腰椎黄韧带肥厚相关炎症介质研究概述

欧华西 鲁齐林

退行性腰椎管狭窄症是我国中老年人群的常见疾病，纤维性与骨性病理因素是导致腰椎管狭窄且引起腰部神经根和马尾神经等相关症状的主要因素[1]。黄韧带、椎间盘两种纤维性因素尤其受研究者关注，其中黄韧带的特殊解剖结构涉及到腰椎中央椎管、椎间孔和神经根管三因素，因此腰椎黄韧带肥厚与腰椎管狭窄尤为相关[2]。正常的黄韧带组织是由少量成纤维细胞和大量细胞外基质组成，肥厚时出现成纤维细胞增殖、分化为分泌胶原的成纤维细胞，弹力纤维降解、胶原纤维增多，增生性胶原纤维紊乱，黄韧带增厚、弹性下降、脆性增加[3]。腰椎黄韧带肥厚实质上是结缔组织纤维化的病理过程，该纤维化过程中炎症反应在其中起重要作用[4]。本文就黄韧带肥厚相关炎症介质及其作用综述如下。

1 转化生长因子-β1

转化生长因子-β1(TGF-β1)是与腰椎黄韧带肥厚关系最为密切的因子之一。转化生长因子-β(TGF-β)是能影响细胞分化和生长过程的超家族，该超家族中包含许多亚型，在其众多亚型中与黄韧带肥厚关系最为密切的一种是TGF-β1[5]。TGF-β1是一种多效生物学细胞因子，包括成纤维细胞在内的多种细胞可分泌该因子。反之，TGF-β1也有改变成纤维细胞表型的能力，进而改变成纤维细胞的生长特性并降低成纤维细胞生长过程中的接触抑制效应，其不仅具有促细胞增殖作用，还有促进细胞外基质合成的效果，因为TGF-β1可促进多种组织肥厚，其与多种纤维化疾病关系密切，TGF-β1已成为黄韧带肥厚相关因子研究中最为热门的因子之一[6]。Park等[7]首次报道了TGF-β1在肥厚与正常黄韧带中的含量差异，并揭示了该因子与腰椎黄韧带纤维化肥厚之间的关系。后续研究也证实了该因子在黄韧带肥厚病理中的作用，鉴于其与黄韧带密切相关，研究者将黄韧带内TGF-β1的含量作为评估黄韧带肥厚进展的特异性指标[8]。TGF-β1促进黄韧带肥厚的具体机制在于其可诱导成纤维细胞向肌纤维细胞分化，肌成纤维母细胞表达α平滑肌肌动蛋白(αSMA)并通过产生Ⅰ及Ⅲ胶原来促进黄韧带组织的纤维化[9]。Hur等的研究也得出相似结论且进一步揭示：离体的黄韧带成纤维细胞，培养中增加TGF-β1的刺激后，呈现出成纤维细胞，明显分化及αSMA的强阳性表达，培养基中后续的胶原表达也显著增多[10]。因此，TGF-β1对黄韧带肥厚的作用在于促进成纤维细胞的分化增殖及胶原纤维的生成。Takeyuki Saito对黄韧带内TGF-β1的相关研究显示其主要来源在于该组织内炎性浸润的巨噬细胞和黄韧带成纤维细胞，在体外构建的巨噬细胞耗竭模型中发现TGF-β1的表达呈现明显的受抑制现象[11]。关于巨噬细胞在肥厚黄韧带内大量浸润的相关诱因主要有以下两种：早期以脊柱力学因素占主导，腰椎后柱负荷增加，导致黄韧带微损伤；后续的炎性反应趋化诱导了巨噬细胞组织内浸润等[11]。近年来代谢性的因素如瘦素、山梨醇、雌二醇在黄韧带内造成黄韧带内的巨噬细胞趋化聚集[12-14]。除巨噬细胞外，免疫组织化学染色实验揭示成纤维细胞也具有表达TGF-β1的功能，而且在成纤维细胞胞浆及胞核内都有分布[15]。

