退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3000

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (5): 690-694.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3000

• 脊柱组织构建 spinal tissue construction • 上一篇下一篇

退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义

杨洋1，姚羽2，沈孝天3，刘佳佳1，薛建华1

南通大学附属医院，1创伤中心，2骨科，江苏省南通市 226001；3南通大学，江苏省南通市 226001

收稿日期:2020-03-02 修回日期:2020-03-06 接受日期:2020-04-18 出版日期:2021-02-18 发布日期:2020-11-28
通讯作者: 姚羽，硕士，副主任医师，南通大学附属医院骨科，江苏省南通市 226001
作者简介:杨洋，男，1985年生，江苏省射阳县人，汉族，2011年南通大学毕业，硕士，主治医师，主要从事创伤外科及骨科生物力学研究。
基金资助:
南通市科技项目(MS12018057)

Expression and significance of interleukin-21 in intervertebral disc degeneration

Yang Yang1, Yao Yu2, Shen Xiaotian3, Liu Jiajia1, Xue Jianhua1

1Department of Trauma Center, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China; 3Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China

Received:2020-03-02 Revised:2020-03-06 Accepted:2020-04-18 Online:2021-02-18 Published:2020-11-28
Contact: Yao Yu, Master, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China
About author:Yang Yang, Master, Attending physician, Department of Trauma Center, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Scientific Research Project of Nantong, No. MS12018057

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
椎间盘退变型疾病：是由于腰椎间盘和关节突关节的关节软骨及其周围韧带退行性改变引发的以腰腿痛、坐骨神经痛为主要临床表现的一系列疾病的总称，是腰椎自然老化及其功能逐渐退化所致的一种疾病，是椎间盘突出症、腰椎管狭窄等脊柱退行性疾病的病理学和病理生理学基础。
白细胞介素21：是含有四螺旋束细胞因子结构域的γc家族新成员，主要由激活的Th17细胞分泌，且可以促进更多的初始CD4+T细胞分化为Th17细胞，而新分化的Th17细胞更多地分泌白细胞介素21，从而形成一个白细胞介素21自分泌环，再促进Th17细胞分泌白细胞介素17，从而介导自身免疫炎症反应。

背景：Th17细胞的特异性细胞因子白细胞介素17在退变的腰椎间盘组织中含量显著升高，白细胞介素21对Th17细胞的分化与增殖起到重要的作用。
目的：探讨白细胞介素21在腰椎间盘退变中的作用与意义。
方法：取40份髓核组织标本，其中32份取自腰椎间盘退变患者，8份取自腰椎骨折患者，同时取两组患者外周血样本。所有患者均收治于南通大学附属医院脊柱外科并经MRI及临床查体确诊。采用免疫组化法检测两组髓核组织中白细胞介素21的表达，ELISA检测两组髓核组织和外周血中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6水平，并进行Pearson相关分析。
结果与结论：免疫组化结果发现试验组髓核组织中白细胞介素21阳性率明显高于对照组(P < 0.01)。ELISA检测结果发现试验组髓核组织及外周血中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6水平均明显高于对照组(P < 0.01)。试验组髓核组织中白细胞介素21水平与其相关因子白细胞介素17、白细胞介素6水平呈正相关。结果表明白细胞介素21参与了腰椎间盘退变时发生的炎症反应和自身免疫反应。

https://orcid.org/0000-0002-4086-5645 (杨洋)

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: 腰椎, 椎间盘, 退变, 髓核, 白细胞介素21, Th17细胞, 细胞因子, 炎症

