生长因子在椎间盘退变中的作用及中医药干预研究进展*

杨正汉，赵继荣，马俊飞，陈倩文，张天龙，蒋鹏，赵宁

（1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050）

近年来，腰痛的发病率越来越高，有研究显示，其发病率为12%～30%，其致残率居全球慢性疾病的第2 位，全世界大约10%的患者有慢性腰痛病史[1]。据报道，美国腰痛的直接医疗费用已达到2 530 亿美元/年，不仅给患者带来巨大痛楚，而且造成了社会经济负担的加重及资源的浪费[2]。其中椎间盘退变被认为是造成腰痛的最主要原因之一[3]。椎间盘退变是由于椎间盘中合成代谢和分解代谢过程的不平衡，导致细胞外基质（extracellular matrix,ECM）的组成改变、髓核细胞丢失、过度氧化压力和炎症[4]。有研究表明，椎间盘的最初退变可能早在青春期就出现，此时20%的年轻人有轻微的疾病症状[5]。随着我国人口老龄化进程加剧，椎间盘退变的患者数量逐渐增多，这增加了医疗保险的支出成本，给我国社会经济带来沉重负担。西医对椎间盘退变的治疗有一定治疗优势，但其胃肠道不良反应多、依从性较差等问题不可避免[6]。因此椎间盘退变的治疗方案一直是临床研究的热点。目前关于椎间盘退变的研究已深入到分子、免疫层面，同时发现生长因子在椎间盘退变的发生、发展中有重要作用，其通过调节ECM、细胞代谢水平，进而参与椎间盘细胞内部稳态。因此，探讨生长因子在椎间盘中的作用对椎间盘退变的诊治尤为必要。椎间盘退变属中医学“腰腿痛”或“痹症”范畴，中医药防治椎间盘退变历史悠久、疗效确切[7]。近年来，广大研究学者基于中医理论进行了大量研究，结果证实，中医药干预椎间盘退变相关生长因子表达作用明显。本文综述相关研究成果，以期为中医药应用于临床防治椎间盘退变提供参考和依据。

1 转化生长因子-β

转化生长因子-β（transforming growth factor,TGF-β）分为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β33 个亚型，它不仅可调节细胞增生、分化，还可促进ECM 形成，调节免疫功能，在椎间盘退变过程中起关键调控作用[8]。国外研究表明，衰老过程中椎间盘退变，TGFβ 活性降低，TGF-β 可能通过促进基质合成和抑制基质分解代谢、细胞丢失和炎症反应来保护椎间盘退变的修复[9]。同时ZHENG 等[10]进一步发现TGF-β作用于蛋白聚糖的上游，参与椎间盘退变的发展，通过机械负荷诱导整合素介导的TGF-β 激活，反过来诱导生长因子的转录以增加基质蛋白多糖的产生，以此来抑制椎间盘的退变。相关动物实验也进一步证实，在椎间盘注射TGF-β 可降低破损椎间盘一氧化氮表达，降低椎间盘细胞凋亡数量，限制ECM 降解，进而预防因细胞死亡导致的椎间盘退变[11]。除此之外，TGF-β 可通过介导丝裂原激活的蛋白激酶和核因子κB 通路抑制椎间盘炎症反应和防止ECM 降解[12]。姜海娜[13]也证实TGF-β1主要用来调节细胞的生长和分化，并且可以调节细胞趋化性、软骨诱导及软骨ECM 的合成，以此来防止椎间盘退变。于林等[14]研究葛根提取物葛根素对椎间盘ECM 的影响，结果发现葛根素可能从增加TGF-β1和降低基质金属蛋白酶-3 的角度，影响椎间盘ECM 合成和降解，进而延缓椎间盘退变。徐立国等[15]将丹参注射液注入到大鼠退变腰椎间盘中，发现椎间盘退变得到较好的抑制，其主要在于改善椎间盘局部缺氧及循环灌注不足，并促进TGF-β1表达增强。王兴国[16]研究芍药苷对缓解椎间盘退变的机制研究，结果证实芍药苷可通过抑制Notch 信号通路受体、配体的表达，减少了椎间盘退变组织TGF-β 的表达，延缓椎间盘退变。冯帅华等[17]应用补肾活血汤干预D-半乳糖致腰椎间盘退变大鼠模型发现，中药组大鼠TGF-β1表达均低于模型组，提示补肾活血汤治疗椎间盘退变机制在于降低白细胞介素-1β 和TGF-β1的表达来延缓大鼠椎间盘的退变。汪伯毅等[18]探讨电针对椎间盘TGF-β1的影响，发现电针可以通过下调椎间盘髓核组织中白细胞介素-1β 和TGF-β1的水平，降低炎症反应，延缓椎间盘退变进程。赖智君等[19]运用祛湿除痹汤治疗椎间盘源性疼痛患者，治疗后椎间盘活动度及腰椎功能得到较大改善，其主要机制在于祛湿除痹汤可降低TGF-β1水平，预防椎间盘重构，以及降低白细胞介素-23、一氧化氮水平，抑制疼痛介质分泌。邓咪朗[20]的研究发现补肝健腰方可下调椎间盘退变组织中TGF-β1的表达，促进椎间盘修复，提示补肝健腰方可能通过降低碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor,bFGF） mRNA 表达及TGF-β1水平，进而影响椎间盘细胞的凋亡，防治椎间盘退变。综上所述，对于TGF-β 治疗椎间盘退变，中医药的治疗优势明显，但其缺乏大样本循证证据支持，今后的研究应借助现代科学技术加大对中医药的探究。

