腰椎间盘退变与局部转化生长因子β1及炎性细胞因子的关系

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.33.014

摘要/Abstract

摘要：

背景：近年来随着椎间盘退变分子水平研究的不断进展，转化生长因子β1基因在椎间盘细胞的增殖分化过程中具有一定作用，且参与了椎间盘的损伤修复过程，但转化生长因子β1是否也参与了椎间盘退变的病理生理过程目前尚无定论。

目的：探讨腰椎间盘退变程度与转化生长因子β1及炎性细胞因子之间的关系。

方法：选择72例椎间盘退变患者作为观察组(轻度22例，中度26例，重度24例)，30例非椎间盘退变患者作为对照组，检测两组患者椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平，在两组之间及不同椎间盘退变程度患者之间进行对比分析。同时采用直线相关分析法分析转化生长因子β1与炎性细胞因子及腰椎间盘退变的相关性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

结果与结论：观察组患者腰椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平均显著高于对照组(P < 0.01)。重度退变患者腰椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平显著高于轻度及中度患者(P < 0.01)，同时中度患者显著高于轻度患者(P < 0.01)。转化生长因子β1与白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子以及椎间盘退变程度均呈显著正相关(r=0.198，0.312，0.356，0.275，0.724，P < 0.01)。提示转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子在退变椎间盘局部水平增高，且增高程度随着退变严重程度的增加而增加。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 骨组织工程, 腰椎间盘, 退变, 转化生长因子β1, 炎性细胞因子

Abstract:

BACKGROUND: With the research development of disc degeneration at molecular level, transforming growth factor β1 gene has a role in the proliferation and differentiation of intervertebral disc cells, and it is involved in the repair of intervertebral disc injury. But whether transforming growth factor β1 is also involved in pathophysiological process of disc degeneration has not been determined.

OBJECTIVE: To discuss the relationship between transforming growth factor β1, inflammatory cytokines and degree of lumbar disc degeneration.

METHODS: Twenty-two patients with lumbar disc degeneration (22 mild, 26 moderate and 24 severe cases) were enrolled as observation group, and another 30 patients without lumbar disc degeneration served as control group. Levels of transforming growth factor β1, interleukin-6, interleukin-8, tumor necrosis factor α were detected and compared among patients with mild, moderate and severe lumbar disc degeneration as well as between the observation and controlgroups.

RESULTS AND CONCLUSION: Levels of transforming growth factor β1, interleukin-6, interleukin-8, tumor necrosis factor α were significantly higher in the observation group than the control group (P < 0.01). In the observation group, the above-mentioned indicators were ranked as follows: severe cases > moderate cases > mild cases (P < 0.01). There was a positive correlation between these indicators and the severity of lumbar disc degeneration (r=0.198, 0.312, 0.356, 0.275, 0.724, P < 0.01). These findings indicate that the levels of transforming growth factor β1, interleukin-6, interleukin-8 and tumor necrosis factor α are increased with the severity of lumbar disc degeneration.

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Key words: Lumbar Vertebrae, Intervertebral Disk Degeneration, Transforming Growth Factor beta1, Interleukin-1beta

中图分类号:

R318

胡家美，徐新华，乐敏莉. 腰椎间盘退变与局部转化生长因子β1及炎性细胞因子的关系[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(33): 5318-5321.

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图/表（结果） 4

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引言

材料方法

设计：对比观察试验。

时间及地点：于2011年6月至2014年3月在湖北民族学院附属民大医院完成。

对象：选取2011年6月至2014年3月湖北民族学院附属民大医院收治的腰椎间盘退变患者72例作为观察组，男40例，女32例；年龄49-63岁，平均(56.2±6.7)岁；其中退变程度为轻度者22例，中度26例，重度24例^[4]，均于术前经CT或MRI等影像学检查明确诊断；另外选取创伤致腰椎爆裂性骨折患者30例作为对照组，男17例，女13例；年龄47-65岁，平均(55.7±7.1)岁。两组患者在性别、年龄等基线资料方面差异无显著性意义，具有可比性。两组患者均于术中切除椎间盘组织，并进行相应检查。

纳入标准：于术前经CT或MRI等影像学检查明确诊断，符合腰椎间盘退变的诊断标准；患者对治疗及试验方案知情同意，且得到医院伦理委员会批准。

排除标准：有近期急慢性感染性疾病病史，患严重肝肾功能障碍性疾病，有心脑血管疾病病史。

方法：

转化生长因子β1及炎性细胞因子检测方法：将所有患者手术中切除的椎间盘用生理盐水反复冲洗，称质量之后采用超声粉碎，并加入PBS之后使之制成匀浆，于离心机内以1 500 r/min的转速离心10 min之后取上清液，置于 -80 ℃冰箱冻存备用，并采用酶联免疫吸附法(ELISA)对转化生长因子β1的水平以及白细胞介素1β(单克隆抗体由武汉博士德生物有限公司提供)、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等的水平(试剂由北京晶美生物工程有限公司提供)进行检测。

主要观察指标：检测两组患者椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平，在两组之间及不同椎间盘退变程度患者之间进行对比分析。同时采用直线相关分析法分析转化生长因子β1与炎性细胞因子及腰椎间盘退变的相关关系。

统计学分析：使用SPSS 13.0统计软件进行数据分析，计量资料采用x(_)±s表示，两样本均数比较采用t 检验，相关性分析采用直线相关分析，以P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