Abstract: BACKGROUND: Interleukin-17, as the specific marker of Th17 cells, is highly expressed in degenerative lumbar disc tissue. Interleukin-21 plays an important role in proliferation and differentiation of Th17 cells.
OBJECTIVE: To test the expression of interleukin-21 in nucleus pulpous tissue and peripheral blood of patients who accepted the surgery of intervertebral disc degeneration and to analyze the relevant significance.
METHODS: In total, 40 samples of nucleus pulpous tissues were obtained, 32 from intervertebral disc degeneration (IDD) and 8 from lumbar fracture (control group). Peripheral blood samples were collected from the same cohort. All patients were confirmed by physical examination and MRI and then admitted to the Spine Centre of Affiliated Hospital of Nantong University. We detected the positive signal of interleukin-21 in nucleus pulpous tissue through immunohistochemical method, and measured the levels of interleukin-21, interleukin-17 and interleukin-6 in the nucleus pulpous and peripheral blood by ELISA. Pearson’s correlation analysis was performed thereafter.
RESULTS AND CONCLUSION: There were more positive signals of interleukin-21 in the IDD group than the control group. The expression levels of interleukin-21, interleukin-17 and interleukin-6 were significantly higher in the IDD group than the control group as detected by ELISA. The level of interleukin-21 was positively correlated with the expression of interleukin-17 and interleukin-6. These findings indicate that interleukin-21 is involved in inflammatory and autoimmune responses during the development of IDD.

Key words: lumbar disc, intervertebral disc, degeneration, nucleus pulposus, interleukin-21, Th17 cell, cytokine, inflammation

中图分类号:

杨洋, 姚羽, 沈孝天, 刘佳佳, 薛建华. 退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 690-694.

Yang Yang, Yao Yu, Shen Xiaotian, Liu Jiajia, Xue Jianhua. Expression and significance of interleukin-21 in intervertebral disc degeneration[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(5): 690-694.

图/表（结果） 8

2.1 参与者数量分析按意向性处理，参加试验40例患者均进入结果分析。
2.2 两组基线资料比较见表1。

2.3 试验流程图见图1。

2.4 腰椎间盘髓核组织苏木精-伊红染色观察结果对照组可见数量较多的髓核细胞呈卵圆形，胞膜完整，核呈蓝紫色，多孤立存在于软骨陷窝中，少见多核巨细胞及细胞团；周围胶原纤维相互平行排列构成网状结构，未见囊泡状空腔和裂隙，见图2A，C。试验组可见巨大的胞质空泡化髓核细胞，数量较少，分布不均，核呈深蓝色；周围胶原纤维排列不规则，见“蛇行”裂隙和囊泡状空腔生成，可见纤维软骨细胞呈“巢状”增殖，细胞外基质存在玻璃样变性，可见多处异位骨化及血管浸润，见图2B，D。

2.5 腰椎间盘髓核组织白细胞介素21免疫组化染色观察结果所有髓核组织切片均进行免疫组化染色，试验组细胞浆包含黄褐色颗粒的阳性细胞数目明显高于对照组，见图3。

试验组白细胞介素21阳性表达率为(12.1±4.4)%，显著高于对照组(2.8±2.0)%，差异有显著性意义(P < 0.01)，见图4。

2.6 ELISA法检测髓核组织中白细胞介素21、白细胞介素17及白细胞介素6水平试验组髓核组织中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6水平均显著高于对照组，差异均有显著性意义(P < 0.01)，见表2。

2.7 ELISA法检测外周血中白细胞介素21、白细胞介素17及白细胞介素6水平试验组外周血中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6水平均显著高于对照组，差异均有显著性意义(P < 0.01)，见表3。

2.8 退变髓核组织中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6表达水平的相关性 3种因子的表达量两两之间呈正相关关系(白细胞介素21与白细胞介素17之间r=0.610，P < 0.001；白细胞介素21与白细胞介素6之间r=0.664，P < 0.001；白细胞介素17和白细胞介素6之间r=0.579，P < 0.001)，见图5。