2 胰岛素类生长因子

胰岛素类生长因子（insulin-like growth factor,IGF）是一种多功能细胞调控因子，在人体中广泛存在，主要通过内分泌、自分泌或旁分泌的方式作用于靶细胞，具有提高细胞生物活性、促进细胞分裂增殖、抑制细胞凋亡的作用[21]。体外培养条件下，具有维持细胞表型、促进ECM 合成、抑制细胞凋亡和促进细胞增殖作用[22]。动物实验也进一步证实IGF具有明显抗细胞凋亡作用，可刺激髓核细胞蛋白聚糖的合成，缩短有丝分裂时间，抑制基质金属蛋白酶的生成增加，以此来抑制椎间盘的退变[23]。有研究培养人退变椎间盘髓核细胞并用IGF 刺激，发现细胞合成的聚集蛋白聚糖和Ⅱ型胶原蛋白大量增加，这为IGF 治疗椎间盘退变提供了较好的治疗依据[24]。钟小明等[25]研究白藜芦醇对椎间盘ECM 的影响，经治疗后退变椎间盘终板软骨细胞合成ECM 成分增加，其机制为Akt 磷酸化水平升高，经过IGF 途径激活Akt 信号转导通路治疗椎间盘退变。施征等[26]研究针灸对椎间盘退变大鼠椎间盘IGF-1 mRNA 表达及其形态学的影响，结果显示IGF-1 可逆转由于bFGF 引起的骨细胞纤维性变；在此基础之上，针灸能够使IGF-1 通过促进髓核中蛋白多糖的合成，从而保护髓核的生物成分及含水量，进而成为保持椎间盘生物性能的积极因素。王拥军等[27]应用芪麝颈康丸治疗椎间盘退变，不仅证实了IGF 能够减缓或阻止椎间盘细胞凋亡，而且还可以通过下调椎间盘组织内bFGF mRNA、上调IGF-1 mRNA 表达治疗椎间盘退变。周泉等[28]研究益气化瘀方对退变椎间盘纤维环的影响，结果发现椎间盘细胞凋亡速度得到抑制，其机制可能在于中药血清有IGF-1样作用，增强Bcl-2 表达而降低了Caspase-8 的活性，阻断了Fas 死亡信号的传导和执行。仲卫红等[29]将桂枝加葛根应用到椎间盘受损纤维环中发现，桂枝加葛根上调IGF-1 表达，促进ECM 和椎间盘Ⅱ型胶原的合成，以此来达到对椎间盘退变的修复作用。

