椎间盘退变基因治疗的研究进展

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1、椎间盘退变基因治疗的研究进展【关键词】椎间盘退变椎间盘退变可以引起一系列脊柱退变性疾病如椎间盘突出、脊柱不稳、神经根病变和脊髓病变等，目前的治疗方法主要是手术治疗，但手术方法只是处理终末期的症状，不能逆转疾病过程本身。因此国内外学者们一直致力于寻找一种能逆转这个疾病过程的方法，近来对椎间盘的生化构成及其内环境的进一步了解以及某些基因被发现对椎间盘内基质合成和分解有着重要的影响，这些为科学家寻求逆转这个疾病过程提供了新方法。为此，在过去几年里很多关注的焦点都集中在基因治疗上，并取得了预期效果。现就其研究近况综述如下。1椎间盘退变的生物学特性椎间盘退

2、变的确切机制还有待研究，但其过程大致是由于机械、营养、生物因素等各种因素造成损伤，导致椎间盘炎症介质增多、基质金属蛋白酶和其他蛋白水解酶含量及活性增加，引起细胞外基质降解，髓核细胞数目减少，进而使蛋白多糖、胶原的合成减少，使得髓核中蛋白多糖合成和分解不平衡，最终导致髓核中蛋白多糖和水分的净亏损，不能维持椎间盘内的张力，进一步加剧椎间盘的退变。因此通过增加髓核中蛋白多糖的含量来延缓或预防退变过程加剧是可行的。此外，椎间盘是一个被封住的结构，没有血管，其营养供应几乎完全依赖于其周边区域血管的扩散。这不利于它损伤修复，但这个封闭相对缺血的结构，可以避免

3、在髓核中发生自身免疫反应。Nishida等〔1〕在对椎间盘用腺病毒进行萤光素酶基因传递的前数周，先把腺病毒注射到宿主皮下进行免疫，后发现椎间盘内萤光素酶的表达没有受到任何影响。这个结果显示椎间盘可能把载体及蛋白产物与免疫系统隔绝开来，使得这些外来载体和蛋白产物免受免疫系统的排斥。而这一直是困扰着体内其他组织的转基因表达，这就使基因疗法在椎间盘的应用比其他组织更具有优势。可选用的基因及其应用现在一般认为椎间盘退变主要是由于髓核内蛋白多糖的合成和分解不平衡引起的，因此可以从增加蛋白多糖的合成或抑制蛋白多糖的分解两方面入手，最终使蛋白多糖的含量增加，逆

4、转退变过程。现已发现一些因子及其相应的基因对逆转这个过程可能是有益的。.1转化生长因子早在20世纪90年代早期Thompson等〔2〕在体外用外源性TGFβ1处理犬的椎间盘细胞，结果蛋白多糖合成显著增加。后来Nishida等〔3〕以腺病毒为载体，在体内把TGFβ1基因转染健康兔子的髓核细胞。这些兔子分别在1~6周后先后被杀，单独对髓核细胞进行分析显示有活性和总的TGFβ1都急剧的增加，与那些没有转染的细胞和转染了萤光素酶标记基因的细胞相比蛋白多糖总量增加了1倍。接着，Moon等〔4〕用含有TGFβ1的腺病毒载体在体外转染人椎间盘细胞结果显

5、示蛋白多糖和胶原合成有显著增加，与导入标记基因的细胞相比，增加了达3倍之多。Makarand等〔5〕取出鼠整个椎间盘在含有TGFβ1或TGFβ的培养基中培养，1周后结果显示椎间盘的大体结构保存，无髓核细胞死亡的证据，但与TGFβ1相比，TGFβ3更能提高关键性基质的合成，保持转化生长因子受体表达，降低胶原转型等。.2骨形态发生蛋白目前研究BMP家族成员包括有BMP2、BMP7、BMP13等。Li等〔6〕人在体外用外源性BMP2处理鼠的椎间盘细胞，不仅使得椎间盘中的聚集蛋白聚糖表达增加，还促进了OP1的表达。BMP7也称OP1

6、，Takegami等〔7〕用兔的髓核和纤维环细胞实验，显示OP1不仅促进蛋白多糖的合成，而且还能恢复由IL1造成的蛋白多糖的丢失。Jesse等〔8〕人在兔子髓核内注射OP1结果显示了OP1可以部分恢复退变椎间盘的高度和黏滞性，同时也使髓核的湿重增加，DNA、蛋白多糖和胶原的含量都增加。BMP13也成为GDF6或者也称为CDMP2。虽然它属于BMP家族，但它的氨基酸序列只有50％与BMP2同源。用软骨细胞株进行实验〔9〕显示BMP13能促进蛋白多糖的合成，保持软骨细胞表型，但它的作用明显弱于BMP2。如果同时给予BMP2，BM

7、P13则显示两者对促进蛋白多糖合成或软骨细胞基因表达有叠加效应，但无协同作用。.3生长分化因子5也称为软骨源性形成蛋白1，在胚胎形成时，它主要存在于形成软骨的间质内和形成长骨过程中的软骨核心。Walsh等〔10〕比较了GDF5、TGFβ1、IGF1、FGF4种因子对鼠椎间盘退变模型的治疗作用，结果显示只有GDF5与对照组相比能增加椎间盘高度，此外在组织切片中发现它能使内纤维环和移行带的细胞数目增加。Wang等〔11〕在体外用腺病毒传递GDF5发现它能促进细胞的增殖。.4促有丝分裂因子它包括胰岛素样生长因子，表皮样生长因子和成纤维生

8、长因子。Thompson等〔2〕在体外用成年狗的椎间盘细胞显示这些促有丝分裂因子都能促进蛋白多糖合成，但总体来说，EGF的这个作用比其他