参考文献

[1] LUOMA K, RIIHIMAKI H, LUUKKONEN R, et al. Low back pain in relation to lumbar disc degeneration. Spine.2000;25(4):487-492.
[2] LAWSON LY, HARFE BD. Developmental mechanisms of intervertebral disc and vertebral column formation. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol.2017;6(6): e283-e296.
[3] CAPOOR MN, RUZICKA F, MACHACKOVA T, et al. Prevalence ofpropionibacterium acnes in intervertebral discs ofpatients undergoing lumbar microdiscectomy:A Prospective Cross-Sectional Study. PLoS One. 2016;11(8):e0161676.
[4] SOLLE JF, BIHIN B, KIRSCHVINK N, et al. Prevalence of age-related changes in ovine lumbar intervertebral discs during computed tomography and magnetic resonance imaging. Comp Med.2016;66(4):300-307.
[5] LV X, LIU Y, ZHOU S, et al. Correlations between the feature of sagittal spinopelvic alignment and facet joint degeneration:a retrospective study. BMC Musculoskelet Disord.2016;17(1):341.
[6] TANG P, ZHU P, JI WP. The NLRP3/Caspase-1/Interleukin-1βAxis Is Active in Human Lumbar Cartilaginous Endplate Degeneration. Clin Orthop Relat Res.2016;474(8):1827-1829.
[7] WANG YX, WANG JO, KAPLAR Z. Increased low back pain prevalence in females than in males after menopause age:evidences based on synthetic literature review. Quant Imaging Med Surg.2016;6(2):199-206.
[8] SHAO J, YU M, JIANG L, et al. Differences in calcification and osteogenic potential of herniated discs according to the severity of degeneration based on Pfirrmann grade:a cross-sectional study. BMC Musculoskelet Disord.2016;17:191.
[9] WU X, LIU W, DUAN Z, et al. The Involvement of Protease Nexin-1 (PN1) in the Pathogenesis of Intervertebral Disc (IVD) Degeneration. Sci Rep. 2016;6:30563.
[10] GRANT MP, EPURE LM, Bokhari R,et al. Human cartilaginous endplate degeneration is induced by calcium and the extracellular calcium-sensing receptor in the intervertebral disc. Eur Cell Mater.2016;32:137-151.
[11] ANITUA E, PADILLA S. Biologic therapies to enhance intervertebral disc repair. Regen Med.2018;13(1):55-72.
[12] 赵才勇,何东,刘淼,等.腰椎间盘表观弥散系数与肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6的相关性研究[J].功能与分子医学影像学(电子版), 2016,5(3):34-37.
[13] 张潇潇,姜宏,张志刚,等.肿瘤坏死因子与腰椎间盘退变的相关性研究进展[J].中国中医骨伤科杂志,2017,25(12):79-82.
[14] 王亮,张照宏.趋化因子CXCL10(IP-10)、MMP-1及TNF-α与腰椎间盘突出症的相关性研究[J].山东医学高等专科学校学报,2015,37(6):445-447.
[15] 安志辉,丁文元,张剑刚,等.退变性腰椎侧凸TNF-α基因多态性和蛋白表达水平的相关研究[J].中国骨与关节杂志,2012,1(4):381-387.
[16] 朱书涛,刘洋,张明辉,等.去卵巢大鼠骨组织中肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β及白细胞介素6水平与骨质疏松的关系[J].中国组织工程研究,2016,20(15):2206-2211.
[17] 孙中仪,田纪伟.白细胞介素与椎间盘退变的研究进展[J].中国矫形外科杂志,2014,22(3):249-252.
[18] BATISTA MD, TINCATI C, MILUSH JM, et al. CD57 expression and cytokine production by T cells in lesional and unaffected skin from patients with psoriasis. PLoS One. 2013;8(2):e52144.
[19] MACDONALD TT, BELL I, MONTELEONE G. The opposing roles of IL-21 and TGFβ1 in chronic inflammatory bowel disease. Biochem Soc Trans. 2011;39(4):1061-1066.
[20] NIU X, HE D, DENG S, et al. Regulatory immune responses induced by IL-1 receptor antagonist in rheumatoid arthritis. Mol Immunol. 2011;49(1-2): 290-296.
[21] LAN L, YONGFENG X, JIANGYONG W, et al. Upregulated IL-21 and IL-21 receptor expression is involved in experimental autoimmune uveitis (EAU). Molecular Vision.2009;15:2938-2944.
[22] HAEFELI M, KALBERER F, SAEGESSER D, et al. The course of macroscospicdengeration in the human lumbar intervertebral disc. Spine. 2006;31(14):1522-1531.
[23] PHILLIPS FM, SLOSAR PJ, YOUSSEF JA,et al. Lumbar spine fusion for chronic low back pain due to degenerative disc disease:a systematic review. Spine.2013;38(7):E409-422.
[24] KIMURA H, SHIKATA J, ODATE S, et al. Risk factors for cage retropulsion after posterior lumbar interbody fusion: analysis of 1070 cases. Spine.2012; 37(13):1164-1169.
[25] ZIGLER JE, DELAMARTER RB. Five-year results of the prospective, randomized,multicenter,Food and Drug Administration investigational device exemption study of the ProDisc-L total disc replacement versus circumferential arthrodesis for the treatment of single-level degenerative disc disease. J Neurosurg Spine.2012;17(6):493-501.
[26] LAWRENCE BD, HILIBRAND AS, BRODT ED, et al. Predicting the risk of adjacent segment pathology in the cervical spine: a systematic review. Spine (Phila Pa 1976). 2012;37(22 Suppl):S52-64.
[27] BASSO M, CAVAGNARO L, ZANIRATO A, et al. What is the clinical evidence on regenerative medicine in intervertebral disc degeneration. Musculoskeletal Surg. 2017;101(2):93-104.
[28] PENG B, WU W, HOU S, et al. The pathogenesis of discogenic low back pain. J Bone Joint Surg Br.2005;87(1):62-67.
[29] YANG SH, WU CC, SHIH TT, et al. In vitro study on interaction between human nucleus pulposus cells and mesenchymal stem cells through paracrine stimulation. Spine.2008;33(18):1951-1957.
[30] STRASSBURG S, RICHARDSON SM, FREEMONT AJ, et al. Co-culmre induces mesenchymal stem cell differentiation and modulation of the degenerate human nucleus pulposus cell phenotype. Regenerative medicine.2010;5(5):701-711.
[31] JIA Z, YANG P, WU Y, et al. Comparison of biological characteristics of nucleus pulposus mesenchymal stem cells derived from non-degenerative and degenerative human nucleus pulposus. Exp Ther Med2017;13(6): 3574-3580.
[32] Hudson KD, Alimi M, Grunert P, et al. Recent advances in biological therapies for disc degeneration: tissue engineering of the annulus fibrosus, nucleus pulposus and whole intervertebral discs. Curr Opin Biotechnol. 2013;24(5):872-879.

