中最大的无血管区组织，也是人体中最早出现退变的组织器官。这种特殊解剖结构决定了椎间盘组织生理和病理情况下的特异性。研究生理状态下和病理状态下椎间盘组织及其他体液中蛋白的差异表达，对探求椎间盘退变的发病机制及诊疗方法都有意义。然而，一方面人椎间盘样本来源困难，尤其是正常组织样本。以往多采用脊柱爆裂骨折、特发性脊柱侧弯手术病人椎间盘组织作为正常样本，但越来越多研究表明，上述疾病的椎间盘组织亦已发生病理生理学变化并伴随椎间盘内蛋白质成分的改变，很大程度上制约了实验研究准确性。另一方面，椎间盘退变是一个多因素影响的复杂过程，目前研究大多关注于有限而单一的几种蛋白，不能从整体水平上系统地认识椎间盘的生物学特性，且缺乏相关机制的研究。随着分子生物学技术不断发展，尤其是基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学的深入研究，相信可更全面更深入地了解椎间盘退变机制和各因素之间交互作用，为临床诊治该病提供理论基础。