不同类型脊柱侧凸的椎旁肌病理改变研究进展

李君禹，张 蕊，郑丹枫*，张英爽，于 淼*

（1.北京大学第三医院，北京 100191；2.北京大学医学部，北京 100191）

脊柱侧凸是脊柱的多个节段椎体旋转并伴有侧向弯曲的三维畸形。目前根据病因可分为特发性脊柱侧凸、先天性脊柱侧凸、神经肌肉型脊柱侧凸、退变性脊柱侧凸等类型。椎旁肌的病变在脊柱侧凸的病因学研究中一直具有重要意义，并且不同类型脊柱侧凸的椎旁肌病理学改变有所异同。现就其中主要几类脊柱侧凸综述如下：

1 特发性脊柱侧凸

特发性脊柱侧凸是脊柱侧凸中最常见的类型，在青少年人群中发病率为2%～3%［1］，患者存在脊柱侧凸及椎体的旋转畸形，而无任何先天性脊柱异常或合并神经肌肉疾病，其病因不明，常于青少年时期发病，也称为青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）［2］。国内外学者从骨骼发育、激素、代谢、神经肌肉异常、遗传和表观遗传因素等方面对其病因展开研究并提出诸多观点，但尚无定论［3，4］。其中，椎旁肌作为人体躯干姿势反射的效应器官，其病理异常一直是研究的重要方向［5］。

与正常人相比，AIS患者两侧的椎旁肌中均可见肌肉萎缩、坏死、变性、线粒体增生、肌梭密度减低等病理改变［6］，有些患者伴有肌丝断裂、肌膜下糖原、脂质及线粒体聚集等超微结构的异常［7］。同时，将AIS患者凸凹两侧椎旁肌相比较后发现，凸侧的肌肉体积和横截面积大于凹侧，而凹侧的纤维化和脂肪浸润率显著高于凸侧，这种差异在侧凸不同节段有所不同，顶椎处最明显，并且与Cobb角正相关［8，9］。此外，凹侧胶原表达明显增强且分布紊乱，推测与凹侧椎旁肌废用萎缩有关，并且由于胶原纤维的牵拉限制作用，常会影响患者的矫正效果［10］。肌纤维类型方面，由于凸侧椎旁肌长期处于紧张状态，故其肌丝排列密集，线粒体丰富，有氧代谢活跃，耐劳型的Ⅰ型肌纤维明显多于凹侧，并且可有Ⅰ型肌纤维群组化现象，而凹侧则以易疲劳的II型肌纤维增加为主，并随侧凸畸形的严重程度而加重［5］。另外，有研究者认为，局灶性纤维化可能是AIS特有的病理改变，尤其在凹侧更加明显［11，12］，并且这种改变与原发性肌病，如Ullrich先天性肌营养不良和杜氏肌营养不良（DMD）的纤维化明显不同［11］。推测这种局灶性纤维化直接影响了双侧椎旁肌的应力平衡，可能产生并加重了侧凸［11］。神经肌电活动方面，将椎旁肌标本神经镀银染色后发现，凸侧与凹侧的运动终板变化也有所不同，凸侧以T1型终板为主，分支多，传导率高，神经终末支配率（terminal innervation ratio,TIR）较大，并出现新生终板；而凹侧则以T0型终板为主，并出现退变终板，这一结果与凸侧肌电活跃吻合，表明凸侧椎旁肌处于一种负荷锻炼后的改建过程中［6，13］。另外，两侧微量元素的含量差异也被多位研究者观察到，凸侧铁含量较高，凹侧则以钙镁含量较高，推测为两侧椎旁肌做功不同的适应性改变［6］。

当前，对AIS椎旁肌病理改变的研究已经深入到分子水平，Acaroglu等［14］通过酶联免疫吸附剂分析，发现钙调蛋白（calmodulin）在椎旁肌中分布不对称，凸侧明显高于凹侧，这可能会影响肌肉的收缩性。邱勇等［15］采用逆转录定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）对AIS患者椎旁肌中褪黑素受体进行检测，结果发现褪黑素受体2（MT2）在凹侧表达高于凸侧。雌激素受体（ER）和神经生长因子（NGF）在AIS患者两侧椎旁肌中的不对称分布也有报道［16，17］。推测上述分子的不对称分布可能参与了AIS的发生和发展过程，但是确切机制仍未阐明。Sheng等［18］对 AIS患者椎旁肌中的 fibrillin-1（FBN1）和fibrillin-2（FBN2）检测发现，AIS患者FBN1 mRNA表达水平显著降低，并且与患者侧凸的严重程度显著相关。此外，椎旁肌细胞内外H19、ADIPOQ mRNA、转化生长因子β（TGF-β）及其受体等分子变化也逐渐成为AIS病因探索的重要靶点［19，20］。

2 先天性脊柱侧凸

先天性脊柱侧凸（congenital scoliosis,CS）系妊娠第4～6周脊柱发育异常所致的畸形，出生即可存在脊柱弯曲，其病因复杂，目前尚不确定，临床上可分为椎体形成障碍（Ⅰ型）、椎体分节不良（Ⅱ型）和混合型（Ⅲ型）［21］。