引言

随着人口老龄化进程的加速发展，腰背痛已成为目前常见病、多发病。相关研究证实腰腿痛患者中超过40%是由椎间盘退变性疾病引起的，椎间盘退变严重甚至会导致患者神经功能缺损和残疾[1-10]，因此对椎间盘退变性疾病的治疗意义重大。椎间盘退变的发病机制目前尚未完全明了，其中椎间盘的生物力学结构破坏、浸润炎症反应、自身免疫应答、基质合成降解失衡、髓核细胞凋亡、遗传基因易感等因素均与之密切相关[11]。
近年来自身免疫炎症学说受到众多学者的重视。近期有研究发现Th17细胞的特异性细胞因子白细胞介素17在退变的腰椎间盘组织中含量明显高于正常椎间盘组织，提示白细胞介素17可能参与椎间盘退变的发病[11-17]。白细胞介素21是近年来被发现的含有四螺旋束细胞因子结构域的γc家族新成员，主要由激活的Th17细胞分泌，其可以促进更多的初始CD4+T细胞分化为Th17细胞，从而形成一个白细胞介素21自分泌环，通过自我放大途径对Th17细胞进行扩增，白细胞介素21对Th17细胞的分化以及增殖作用已在诸多研究中得到证实，在银屑病、炎症性肠病、类风湿性关节炎及葡萄膜炎等与Th17细胞相关的自身免疫疾病中，均发现了白细胞介素21对Th17细胞的显著扩增作用[18-21]。白细胞介素17在椎间盘退变组织中表达量高，可以推测可能由白细胞介素21表达上升进而促进Th17细胞增殖而引起的。因此，该研究通过检测白细胞介素21在退变腰椎间盘中的表达，进而阐明白细胞介素21与腰椎间盘退变的关系，提出可行性的治疗方案，为椎间盘退变的生物治疗提供实验依据，为腰椎间盘退变的临床诊治提供新的途径和思路。
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

