腰椎黃韌帶纖維化的研究進展

張 晗，孫 超 綜述，劉新暉 審校

腰椎管狹窄(LSS)是老年人的一種常見病，狹窄的腰椎椎管壓迫、刺激脊髓及神經根，常常引起腰背痛及下肢痛等癥狀，而體格檢查多無陽性體征，表現(xiàn)為“癥體不符”；其特征性的臨床表現(xiàn)為間歇性跛行，病情嚴重者可導致殘疾。LSS是一種腰椎退行性疾病，諸如椎間盤退變、關節(jié)突關節(jié)退變以及黃韌帶纖維化等是其發(fā)生發(fā)展的重要因素，其中黃韌帶纖維化是非常重要的因素。黃韌帶分為左右兩側，包繞于硬脊膜后外側，連接上下椎板，是脊柱后柱的重要組成部分。其可控制椎間運動幅度，防止脊柱過度前屈，與關節(jié)突關節(jié)、椎間盤、椎間韌帶共同維持脊柱的穩(wěn)定，對脊髓有保護作用。深入研究黃韌帶纖維化，對LSS的早期預防及治療具有重要意義，本文就腰椎黃韌帶纖維化的研究進展綜述如下。

1 黃韌帶纖維化的危險因素

1.1 性別與年齡黃韌帶纖維化的發(fā)生與年齡、性別的關系尚存爭議。Karavelioglu et al[1]對200例患者的腰椎進行MRI分析，發(fā)現(xiàn)黃韌帶厚度與性別和年齡無明顯相關，而與關節(jié)突關節(jié)的退變程度有顯著的相關性。然而，Altinkaya et al(2011年)對224例患者的黃韌帶厚度進行MRI分析發(fā)現(xiàn)，年齡和黃韌帶厚度呈明顯正相關，而性別、疼痛程度與黃韌帶厚度無明顯相關性。Takashima et al[2]收集100例LSS患者黃韌帶組織，統(tǒng)計學研究發(fā)現(xiàn)黃韌帶厚度、年齡與椎間盤退變程度呈正相關，黃韌帶厚度和年齡有微弱的關聯(lián)，性別差異可能對黃韌帶纖維化過程產生一定影響。一項回顧性臨床研究[3]表明，LSS患者不同腰椎節(jié)段的黃韌帶厚度與年齡、體重顯著相關，與性別無明顯相關。關于性別和年齡是否為黃韌帶纖維化的危險因素還需要更多研究。

1.2 機械應力椎間盤退變、椎間盤高度下降以及小關節(jié)退變導致了相鄰腰椎間不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定進而產生了機械應力，機械應力也是黃韌帶纖維化發(fā)生發(fā)展過程中的一個重要因素。Nakatani et al(2002年)收集LSS和腰椎間盤突出患者各7例黃韌帶標本，他用細胞拉伸裝置對黃韌帶細胞施加牽拉力，研究發(fā)現(xiàn)受到牽拉后構成黃韌帶纖維化的主要蛋白的膠原蛋白表達水平上升。Hayashi et al[4]用一種鈦鎖定板固定兔相鄰腰椎并對特定節(jié)段施加壓力，從而建立了一種特定椎體高機械應力的動物模型，研究發(fā)現(xiàn)隨著機械應力的增加，黃韌帶逐漸退變肥厚，提示機械應力是促使黃韌帶纖維化的一個重要因素。

1.3 糖尿病糖尿病可能也是LSS的危險因素。Anekstein et al(2010年)采集395例LSS、椎間盤退行性疾病、骨質疏松性椎體壓縮骨折患者的數(shù)據進行橫斷面分析，發(fā)現(xiàn)LSS患者糖尿病的發(fā)病率為28%，明顯高于椎間盤退行性疾病患者的12.1%和骨質疏松性椎體壓縮骨折患者的6.5%，提示糖尿病可能是LSS的一個獨立危險因素。Asadian et al[5]對330例研究對象資料(110例椎管狹窄，110例椎間盤突出，110例對照)進行橫斷面研究，結果表明LSS組糖尿病發(fā)病率明顯高于其他兩組，提示糖尿病可能是椎管狹窄的一個重要危險因素。