CS患者椎旁肌的病理变化为脊柱侧凸的继发改变。一方面，类似AIS，CS患者两侧椎旁肌对比仍然可以发现：凸侧Ⅰ型肌纤维含量较多、横截面积较大，且存在比AIS更明显的Ⅰ型肌纤维群组化现象，并与侧凸的严重性呈正相关［22］。凸侧椎旁肌的梭内肌纤维数目及平均横截面积显著大于凹侧，而凹侧脂肪浸润程度较大［22］。这些表现也从侧面提示，AIS患者中相对应的病理变化可能系脊柱侧凸的继发改变。另一方面，CS也有不同于AIS之处：在肌肉组织纤维化方面，CS患者椎旁肌纤维化表现为弥漫性，同时伴有显著的肌纤维走行紊乱；AIS则多表现为局灶性纤维化，肌细胞无明显炎症坏死反应，而由纤维母细胞直接增殖伴纤维化。在神经终板方面，虽然CS组与AIS组表现类似，但在CS组中，凸侧的T1型终板更多，TIR值更高，凹侧的T0型终板也比AIS组的多，主要是CS组病程更长，Cobb角更大所致［23］。值得注意的是，CS侧凸节段的脊髓及神经根常受到不同程度的影响，肌电图检查发现，CS患儿的椎旁肌有失神经支配现象，说明椎骨的发育畸形已对脊髓神经支配造成损伤［23］。

分子病理学方面，与AIS相似，CS患者椎旁肌凹侧的褪黑素受体2（MT2）表达高于凸侧，而胰岛素样生长因子-1受体（IGF-lR）和生长激素受体（GHR）的表达量则明显低于凸侧，提示双侧椎旁肌中上述分子的差异表达可能继发于脊柱畸形［15］。不过，在表观遗传因素H19和ADIPOQ的表达方面，CS组和AIS组存在不同。H19作为一种长链非编码RNA，与骨骼肌的分化、再生和肌细胞内葡萄糖代谢调节相关；H19通过编码miR-675-5p调控ADI⁃POQ的表达。Jiang等［19］通过RNA-seq对5例AIS患者的5对椎旁肌检测发现：H19和ADIPOQ mRNA在两侧椎旁肌中呈现显著表达差异，凹侧肌肉中H19的较低表达和ADIPOQ mRNA的较高表达与侧凸严重程度和起始年龄呈正相关；而在CS患者两侧椎旁肌中，这两个分子并没有显著表达差异。这一研究结果也提示AIS患者的椎旁肌变化不完全是继发于脊柱侧凸，可能作为原发因素参与发病。

3 神经肌肉型脊柱侧凸

神经肌肉型脊柱侧凸（neuromuscular scoliosis,NS）系神经肌肉方面疾病导致肌肉力量不平衡所致，这些疾病可发生于大脑、脊髓、周围神经、神经-肌肉接头和肌肉等部位，脊柱侧凸的发生率为25%～100%不等，取决于潜在的疾病类型［24］。与AIS相比，神经肌肉型脊柱侧凸发病早，进展迅速，在骨骼成熟后仍可继续发展［25］。90%的病例可累及8个以上的椎体，常合并骨盆倾斜和全身性的肌肉功能障碍［26］。由于神经肌肉病变为原发性改变，故此类型脊柱侧凸常需要借助肌电图和肌肉活检以帮助确诊。不同类型神经肌肉疾病所致的脊柱侧凸常有各自典型的椎旁肌病理改变。

中央轴空病（central core disease,CCD）是最为常见的一类可引起脊柱侧凸并发症的神经肌肉病，对此类患者的椎旁肌活检标本进行线粒体酶染色和糖原染色后，在肌细胞中央常出现淡染区，即“轴空现象”［27］，其中部分患者RYR1基因突变，易出现恶性高热，后者可能增加脊柱侧凸矫正手术风险，需进行鉴别诊断［28］。还有一类与能量代谢相关的基因异常造成肌肉病变同时引起脊柱侧凸，如近年来发现，SEPN1相关肌病（SEPN1-related myopathy），这种常染色体隐性遗传肌病出现SEPN1基因突变，影响内质网钙离子转运，从而引起骨骼肌的内质网-线粒体衔接功能异常，造成患者力弱、脊柱侧凸、甚至致命的呼吸衰竭，骨骼肌可出现病理性胰岛素抵抗［29］。杜式肌营养不良（Duchenne muscular dystrophy,DMD）因X连锁遗传的DYS基因突变致病，导致抗肌萎缩蛋白（dystrophin）明显减少甚至缺失，患者的椎旁肌可存在严重的脂肪变性以及明显的肌肉组织以及肌周围血管硬化［30］。Ullrich先天性肌营养不良（Ullrich congenital muscular dystrophy,UCMD）患者肌肉活检可发现细胞外基质中胶原蛋白VI（COL6）明显缺乏［31］；脊髓型肌萎缩（spinal muscular atrophy,SMA）患者椎旁肌则具有失神经和神经再支配的病理现象，不同亚型的SMA还可伴有细胞色素酶（COX）染色缺失、线粒体DNA缺乏等线粒体发生受损的形态学和分子改变特征，而肌肉生成相关的调节因子，如成肌细胞决定因子1（myoblast determina⁃tion 1,MYOD）、肌细胞生成素（myogenin,MYOG）等与肌细胞分化、成熟相关的基因表达均有不同程度上调［32］；肌小管肌病（myotubular myopathy） 以MTM1基因突变为特征，其椎旁肌则以存在营养不良且中央核相对较大的肌纤维为主要组织病理学特征。