材料方法

1.1 设计病例-对照研究。
1.2 时间及地点 2017年6月至2019年5月在南通大学附属医院完成。
1.3 对象
(1)试验组：选取2017年6月至2019年5月南通大学附属医院脊柱外科收治接受手术治疗的腰椎间盘退变患者32例，其中男19例，女13例；平均年龄(61.2±6.8)岁(46-70岁)；平均病史(16.5±6.6) 个月(5-30个月)；病变部位：L4/5椎间隙13例，L5/S1椎间隙16例，L4/5合并L5/S1双节段3例。纳入标准：①经临床检查及相关病史确诊为腰椎间盘退变且有明确手术指征；②MRI检查示T2加权像髓核呈不均匀的中等或低信号，椎间盘高度明显下降，Pfirrmann分级Ⅲ级以上者[9]。排除标准：①脊柱先天畸形、滑脱、肿瘤、结核及免疫系统疾病等；②术前6周行硬膜外或关节突关节药物注射治疗者；③既往有腰椎手术史者；④其他可能影响神经功能的疾病，如糖尿病、多发性周围神经炎等；⑤有严重感染、免疫抑制以及其他严重疾病的患者；⑥怀孕及哺乳期妇女。
(2)对照组：选取2017年6月至2019年5月南通大学附属医院脊柱外科收治因外伤致胸腰椎骨折患者8例，其中男5例，女3例；平均年龄(36.6±6.0)岁(27-43岁)；其中T12/L1椎间隙4例，L1/2椎间隙3例，L2/3椎间隙1例。纳入标准：①既往无腰腿痛及椎管手术史；②术前检查证实不存在与实验相关免疫性疾病；③术前CT检查未发现椎间盘存在退变及突出等改变，MRI检查见T2加权像髓核信号为高信号；④术中未见腰椎骨折处椎间盘脱出游离等肉眼可见的病理表现。排除标准：①排除有严重感染、免疫抑制以及其他严重疾病的患者；②怀孕及哺乳期妇女。
根据国务院《医疗机构管理条例》规定，术前征得所有患者及家属同意并报院伦理委员会批准。
1.4 实验试剂兔抗人白细胞介素21免疫组化单克隆抗体(北京博奥森生物技术有限公司)；鼠抗兔辣根过氧化物酶标记抗体(美国Santacruz公司)；HRP-Polymer anti-Mouse/Rabbit IHC Kit试剂盒(福州迈新生物技术开发有限公司)；96孔人白细胞介素21、白细胞介素17、白细胞介素6定量ELISA试剂盒(美国RapidBio Lab公司)。
1.5 方法
1.5.1 标本采集
(1)髓核标本的采集：试验组标本(共32份)由手术经验丰富医师行后外侧椎板间开窗髓核摘除术或后路减压椎间融合器植入植骨融合内固定术时获取髓核标本。对照组标本(共8份)取自后路内固定减压椎间植骨术，术中取出椎间盘组织后仔细剔除标本中的纤维环及终板，保留髓核组织。
(2)外周血清标本的采集：试验组及对照组患者确诊入院后未经输液等治疗前用抗凝管采患者外周血5 mL，常温下静置，以3 000 r/min离心15 min，取上层淡黄色血清，编号后置于-80 ℃冰箱中保存待用。
1.5.2 苏木精-伊红染色 40 g/L多聚甲醛固定髓核组织，梯度乙醇脱水，石蜡包埋，标本切片厚4 μm，电热恒温干燥箱过夜，二甲苯脱蜡，冲洗，苏木精染色，PBS清洗，伊红染色，PBS清洗，脱水，封固，光学显微镜观察并标记。
1.5.3 白细胞介素21的免疫组织化学染色石蜡标本切片 4 μm，37 ℃烤箱过夜，梯度乙醇、二甲苯脱蜡水化，PBS冲洗，高温高压修复2 min，组织封闭液室温封闭2 h，一抗4 ℃孵育过夜，隔天PBS清洗3遍，二抗温箱孵育2 h，冲洗、甩片，苏木精衬染，树胶封固，光学显微镜观察白细胞介素21的表达。
1.5.4 ELISA法检测髓核及血清中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6的表达水平两组患者等量髓核组织匀浆及血清制备，样本稀释5倍，设置标准品孔和样本孔，标准品孔逐个加不同浓度的标准品50 μL，样本孔加待测样本10 μL与样本稀释液40 μL，标准品孔和样本孔中每孔加入HRP标记的检测抗体100 μL，37 ℃恒温箱中放置1 h，反复洗涤5次，每孔加入底物A、B各50 μL，37 ℃避光孵育15 min，每孔加终止液50 μL，在15 min内于450 nm波长下测定每孔吸光度值，反复测量3次。
1.6 主要观察指标 ①苏木精-伊红染色观察腰椎间盘髓核组织学形态；②免疫组化染色观察腰椎间盘髓核组织白细胞介素21的表达；③ELISA法检测髓核组织和外周血中白细胞介素21、白细胞介素17及白细胞介素6水平；④退变髓核组织中白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6表达水平的相关性。
1.7 统计学分析采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析。数据以x±s表示，样本均数间先行方差齐性检验和正态分布检验，符合条件后采用student t检验分析，白细胞介素21、白细胞介素17和白细胞介素6相关性分析采用Pearson相关检验评估。