3 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）作为一类多功能细胞因子，可通过与受体特异性结合发挥作用。其主要功能有：促进血管发生及生成、改变ECM、增加血管通透性等[30]。VEGF 在正常椎间盘髓核组织存活中扮演重要角色，其通过自分泌或旁分泌方式作用于椎间盘细胞，诱导椎间盘细胞凋亡，从而形成恶性循环，加剧椎间盘退变[31]。因此抑制VEGF 表达对椎间盘退变的治疗尤为必要。研究显示，VEGF 能通过P38/丝裂原激活的蛋白激酶信号通路促进椎间盘退变组织中骨髓间充质干细胞的增殖，发挥抗凋亡和抗炎的作用，同时还可上调ECM 及Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达，促使ECM 生成，参与椎间盘退变的治疗[32]。同时软骨细胞是终板中VEGF 的重要来源细胞，VEGF 表达上调可促进终板下毛细血管生成，维持终板下血管袢的数量，延缓椎体终板退变，从而保证椎间盘的营养供应[33]。相关研究发现VEGF 参与腰椎间退变及突出的发病过程，随着腰椎间突出的进展，VEGF 的表达逐渐增高，进一步说明了VEGF与椎间盘退变关系密切[34]。同时在退变的椎间盘中发现VEGF 增多，特别是椎间盘组织纤维环的血管化，可能因为改善了纤维环及髓核的营养状况，进而改变了髓核生活的微环境，使椎间盘细胞增殖加快、合成ECM 增多，延缓甚至阻止椎间盘退变。侯宇龙等[35]研究牛膝对椎间盘的作用机制，发现牛膝及其有效成分可通过PI3K/Akt、TNF 等信号通路对表皮生长因子受体、VEGF 受体等相关靶点发挥抗细胞分化和凋亡、抗氧化应激、减少炎症反应和促进代谢等作用，这为椎间盘退变的防治提供了依据。刘振峰[36]研究川芎对椎间盘的作用发现，川芎有效成分川芎嗪可通过抑制血小板聚集、改善移植的椎间盘与外周血液的接触，进而增强椎间盘VEGF 的表达，增加新生血管生成，这为因营养障碍而导致的椎间盘退变提供了较好的治疗。郭义等[37]的研究表明，血府逐瘀汤能够保护髓核免受椎间盘退变的影响，同时也是治疗椎间盘退变的潜在药物，其通过调节VEGF 和TGF 蛋白表达、增加微血管生成来治疗椎间盘退变。刘婷等[38]的研究结果表明，通络益肾方可促进氧自由基的清除，其调节VEGF、5-羟色胺（5-hydroxy tryptamine,5-HT）的表达，这可能成为治疗椎间盘退变的潜在药物。李玲慧等[39]基于椎间盘退变兔子模型发现，治疗前退变椎间盘组织中VEGF 表达上调，使用补肾活血方干预后VEGF 表达下调、椎间盘退变减缓，其机制可能在于补肾活血方可在一定程度上抑制VEGF 的过度表达，最终起到延缓椎间盘退变的作用。王拥军等[40]探讨益气化瘀方对椎间盘软骨终板内血管状态的影响，发现椎间盘组织内瘀血得到较好地处理、营养得到较好地补充，证实益气化瘀方可增加血管芽数量和VEGF 的表达，这为促进血管修复及再生、增加椎间盘营养供应、减缓椎间盘退变提供治疗参考。

4 成纤维细胞生长因子

成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor,FGF）分布广泛，可作用于不同的靶细胞，具有细胞增殖、分化等多种生物学功能[41]。FGF 在退变椎间盘组织中显著增高，被认为是可靠的退变标志物之一。在退变人椎间盘髓核细胞中，FGF 可明显促进软骨糖胺聚糖及Ⅱ型胶原mRNA 的表达，增加ECM中糖胺聚糖和Ⅱ型胶原的含量。上述研究结果也得到进一步证实，HEGEWALD 等[42]研究发现FGF 处理纤维环细胞后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原及基质金属蛋白酶-13 的合成增加，蛋白聚糖总量增加，这为FGF 治疗椎间盘退变提供了证据支持。研究发现，FGF2 可通过激活ERK 和Akt 信号通路刺激椎间盘细胞的增殖，以减轻椎间盘细胞的凋亡来延缓椎间盘退变；FGF2 还可促进基质金属蛋白酶-13 和蛋白多糖降解酶（ADAMTS-4）的合成；同时FGF 分布广泛，其作用的靶点及靶细胞较多，不仅可以促进体外培养的软骨细胞增生，还可以促进体外培养的椎间盘细胞增生和基质合成[43]。翁习生等[44]提取患者椎间盘组织进行体外实验，检测其FGF mRNA 的表达，发现正常和退变椎间盘组织的FGF mRNA 表达有差异，证实bFGF 可能作为增生刺激因子促进椎间盘组织的软骨细胞增生和ECM 合成。蒋盛昶等[45]研究发现不同剂量的补肝健腰方在干预后的任何时间段都能够有效下调腰椎间盘退变大鼠椎间盘的bFGF mRNA 表达。邓咪朗[20]研究发现补肝健腰方不仅能下调退变腰椎间盘组织TGF-β1的表达，并且能促使bFGF 下调，进而延缓椎间盘退变。王拥军等[27]使用芪麝颈康丸干预大鼠退变颈椎间盘发现，其bFGF 表达下调，椎间盘退变得到较好的控制，推测其主要通过下调椎间盘组织的bFGF mRNA 表达、上调IGF-1 mRNA 表达来达到治疗椎间盘退变的目的。