2 黃韌帶纖維化的組織學與病理機制

早期的解剖學研究(2003年)認為，正常黃韌帶的厚度<4 mm，因此將黃韌帶厚度≥4 mm定義為黃韌帶纖維化。正常的黃韌帶由約80%彈性纖維和約20%的膠原纖維構成，彈性纖維大致平行呈網狀排列，膠原纖維穿插其中，其中細胞外基質占據大部分，占據小部分的細胞主要為成纖維細胞。肥厚黃韌帶分為背側和硬膜囊側，其中背側的彈性纖維流失更多；在光鏡下表現(xiàn)為膠原纖維增加，彈性纖維減少，炎性細胞浸潤，且彈性纖維斷裂、腫脹、排列紊亂，嚴重者彈性纖維幾乎完全消失。大部分肥厚的黃韌帶可以觀察到纖維軟骨細胞明顯增生，細胞數(shù)目明顯增加。在黃韌帶纖維化的進程中，首先是椎間盤及小關節(jié)等部位的退變，導致了腰椎的不穩(wěn)，從而產生了一種持續(xù)性的機械應力。持續(xù)性的機械應力造成了黃韌帶組織的微小損傷，誘發(fā)炎癥細胞聚集，產生慢性炎癥[6]。也有研究[7-8]提出突出椎間盤分泌的炎性細胞因子也是炎癥的另一重要原因。以巨噬細胞為代表的炎癥細胞浸潤黃韌帶，分泌各種炎性因子，如轉化生長因子(TGF)-β1、白細胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α等；巨噬細胞誘導成纖維細胞轉化成肌成纖維細胞，繼而分泌1型膠原和3型膠原，構成了膠原纖維的主要成分[9]。血管生成也在整個病理過程中起著重要作用[10]。

3 黃韌帶退變的分子學研究

3.1 炎性細胞因子

3.1.1TGF-β 炎性細胞因子是一組多肽類細胞調節(jié)物質的總稱，主要由外周的免疫細胞合成，包括生長因子、IL、TNF、干擾素等等。TGF-β家族是一種重要的細胞因子，在胚胎發(fā)育、成人組織內環(huán)境穩(wěn)定及多種疾病的發(fā)病機制比如器官和組織的纖維化的機制中起著極為重要的作用[11]。已有體外研究[12-13]發(fā)現(xiàn)，TGF-β與黃韌帶纖維化密切相關，機械應力可能通過提高TGF-β1的表達促進黃韌帶纖維化，而TGF-β可能通過p38/ MAPK信號通路調節(jié)結締組織生長因子(CTGF)促進黃韌帶纖維化。有免疫組化研究[12]發(fā)現(xiàn)，TGF-β的表達水平和黃韌帶厚度呈負相關，與目前的普遍觀點相反，其認為TGF-β主要作用于黃韌帶纖維化病理過程的前期。

3.1.2血管緊張素樣蛋白2(Angptl2) Angptl2是一種慢性炎癥介質，常由缺氧、營養(yǎng)不良和內質網應激引起, 在多種疾病的病理過程中扮演重要作用。Nakamura et al[14]的最新研究發(fā)現(xiàn)，機械應力是通過鈣調神經磷酸酶/活化T細胞核因子信號通路刺激Angptl2的產生和分泌，進一步刺激TGF-β1/SMAD信號通路促進膠原蛋白的表達。該作者的另一項研究[15]發(fā)現(xiàn)，Angptl2通過結合成纖維細胞上的受體整合素α5β1，再通過NF-κB核轉運介導IL-6的表達，而IL-6的表達水平與黃韌帶厚度呈正相關，提示Angptl2通過這一信號通路介導IL-6 的表達促進黃韌帶纖維化。

