椎间盘退变的基础研究进展

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1、椎间盘退变的基础研究进展作者：李宝俊　关晓明　丁文元　　椎间盘退变是机体退变的一部分，此进程可以引起一些轻微或自限性症状。目前认为脊柱疼痛多与椎间盘退变有关。治疗方法包括保守治疗和手术治疗两类，保守治疗即口服消炎镇痛药物或者物理治疗等；手术治疗的方法包括脊柱椎间融合术和椎间盘置换髓核成形术等。但目前几乎所有的治疗方法都是为了改善患者的症状，很少从改变椎间盘组织已经出现异常的生物学不平衡性的角度来探讨合适的治疗方法。目前，分子水平上椎间盘退变的系列研究结果指出引起椎间盘源性下腰痛的主要原因是生物学微环境的不平衡问题。本文从基础医学的角度对椎间盘退变过程及其相关的变化作一综述如下。　　1正常椎间

2、盘组成及其退变过程中生化组成的不平衡　　正常椎间盘位于上下椎体终板之间，呈圆柱状。椎间盘的外层被纤维环组织包围着，内层是呈胶冻状的髓核组织〔1、2〕，其内含软骨细胞和胶原纤维网结构，髓核含水量约80％，并且含有丰富的蛋白黏多糖，具有弹性和膨胀性。正常状态下椎间盘特异的生物学机理可以有效的将脊柱轴向的负荷转变为椎间盘外层纤维环的张力，这样可以在微观上基本保证脊柱基本功能单位的运动功能。　　在椎间盘开始出现退变的同时，位于内层的髓核组织的水分开始逐步丢失，在椎体运动时，内层的髓核组织对外层纤维环的流体压力较正常时的压力大。在长时间的超大压力作用下，纤维环的内层开始退变，产生放射状的裂纹，严重者可

3、以直接破裂到外层的纤维环。在椎间盘组织退变的同时，软骨终扳同样开始退变，出现部分骨化。有学者认为，椎间盘的退变始于软骨终板的退变〔3〕，椎间盘的生物化学成分中富含水、胶原、蛋白多糖等，是椎间盘发挥生物功能的物质基础，而软骨终板是供应椎间盘营养的平台，由于椎间盘的营养大部分来自于终板组织，这种骨化的出现直接影响到了椎间盘的营养供给。尽管渐进性的椎间盘退变过程可以对椎间盘的生物学功能产生巨大的影响，但在椎间盘源性下腰痛的过程中椎间盘的生物化学变化可能起到一个很重要的作用。这些生物化学的变化包括来自椎间盘的炎症介质和细胞因子的产生和释放，包括MCP1、IL1、IL6、IL8、TNF-α、N

4、O等，在椎间盘退变过程中起到重要作用。另外纤维环内的血管向心性生长，椎间盘外周神经末梢的刺激性生长等也是椎间盘退变的重要生物化学改变。有作者〔4〕通过对雌性兔的椎间盘组织行病理学形态观察，同时进行蛋白多聚糖含量测定，发现TNF-α能够引起腰椎间盘退变且和退变有时效和量效关系。有作者〔5〕对NO和一氧化氮合酶（NOS）在椎间盘退变过程中的含量及表达进行了研究，发现软骨终板随着时间的延长而逐渐钙化，实验组较对照组钙化明显，实验组各组NO含量及NOS含量较对照组明显增加（P＜0.05）。表明NO及NOS在椎间盘退变过程中含量明显增加，提示NO及NOS在椎间盘退变过程中起到了重要作用。　　2椎间盘退

5、变的生物学治疗　　随着椎间盘退变的分子生物学机理越来越明晰，椎间盘的再生策略越来越受到人们的关注〔6、7〕。由于椎间盘的再生能力有限，生长因子、基因或细胞移植技术在修复损伤的椎间盘基质上是研究的重点〔8〕。近年来，随着分子生物等相关基础学科的飞速发展，基因治疗逐步成为一种切实可行的重要治疗手段〔9〕。骨诱导蛋白（LMP21）为骨分化过程中一必要的调节因子，实验研究证实其在体的基因转移可以促进脊柱的融合。Boden等〔10〕研究显示如果将腺病毒介导的LMP21的cDNA转染至单层培养的兔腰椎间盘细胞中，可以得到相应的蛋白聚糖合成量显著增加，并且，随着LMP21蛋白的表达，被培养的椎间盘髓核细胞

6、的表型也发生相应的变化。有作者〔11〕通过采用体外细胞培养技术，将兔骨髓间充质干细胞自骨髓中分离、纯化和培养，成功传代进行纯化后并在TGFβ1干预下植入兔退变椎间盘的模型中，分别于2、4、6、8周测定蛋白多糖含量和胶原的含量变化，结果显示TGFβ1干预下的兔间充质干细胞移植到退变椎间盘后可以在一定时间内增加蛋白多糖和胶原的含量，从而延缓椎间盘退变。因而目前认为使用细胞因子抑制剂或者增强剂，基因分子水平的干预及细胞移植或组织移植存在很大的发展潜力，为退变性椎间盘的治疗提供了很大的选择空间。　　3椎间盘退变的病理生理过程及相关研究　　椎间盘是一种纤维软骨样组织，细胞数量少，细胞外基质丰富，基

7、质主要包括水、蛋白多糖、胶原和非胶原蛋白，构成细胞分布的支架。椎间盘组织的髓核区域目前认为至少存在2种不同形态的细胞：一种外形小而圆，与软骨细胞类似；第2种细胞外形较大，有一个液泡状的囊，内含糖原沉积物〔12〕。第2种细胞被认为是脊索的退变产物〔13〕，在电镜下观察其超微结构层次，发现第2种髓核细胞内包含有大量的胞质空泡和高尔基体，提示这类细胞可能与蛋白合成过程有关；同时作者发现这些细胞内部的线粒体很少见，可