2 白细胞介素-1β

腰椎黄韧带中的白细胞介素-1β(IL-1β)主要对黄韧带的效应细胞产生作用，其次对细胞外的基质变性也具有一定影响。白细胞介素-1(IL-1)是一种由内皮细胞、成纤维细胞、单核细胞等细胞受刺激后产生的炎性因子。IL-1β能与免疫球蛋白超家族受体结合后进一步刺激细胞产生血小板生长因子与集落刺激因子，还能刺激细胞产生其他类炎症介质来参与免疫应答与组织损伤[16]。成纤维细胞是黄韧带的效应细胞，IL-1β参与黄韧带的肥厚病理过程主要是通过影响成纤维细胞数量及性质来引起黄韧带的纤维化。具体机制研究方面显示IL-1β可上调成纤维细胞环氧合酶-2(COX-2)的表达，诱导前列腺素E2(PGE2)的产生、参与炎症反应，参与腰椎黄韧带内微损伤后的瘢痕修复。此外，成纤维细胞可被IL-1β激活产生MMP-13来参与细胞外基质的代谢[17]。人体黄韧带胶原纤维主要由Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原组成，在离体黄韧带成纤维细胞的研究中发现IL-1β刺激成纤维细胞48 h后Ⅰ型胶原mRNA和蛋白表达均高于对照组[4]。此外，研究人员还发现IL-1β与TNF-α可以通过核易位方式激活MAPK和NF-κB信号通路，促进金属蛋白酶基因表达，在促进黄韧带基质变性方面发挥协同作用[18]。

3 白细胞介素-6

黄韧带主要是由成纤维细胞及细胞外基质构成，白细胞介素-6(IL-6)主要影响成纤维细胞的增殖及细胞外基质中胶原纤维的增生。白细胞介素-6(IL-6)可由巨噬细胞、成纤维细胞、B淋巴细胞等细胞分泌产生[19]。IL-6是慢性炎症中最为常见的炎症介质之一，结缔组织纤维化是一种慢性炎症，IL-6在该慢性炎症病理过程中的作用较为显著[20]。在结缔组织中IL-6可通过激活成纤维细胞和增加胶原蛋白表达诱导组织纤维化。黄韧带肥厚的病理过程是结缔组织纤维化的一种。IL-6在该组织内可影响黄韧带成纤维细胞的增殖、分化及细胞外的基质代谢[21]。在IL-6与人黄韧带组织关系的研究中，发现相对于促进成纤维细胞的增殖，IL-6在诱导黄韧带胶原蛋白过度表达方面的作用更为显著[22]。过表达的胶原蛋白增加了黄韧带基质内的胶原纤维构成比，此种蛋白构成的胶原纤维就会失去原始的致密规律的排列，紊乱错综的排列分布纤维逐渐导致黄韧带基质的性状改变。Park等[4]的研究揭示了血管生成素样蛋白2(Angptl2)在这一病理过程中的作用及其与IL-6的关系：Angptl2通过整合素a5b1/NF-κB信号通路促进IL-6的表达，IL-6一方面发挥促进黄韧带成纤维细胞的增殖作用，另一方面可上调胶原蛋白的表达。黄韧带肥厚的病理表现主要在于以下三个方面：1)成纤维细胞的增殖；2)细胞外基质胶原纤维的增生；3)弹力纤维的降解。IL-6主要影响其前两个方面，第三方面主要受黄韧带组织内基质金属蛋白酶的影响。

4 基质金属蛋白酶

基质金属蛋白酶(MMPs)对腰椎黄韧带的影响在于降解基质中的弹力纤维。基质金属蛋白酶是一类锌依赖性酶的超家族，其成员有降解或修饰细胞外基质中弹力纤维、微纤维和蛋白多糖等成分的作用[23]。腰椎黄韧带肥厚的病理改变中，基质金属蛋白酶对弹力纤维的降解过程起主要作用[24]。黄韧带的弹力纤维核心区存在有许多微纤维，其在弹力纤维的结构中的地位较为特殊。弹力纤维形成过程中，微纤维与弹力蛋白形成中心核结构并相互铆合形成“支架”，该支架引导弹力纤维，随其分布形成规律且较为紧密的排列。黄韧带肥厚发生时内部弹力纤维发生改变，最显著的特点在于中心核结构的破坏及微纤维的减少。中心核结构的代谢周期非常缓慢，因此弹力纤维结构的重建或重塑较为困难[25]。MMPs可导致弹力纤维丢失、瘢痕重建与黄韧带的肥厚密切相关，其中MMP-13的作用最为显著，其能降解弹力纤维中的中心核、微纤维且阻止弹力纤维的再生，进而影响了黄韧带的结构重塑[26]。除MMP-13外，该病理过程还涉及到基质金属蛋白酶家族的其他成员，MMP2和MMP9被证实同样拥有降解弹力纤维的能力，而且MMP-13在此过程中可与MMP2和MMP9发挥协同作用。Bum-Joon-Kim等在人黄韧带的体外实验研究中发现MMP-13可以通过正反馈促进MMP2和MMP9的表达，共同促进降解黄韧带弹力纤维的作用[18]。2型糖尿病患者体内高糖代谢相关的炎症环境下成纤维细胞、血管内皮细胞等受到刺激使得MMP-13高表达，使得该人群黄韧带中弹力纤维的降解更加明显，目前2型糖尿病被认为是黄韧带肥厚的高危因素[27]。