5 神经生长因子

神经生长因子（nerve growth factor,NGF）在椎间盘退变的发病机制中充当促分解代谢因子，其表达和活性在慢性腰痛中起重要作用[46]。NGF 可增加许多组织和细胞的基质金属蛋白酶表达[47]。同时相关研究表明，NGF 可上调Lcn2 表达并增加纤维环细胞的基质金属蛋白酶表达的活性。因此抗NGF 治疗可能有助于缓解疼痛及延缓纤维环组织退化，缓解甚至逆转椎间盘退变情况。王刚等[48]研究展示NGF对软骨细胞及成骨细胞的增殖与表达具有较好的抑制作用，因此NGF 及其受体在椎间盘细胞表达的作用机制可能与椎间盘细胞基质更新及细胞代谢相关，以此来实现治疗椎间盘退变的目的。研究证实，NGF 蛋白表达与椎间盘退变相关。李伟[49]研究丹参有效成分——丹参酮ⅡA 对椎间盘细胞的调控作用发现，经丹参酮干预后的iNOS、COX-2 mRNA表达被抑制，提示可能通过抑制细胞因子及GNF、iNOS 和COX-2 的表达，缓解因椎间盘退变引起的下腰痛。苏道静[50]将电针结合循经点穴推拿治疗腰椎间盘突出症，治疗后患者血浆NGF 含量明显降低，腰椎间盘疼痛症状好转。张俊锴等[51]研究独活寄生汤对腰椎间盘突出症患者的P 物质、神经肽、NGF 水平的影响，实验组比对照组相关因子水平低，这在一定程度上降低了椎间盘退变的发生率，同时也减缓了椎间盘退变的速度，其主要机制在于降低血清疼痛物质及炎症反应递质GNF、P 物质及神经肽水平，改善氧化应激反应，从而达到治疗的目的。

现有中医药治疗在干预NGF 治疗椎间盘退变具有一定优势，但现有中药单体及复方干预NGF 数量有限（见表1、2）。因此，今后的研究应加强对中医药的开发，构建大数据的循证证据支持。

表1 中药单体及其有效成分干预生长因子表达

表2 中药复方干预生长因子表达

6 结语

椎间盘退变的发生与ECM 及调控的生长因子密切相关。中医药在椎间盘退变的控制与治疗方面发挥着重要作用，作为民族医学的重要组成成分，具有价廉物优、不良反应少、多通路、多靶点的显著优势。随着网络药理学及生物信息学的不断研究发展，中医药的有效成分在逐渐被挖掘，应用中医药治疗椎间盘退变具有广阔前景。生长因子作为治疗的靶点，可被多种中药及复方所调控，同时生长因子可能是治疗椎间盘退变的重要机制。

本文通过综述大量研究学者以中医理论为指导进行的动物实验及临床研究成果，表明中医药通过干预椎间盘相关生长因子的表达，进而调节ECM，保护椎间盘相关细胞，达到治疗椎间盘退变的目的。但是目前的研究多集中在动物实验领域，缺乏大样本及循证证据的支持。与此同时，中药单体及其复方数量庞大、机制复杂，今后的研究应加强现代科学技术对其作用机制的研究，进行多中心、大样本的随机对照试验，加强其治疗的安全性、可靠性，进一步扩大中药的使用规模，进而发挥中医药治疗椎间盘退变的优势，使其能进一步应用于临床治疗中。