3.1.3其他炎性細胞因子 CCN家族(CCN1至CCN6)是一種重要的炎癥因子，其參與細胞外基質的形成，也被稱為細胞外基質因子。Ye et al[16]發(fā)現(xiàn)CCN5可以阻斷TGF-β對黃韌帶纖維化的促進作用，提示CCN5可能作為治療黃韌帶纖維化的靶點。

3.2 基質金屬蛋白酶(MMPs)MMPs是一種鋅依賴的內肽酶，其可水解細胞外基質，在如傷口愈合、炎癥反應、骨愈合和腫瘤轉移等多種生理過程中起著重要作用。Lakemeier et al[17]的免疫組化研究發(fā)現(xiàn)，血管內皮生長因子(VEGF)、MMP-1、MMP-3和MMP-9的表達量在LSS組黃韌帶組織明顯升高，提示MMPs可能在黃韌帶纖維化中起一定的作用。Sugimoto et al[18]通過離體研究發(fā)現(xiàn)，IL-6通過 JAK/STAT3信號通路調節(jié)MMP-2降解彈性纖維引起黃韌帶纖維化。Chen et al[19]通過研究發(fā)現(xiàn)雌二醇可以通過Pl3K/AKT信號通路調節(jié)MMP-13促進黃韌帶纖維化。Kim et al[20]的離體研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β能刺激黃韌帶細胞中proMMP-2、9的表達，TNF-α能刺激proMMP-9的產生，提示炎性反應可能促進MMPs的活性，分解彈性纖維促進纖維化。

3.3生長因子① 堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)是成纖維細胞生長因子家族中最具特征的成員之一，也是強大的血管生成多肽之一。成纖維細胞、血小板或其他細胞分泌的bFGF負責結締組織形成和傷口愈合。Honsawek et al[21]發(fā)現(xiàn)，bFGF的表達水平和肥厚黃韌帶的厚度呈顯著正相關,提示bFGF可能在黃韌帶纖維化過程中起著一定作用。② 血小板源性生長因子(PDGF)是由血小板分泌產生的一種生長因子，在傷口愈合的各個階段都起著重要作用。Zhang et al(2010年)研究發(fā)現(xiàn)，肥厚黃韌帶組織標本中PDGF-BB的表達水平明顯升高，提示PDGF和黃韌帶纖維化密切相關。③ 胰島素樣生長因子-1(IGF-1)是哺乳動物組織微環(huán)境中的重要生長因子，通過激活mTORC1信號通路促進組織纖維化而發(fā)揮重要作用[22]。Yan et al[23]的離體研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1可能通過激活mTORC1信號通路誘導膠原纖維的產生進而促進黃韌帶纖維化。④ CTGF屬于基質細胞蛋白的CCN家族，參與多種生理及病理過程，并可引起細胞增殖、遷移、黏附和細胞外基質積累等多種細胞纖維化過程。Zhong et al(2011年)的一項體外研究表明，肥厚黃韌帶組織中的CTGF濃度和黃韌帶厚度呈明顯正相關，并發(fā)現(xiàn)CTGF可以增加膠原蛋白的分泌促進黃韌帶纖維化。

3.4 微小RNA(miRNA)miRNA是一類由內源基因編碼的非編碼單鏈RNA分子,其參與基因表達調控，在轉錄后水平上調節(jié)多個蛋白質編碼基因的表達，其功能涉及幾乎所有的生理過程和病理過程，如細胞增殖、分化、遷移和炎癥，在器官纖維化疾病如心肌纖維化、肺纖維化、肝臟纖維化等疾病中起著重要作用。Xu et al[24]取黃韌帶標本行基因芯片測序，根據條件篩選出可能的目的基因miRNA-221，通過生物信息學數(shù)據庫預測出其下游靶基因TIMP-2，分子實驗驗證miRNA-221通過調節(jié)TIMP-2來抑制黃韌帶纖維化。通過類似方法，Chen et al[25]和Sun et al[26]同樣發(fā)現(xiàn)miRNA-155及miRNA-21可能在黃韌帶纖維化過程中起到重要作用。