5 肿瘤坏死因子α

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)对黄韧带肥厚的影响主要在于黄韧带基质中的胶原纤维代谢。TNF-α是一种主要由活化的巨噬细胞分泌的多效炎症因子。TNF-α是炎症级联反应的始动因子，亦是炎症反应过程的关键性因子，该因子在炎症部位的含量水平反应着炎症的严重程度[19]。近年来，TNF-α参与的炎症反应与黄韧带肥厚的关系备受关注。研究发现腰椎肥厚黄韧带内的TNF-α含量与巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)的作用存在直接或间接的关系：一方面MIF是TNF-α的上游因子，其可直接促进TNF-α在成纤维细胞及基质中的表达；另一方面，MIF可抑制组织内巨噬细胞的游走，聚集巨噬细胞的浸润，进而间接增加TNF-α的表达量[28]。除此之外，一些金属蛋白酶是TNF-α的下游因子[29]。TNF-α通过正反馈作用促进下游金属蛋白酶的表达，进一步加重黄韧带基质内弹力蛋白的降解，共同作用于黄韧带的肥厚。研究表明结缔组织中TNF-α被抑制后，可阻碍组织纤维化的进程[18]。黄韧带的胶原纤维主要由I型胶原与Ⅲ型胶原构成，前文所述IL-1β能促进I型胶原的表达；TNF-α可促进成纤维细胞Ⅲ型胶原的表达。因此，在多种因素引起的黄韧带炎症反应中，TNF-α对黄韧带肥厚的影响主要在黄韧带的基质部分。

6 巨噬细胞移动抑制因子

巨噬细胞移动抑制因子(MIF)是一种激活T细胞表达的可溶性多效因子，其可能是腰椎黄韧带炎性肥厚的重要因素。除了激活T细胞外，成纤维细胞、巨噬细胞、胰岛β细胞和树突状细胞等也能分泌此种蛋白[30]。MIF具有抑制巨噬细胞的迁移，引起巨噬细胞在组织局部聚集的特性。后续的研究发现MIF对成纤维细胞的增殖有明显影响[31]。CD74和CXCR 2.4是公认的MIF细胞膜表面受体，其中CD74与MIF结合对下游的信号转导作用最为显著，最具代表性的是激活PI3K/Akt信号通路进以促进细胞增殖，抑制细胞凋亡；CXCR2和MIF可促进下游炎症反应，CXCR4与之结合后会表现出炎症趋化作用[32-33]。因此MIF可以直接或间接地起到促炎和趋化作用，使得其参与的炎症反应呈现“放大效应”。另外，MIF本身也是一种生长因子，因此MIF还具有明显的促进细胞增殖的作用。黄韧带肥厚是结缔组织纤维化的过程，MIF是上述黄韧带纤维化相关因子如TGF-β1、金属蛋白酶、IL-1β等的上游因子[17，31，34]。鲁齐林团队通过对肥厚黄韧带中MIF含量的研究验证人黄韧带内不仅含有MIF，而且2型糖尿病群体黄韧带内具有更高的表达，且MIF含量与黄韧带厚度显著正相关，为研究MIF与黄韧带肥厚的炎症关系提供了新的思路[35]。因此，MIF不仅可能直接促进黄韧带的退变，还可能通过提高黄韧带纤维化因子的表达，进而发挥多种因子的“网络”协同作用。

7 展望

腰椎黄韧带是厚度小于4 mm的结缔组织，其解剖结构决定黄韧带肥厚是腰椎管狭窄的重要病理因素。不论是力学因素还是代谢性物质聚集介导生化损伤，炎症反应是不可缺少的重要环节。因此，MIF、TNF-α、IL-6、IL-1β、MMP-13和TGF-β1等诸项纤维化炎症介质，可单独作用于腰椎黄韧带的肥厚，其间还存在交互作用。MIF是一种多效因子，不仅具有促炎作用，而且还可发挥趋化效能，使得MIF参与的炎症反应呈现出“放大效应”。此外，MIF是诸多炎性介质的上游因子。因此，腰椎黄韧带肥厚是多种炎症介质参与的结缔组织纤维化过程，MIF在其中的作用举足轻重，值得进一步研究。