椎间盘位于上下两个椎体的终板之间，正常时呈圆柱形，其外层包绕纤维组织，内层则为呈胶冻样的髓核，含有丰富的胶原纤维网状结构及软骨细胞，髓核的含水量较高，为80%左右，同时蛋白黏多糖含量也较高，从而决定了髓核的良好弹性及膨胀性，以维持脊柱稳定性，并在脊柱各种活动中起到相应的应力缓冲、弹性形变等作用^[5]。由于腰椎间盘血液供应相对较少，营养来院极为有限，导致其发生退变的概率明显增高。腰椎间盘退变包括纤维环的退变和髓核的退变。相关研究已证实，椎间盘的退变可开始于20岁以后，且部分患者在20-30岁之间就已经出现椎间盘的明显退变，纤维环可出现裂痕，而年龄> 30岁以后，则多数人均有腰椎间盘的退变。随着年龄的增长，椎间盘纤维环可出现玻璃样变或网状变性，从而导致正常的韧性和层次消失，严重时可完全破裂^[6-7]。髓核的变性开始时间相对较晚，且多在上述纤维环退变基础上发生，主要表现在含水量的降低，老年人群腰椎间盘髓核的含水量可降低至70%左右^[8]。髓核的含水量多少对其弹性影响较大，从而导致腰椎符合增加时，椎间隙压力增高，进一步加重了髓核的变性。而随着纤维环裂痕的加深，变性的髓核则可沿着裂痕向边缘突出，严重时可压迫神经根，造成腰腿疼痛等症状体征^[9]。关于腰椎间盘退变的诊断，以往主要依赖于CT、MRI等影像学检查，且多在患者出现相应症状就诊时方可发现，但此时椎间盘的退变已经造成临床症状体征，多需手术或其他治疗方法方可缓解。由于该病的发病机制目前尚未完全明确，故临床诊治相对较为困难。

近年来随着该病分子水平研究的不断进展，转化生长因子β1基因在椎间盘细胞的增殖分化过程中具有一定作用，且参与了椎间盘的损伤修复过程^[10]，但转化生长因子β1是否也参与了椎间盘退变的病理生理过程？另外有国外学者使用免疫组化的方法在手术摘除的突出椎间盘组织中发现了部分炎性细胞因子阳性细胞，且其数量与椎间盘退变程度有着一定程度的相关性^[11]。为了探讨局部转化生长因子β1及部分炎性细胞因子与椎间盘退变的关系，作者回顾性分析了72例椎间盘退变患者手术切除的椎间盘组织，并与30例非椎间盘退变患者手术切除的椎间盘组织中的转化生长因子β1及部分炎性细胞因子水平进行了对比分析。结果显示，腰椎间盘退变患者局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平均显著高于非腰椎间盘退变患者(P < 0.01)，这一结果充分说明，转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子可能参与了腰椎间盘退变过程的某一步骤，或在腰椎间盘退变过程中发挥了某种破坏性或修复性作用。为了探讨上述指标与腰椎间盘退变程度的关系，作者将72例腰椎间盘退变患者根据退变程度的不同分为轻度退变、中度退变与重度退变3组，对比3组患者上述指标水平，结果显示，腰椎间盘退变患者中，重度退变患者腰椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平显著高于轻度及中度患者(P < 0.01)，同时中度患者显著高于轻度患者 (P < 0.01)。也就是说，腰椎间盘局部转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子水平随着病情加重呈显著增高趋势。转化生长因子β1是一种双硫键结构的碱性蛋白，其主要生理功能即为促进胶原及相关基质的合成，抑制其降解，并增加纤维连接蛋白、蛋白多糖的合成，增加其在细胞外基质中的沉淀，这一功能作用于腰椎间盘，即可有效维持椎间盘内蛋白多糖及胶原、基质的含量，保持椎间盘的弹性及其生理功能，对于腰椎间盘的发育、生长具有重要调节作用，并能够参与退变腰椎间盘的修复过程^[12]。而白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子已被相关研究证实为与骨关节疾病有着密切关系。白细胞介素1在椎间盘退变过程中起了重要作用，该细胞因子能够启动椎间盘的细胞凋亡过程，并可对于椎间盘退变相关的细胞因子的分泌和表达。白细胞介素6来源相对较为广泛，但该细胞因子能够引起软骨机制的蛋白多糖的丢失，同时对成纤维细胞胶质的合成起到一定抑制作用。在椎间盘局部可刺激炎症细胞的聚集，导致炎症递质释放，从而对椎间盘的退变起到促进作用。白细胞介素8及肿瘤坏死因子α在椎间盘退变过程中主要能够通过对滑膜细胞以及软骨细胞对前列腺素E2的合成过程起着一定的刺激作用，同时白细胞介素8还能够通过对滑膜细胞与软骨细胞合成金属蛋白酶起到一定促进作用，从而对软骨基质产生一定破坏，并对软骨细胞合成蛋白多糖起到一定抑制作用^[13-14]。上述作用与椎间盘退变的程度有着密切关系，故转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子在退变椎间盘组织中局部水平较高，且与其病变程度呈正相关。综上所述，作者认为，转化生长因子β1及白细胞介素1β、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α等炎性细胞因子在退变椎间盘局部水平增高，且增高程度与退变严重程度关系密切，上述因子的检测对椎间盘退变性疾病的早期诊断将具有重要临床价值。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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