讨论

椎间盘由软骨板、纤维环及髓核组成，在脊柱活动中起连接稳定、增加活动度及缓冲震荡的作用[22]，反复的不均匀机械应力导致椎间盘外周纤维环裂隙状撕裂，进而破坏椎间盘内部结构，影响椎间盘稳定，处于“免疫赦免”状态的髓核与外周免疫系统接触引起自身免疫炎症反应，最终导致腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄等一系列退行性脊柱疾病。
目前对椎间盘退变引起的退行性脊柱疾病的治疗方案主要为手术治疗，其中减压椎间融合术、椎板间开窗髓核摘除术及人工腰椎间盘置换术已成为经典手术治疗方法，然而减压椎间融合术后的椎间融合器后移、脊柱活动度减少及邻近节段负荷增加极易导致退变等并发症，椎板间开窗髓核摘除术具有腰椎不稳和高复发率的弊端，人工腰椎间盘置换术后纵向骨化自发融合易导致活动受限等不良预后[22-26]。随着分子生物学的发展以及椎间盘退变相关分子学的深入研究，研究者对椎间盘退变的治疗已转向维持椎间盘内环境稳定和逆转退化的过程[27-32]。如何延缓甚至逆转椎间盘退变成为治疗退行性脊柱疾病的新思路，椎间盘源性干细胞移植、生长因子局部注射及转基因细胞导入等治疗方案在实验动物模型中取得令人瞩目的成果。
目前已证实白细胞介素21参与了Th17细胞的分化与扩增过程，近期研究显示Th17细胞的特异性效应因子白细胞介素17在退变椎间盘组织中一方面能够通过募集并活化大量淋巴细胞和巨噬细胞，加重椎间盘组织炎症细胞浸润；另一方面参与放大炎症反应，显著增加炎症因子分泌，加速椎间盘退变。因此该研究通过检测退变椎间盘组织髓核内白细胞介素21及其相关因子白细胞介素6和白细胞介素17的表达并分析3者之间的相互关系，探讨白细胞介素21在椎间盘退变自身免疫炎症机制中可能发挥的作用，尝试从分子生物学角度延缓椎间盘退变，为生物治疗提供新的途径和思路。
该研究选取经MRI影像诊断和术中组织观察后确诊为椎间盘退变患者为试验组，同时收集年龄在45岁以下结合MRI观察椎间盘无明显退变的腰椎爆裂性骨折患者为对照组。通过免疫组织化学染色发现白细胞介素21在退变髓核组织中免疫反应阳性率明显高于对照组；用ELISA法再次证实退变腰椎间盘髓核组织中白细胞介素21、白细胞介素6与白细胞介素17的表达与正常对照组相比显著提高，证明Th17细胞在椎间盘退变过程中发挥重要作用，同时分析发现3者之间互成正相关性，提示3者在椎间盘退变中可能存在协同作用。
该研究同时还检测了椎间盘退变患者及腰椎骨折患者外周血中白细胞介素6、白细胞介素17和白细胞介素21水平，发现均显著高于对照组。由于髓核组织与外周免疫系统接触，炎性肉芽组织伴新生血管向内长入椎间盘内部，原先完全封闭的髓核中出现丰富的微血管[28]，血管屏障破坏后髓核中高表达的炎症因子如白细胞介素6、白细胞介素17及白细胞介素21等随新生血管进入外周血液循环，引起外周血中的表达水平也相应增高，所以血清中白细胞介素6、白细胞介素17及白细胞介素21的高水平表达间接反映出白细胞介素21及其相关细胞因子可能参与退变椎间盘中髓核自身免疫炎症反应。
该试验结果经分析得出在退变的髓核组织中白细胞介素6、白细胞介素21与白细胞介素17存在正相关关系，说明在退变椎间盘中存在白细胞介素6对Th17细胞的诱导起始作用和白细胞介素21自分泌环对Th17细胞的扩增作用。退变的髓核组织中白细胞介素6和白细胞介素21之间的正相关性则可能存在两种机制：一方面白细胞介素6诱导Th17细胞分化继而高表达白细胞介素21，另一方面白细胞介素21促进Th2细胞增殖并分泌白细胞介素6。
然而白细胞介素21在椎间盘退变发生机制中的具体作用尚需进一步深入研究，可以通过培养Th17细胞，敲降或过表达白细胞介素21，随后与椎间盘细胞共培养，检测椎间盘细胞凋亡与细胞外基质水平，阐明白细胞介素21-Th17-椎间盘退变之间的联系，同时可以在体内进行白细胞介素21/白细胞介素21受体基因敲除动物实验模型进一步探索白细胞介素21在椎间盘退变过程中的作用机制。
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