3.5其他① 溶血磷脂酸(LPA)存在于大多數(shù)哺乳動物組織中，主要由活化血小板合成，在多種器官的纖維化過程中起著重要作用。學者們離體研究[27-28]發(fā)現(xiàn)，LPA-LPAR1通過磷酸化蛋白激酶促進黃韌帶細胞的增殖，隨后他們又在大鼠模型上進行驗證，進一步證明了該通路在黃韌帶纖維化中的重要作用，該作者認為LPAR1可作為后續(xù)治療黃韌帶纖維化的一個靶點。② 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)屬于TGF-β家族，其可調節(jié)細胞增殖、分化、細胞外基質的生成等，在胚胎發(fā)生和軟骨生成中起重要作用。Shafa et al[29]組織學研究發(fā)現(xiàn)，肥厚黃韌帶中細胞數(shù)量和軟骨基質增多，在肥厚黃韌帶中BMP信號通路被激活，該通路通過自分泌或旁分泌的方式促進未成熟軟骨細胞或多能軟骨細胞的成熟與分化。③ p16是細胞周期進程的負調節(jié)因子。Hu et al[30]行免疫組化染色發(fā)現(xiàn),p16在肥厚黃韌帶中表達升高，提示p16可能與黃韌帶纖維化有關。Yücetaet al[31]發(fā)現(xiàn)過氧化氫酶在肥厚的黃韌帶組織中減少，其認為氧化氫酶的缺失可能促進了黃韌帶纖維化的過程。④ Sidon et al[32]為探究黃韌帶纖維化過程中可能起重要作用的蛋白及糖尿病對黃韌帶纖維化的作用，取單純LSS肥厚黃韌帶標本及LSS合并糖尿病患者肥厚黃韌帶標本并行蛋白質譜分析，得出了一些差異表達的基因，并分析了一些有可能在黃韌帶纖維化發(fā)生發(fā)展機制中起到促進作用的蛋白如蛋白聚糖(PGs)、潛在轉化生長因子β結合蛋白(如LTBP2、LTBP4等)，結果顯示糖化對黃韌帶纖維化有促進作用，其分析得到的一些差異表達的蛋白質可為后續(xù)研究提供參考。⑤ 瘦素(Leptin)是細胞家族中的一種肽類激素。Sun et al[33]的研究發(fā)現(xiàn)Leptin通過NF-κB p65信號通路調節(jié)IL-6進而促進黃韌帶纖維化。⑥ 彈性纖維裂解產生的彈性蛋白衍生肽(Edps)在多種細胞中表現(xiàn)出廣泛的生物活性。Chao et al[34]通過離體研究發(fā)現(xiàn),Edps通過NF-κB信號通路刺激前列腺素(PG)E2和炎癥因子如IL-1α、IL-1β、IL-6進而促進黃韌帶纖維化。

4 結論

目前臨床上對嚴重、神經癥狀明顯的LSS患者建議手術治療，而手術治療常需切除相應狹窄節(jié)段的椎板、黃韌帶以便獲得完全的解壓，同時為恢復腰椎穩(wěn)定性選擇椎間的融合內固定。手術治療雖能解除壓迫，但往往創(chuàng)傷很大。若能通過藥物等手段延緩甚至阻滯黃韌帶纖維化的進展，則可使許多患者避免手術。本文闡述了黃韌帶纖維化的危險因素、病理過程及分子機制，并分析與黃韌帶纖維化相關的分子及信號通路，為臨床提供可能的治療靶點。目前已有的研究仍存在不足：部分研究僅證明了某分子和黃韌帶纖維化的相關性，未深挖其信號通路；已發(fā)掘出的信號通路缺少動物實驗的驗證；眾多信號通路中是何者占據整個病理生理過程的主導地位；這些都是未來需進行深入研究的方向。