不过值得注意的是，在某些诊断为青少年特发性脊柱侧凸（AIS）的患者椎旁肌活检中，常存在神经肌肉型脊柱侧凸的特有病理改变。Luciano等［33］对两例先前诊断为AIS的患者术中进行椎旁肌病理活检，发现其椎旁肌中存在中央核肌病（core myopathy）的病理表现，然而患者唯一的临床表现为脊柱侧凸，并未出现肢体肌力降低、呼吸肌功能受限等中央核肌病的典型表现。类似地，Wajchenberg［9］、吴士文等［34］也分别在先前诊断为AIS患者的椎旁肌中发现“中央轴空”的病理改变，以及存在先天性肌纤维类型不均（congenital fiber type disproportion,CFTD）和伴均一1型肌纤维的先天性肌病（congenital neuromuscular dis⁃ease with uniform type1 fiber,CNMDU1）的病理依据，但患者并没有上述神经肌肉病的典型临床表现。另外，笔者也曾报道一例原先诊断为“先天性脊柱侧凸（CS）”的患者，对其椎旁肌活检发现，胶原蛋白Ⅵ（COL6）明显缺失，进一步基因检测提示COL6基因突变，但患者仅有脊柱侧凸表现，明显不同于Beth⁃lem和Ullrich肌病，推测椎旁肌的这一病变可能影响了脊柱的早期正常发育［35］。

4 小结与展望

不同类型的脊柱侧凸，椎旁肌的病理改变有所差异。青少年特发性脊柱侧凸（AIS）和先天性脊柱侧凸（CS）的椎旁肌病理变化较为相似，但是CS由于病程更长，侧凸更严重，故椎旁肌病理变化更为明显。虽然目前多数研究者倾向于认为AIS和CS的椎旁肌病理改变均继发于脊柱侧凸畸形，但是椎旁肌的局灶性纤维化、以及H19与ADIPOQ在椎旁肌凸凹两侧的表达差异却属于AIS患者独有的病理变化，这些研究结果提示，AIS的椎旁肌病变不全是继发改变，也可能是脊柱侧凸的原发始动因素。

神经肌肉型脊柱侧凸的椎旁肌病理变化属于肌肉原发性病变，不同类型的神经肌肉病常有各自典型的椎旁肌病理表现。然而，目前临床上存在某些不典型的神经肌肉病，仅表现为脊柱侧凸，无外周神经肌肉症状。上述临床资料提示，在目前诊断的AIS和CS患者中，可能存在一些特殊的神经肌肉病亚型，其病变仅累及椎旁肌肉，椎旁肌活检表现出与神经肌肉型侧凸相似的病理改变，使其对脊柱的牵拉丧失平衡从而造成侧凸。而该病变不累及外周肌群，故没有类似于此类神经肌肉病那样显著的四肢肌无力表现。这类患者的存在一方面为AIS的病因学研究提供了不同的视角，另一方面，从精准医学发展角度看，可将这类患者从AIS诊断中单独分类研究，以便能更好地制定有针对性的治疗策略，如通过靶向逆转椎旁肌病变对这类患者实行非手术治疗。当前，已有研究证实了椎旁肌在脊柱侧凸治疗方面的价值。Wong等［36］发现麻痹椎旁肌对脊柱侧凸有明显的矫正作用；随着基于干细胞的再生医学的发展，位置相对较浅的椎旁肌也可能成为未来干细胞治疗AIS的理想靶点，通过对病变的椎旁肌进行改造重塑，或可部分逆转侧凸曲线［37］。

此外，对于某些比较隐匿的先天性神经肌肉疾病，临床上容易误诊,从而导致在畸形矫正术中忽略真正的原发病，如对于中央轴空病（CCD）伴脊柱侧凸患者，在手术麻醉过程中可能存在恶性高热风险［38］。因此，无论何种类型的脊柱侧凸，椎旁肌活检病理检查对于明确诊断、探寻病因、或是管理患者都具有重要意义。不过，患者的椎旁肌通常存在不同程度的萎缩，如何保证取材和病理切片、制片的质量；病理结果的判定，如何减少假阳性或者假阴性的发生；对其他正常肌肉活检以作为对照的伦理审核等诸多方面的问题，在后续开展相关研究时，也需要考虑和重视。