退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义

Expression and significance of interleukin-21 in intervertebral disc degeneration

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 8

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	姚汝斌, 王仕永, 杨开舜. 微创经椎间孔椎间融合治疗单节段腰椎管狭窄症对腰椎-骨盆平衡的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1387-1392.
[3]	王海莹, 吕冰, 李辉, 王顺义. 减压植骨融合内固定治疗退变性腰椎滑脱：基于脊柱骨盆参数预测患者的功能预后[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1393-1397.
[4]	吕振, 白金柱. 基于McKenzie技术的腰椎运动链训练应用于腰椎间孔镜术后分期康复的前瞻性研究[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1398-1403.
[5]	梁彦, 赵永飞, 徐帅, 朱震奇, 王凯丰, 刘海鹰, 毛克亚. 影像学评估高选择性神经根封闭辅助退行性脊柱侧凸短节段固定融合的效果[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1423-1427.
[6]	高燕, 赵力聪, 赵洪增, 朱园园, 李杰, 桑德恩. 慢性椎间盘源性下腰痛患者脑静息态低频振幅的改变[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1160-1165.
[7]	刘志超, 张帆, 孙旗, 康晓乐, 袁巧妹, 柳根哲, 陈江. 不同静水压下人椎间盘髓核细胞的形态和活性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1172-1176.
[8]	柴乐, 吕建兰, 胡劲涛, 胡华辉, 许庆军, 余进伟, 全仁夫. 诱导急性脊髓损伤模型大鼠炎症反应信号通路的变化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1218-1223.
[9]	耿秋东, 葛海雅, 王和鸣, 李楠. 基于网络药理学探讨龟鹿二仙胶治疗骨关节炎的作用及机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1229-1236.
[10]	顾霞, 赵敏, 王平义, 李一梅, 李文华. 低氧诱导因子1α与低氧相关疾病信号通路的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1284-1289.
[11]	王正东, 黄娜, 陈婧娴, 郑作兵, 胡鑫宇, 李梅, 苏晓, 苏学森, 颜南. 丁酸钠抑制氟中毒可诱导小胶质细胞活化及炎症因子表达增多[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1075-1080.
[12]	谢文佳, 夏天娇, 周卿云, 刘羽佳, 顾小萍. 小胶质细胞介导神经元损伤在神经退行性疾病中的作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1109-1115.
[13]	史洋洋, 秦英飞, 吴福玲, 何潇, 张雪静. 胎盘间充质干细胞预处理预防小鼠毛细支气管炎[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 991-995.
[14]	樊全宝, 罗惠娜, 王丙云, 陈胜锋, 崔连旭, 江文康, 赵明明, 王静静, 罗冬章, 陈志胜, 白银山, 刘璨颖, 张晖. 低氧培养犬脂肪间充质干细胞的生物学特性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1002-1007.
[15]	段丽芸, 曹晓沧. 人胎盘间充质干细胞来源细胞外囊泡调节肠炎小鼠肠黏膜胶原的沉积[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1026-1031.