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退变椎间盘生物学特性研究进展
下腰痛(low back pain,LBP)是骨科常见多发病,约70％的人一生当中都曾发生过LBP,给社会带来了重大经济损失[1].然而,LBP的发生机制至今仍然不清楚,一般认为椎间盘退变引起的疾病(disc degenerative diseases,DDD)是引起腰腿痛的常见原因且以腰椎间盘突出为常见[2].现有研究表明DDD与多种因素有关,包括遗传因素、力学因素、环境因素、生活习惯、年龄和性别因素等,因此探讨退变椎间盘相关生物学特性具有重要的意义[3].
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椎间盘细胞组织工程的研究进展
近年来体外椎间盘髓核各纤维环组织细胞培养技术的建立,特别是软骨组织工程研究的不断深入及自体椎间盘细胞移植修复髓核缺损动物实验的初步成功,为退变椎间盘的形态结构与生理功能的完全再生修复带来了希望.
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颈椎非融合性固定的研究进展
颈椎前路减压植骨融合术已成为治疗神经根或脊髓型颈椎病的经典术式并取得良好疗效.但长期随诊资料也表明存在不少远期并发症,如:融合节段相邻椎间盘退变加速,症状复发,甚至需要再次手术治疗[1].这些成为困扰广大脊柱外科医生的难题,借鉴于关节置换的成功经验,人们致力于探求合适的人工假体替代退变椎间盘的全部或其中一部分,以求恢复椎间盘的解剖和功能,寻求颈椎的非融合固定,这就产生了人工椎间盘置换.替代退变的全部椎间盘者称为全椎间盘置换,只替换退变的髓核者称人工髓核置换.本文就颈椎非融合性固定的研究进展作一概述.
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腰椎人工椎间盘与髓核假体相关理论及临床研究进展
腰椎椎间盘退变性疾病是脊柱外科领域常见的疾病之一.退变早期通常采取单纯髓核摘除术,发展到晚期则采用减压内固定融合术.随着腰椎间盘置换术的日益成熟,维持退变节段的活动度已开始成为脊柱外科的焦点.腰椎间盘置换术的理论优势就在于长期缓解病变节段引发的疼痛,重建退变椎间盘的高度来防止相对应神经组织损害,维持病变节段的活动度来预防临近节段及对应的后柱小关节面的病变.本文详细描述了与腰椎人工椎间盘假体相关的理论,包括正常腰椎活动节段的解剖结构及生物力学变化,同时对于目前应用广泛的3种椎间盘假体的早期临床随访结果作一综述,对其临床研究中有待解决的问题作一总结.
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白介素-1受体拮抗剂(IL-1Ra)与椎间盘基质代谢
临床上因椎间盘退变而引起腰腿痛患病率高达60%～80%,而由于腰椎间盘突出引起坐骨神经痛的患者占总人口数的5%[1～2].腰椎间盘突出症已成为临床常见病、多发病,给患者带来巨大的痛苦,同时也消耗了大量的医疗资源和费用.虽然目前对椎间盘退变的确切机理尚不清楚,但随着近年来对椎间盘的分子生物学、免疫学及生物力学等认识的进展,以及实验设备的改善和实验手段的改进,对椎间盘退变机理的研究正在不断深入,特别是对椎间盘基质的代谢及其调节的认识取得长足的进步.本文就椎间盘基质的组成及退变时成分的改变和IL-1Ra对退变椎间盘基质代谢的调节做相关总结.
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细胞因子对退变椎间盘成份的影响
构成椎间盘的蛋白多糖含量随年龄增长而逐渐减少,其涵水能力下降,椎间盘高度和负重能力发生改变,影响了椎间盘的生物力学功能.椎间盘退变也与椎间盘组织中酶系活性改变和相关细胞因子的释放有关.这种成份变化的机制迄今仍不完全清楚.可能与椎间盘的生物化学和组织学性质改变有关,有多种细胞因子及酶可能在椎间盘退变的病理过程中发挥调节作用.现就细胞因子对退变椎间盘成份影响的研究状况综述如下:
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椎间盘退变机理的研究进展
椎间盘是由多种结缔组织构成的高度特异性结构,这些成分有序合理的组织是椎间盘行使正常功能的基本要求.在椎间盘的结构组成中,胶原和蛋白多糖两种大分子化合物起关键作用.随着年龄增加,椎间盘逐渐发生退行性变化,在退变椎间盘中,胶原类型发生很大变化,甚至完全转换[1];蛋白多糖含量下降,其中呈聚集状态的蛋白多糖下降尤为明显,非聚集状态蛋白多糖比例相对增加.另外,硫酸软骨素浓度下降,硫酸角质素浓度增加[2].因此,伴随年龄增大所引起的椎间盘老化或退变可能是基质合成和破坏之间不平衡所引起的.到底哪种成分在椎间盘退变中起主要作用还不清楚.从机体的生长与发育过程看,椎间盘退变是一与年龄相关的自然老化过程.在出生后不久,椎间盘的高度和直径快速增长以适应椎体生长的需要.椎间盘的结构和组成必然先于其形态学的变化,这些变化出现在退变之前,同时也构成了成熟的基础.从生物化学角度上讲,与年龄相关的椎间盘退变开始于出生后不久.每一个人的每一个椎间盘在其自然生长过程中都要经历过程相似的变化,只不过程度及早晚不同而已.
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MSCs/HA及TGF-β1复合移植修复退变椎间盘的实验研究
按照Lindblom折尾加压法制作大鼠尾椎椎间盘退变模型60只,随机分为A、B、C、D四组各15只,均用水合氯醛进行麻醉,尾髓内分别注入骨髓间充质干细胞(MSCs)/透明质酸(HA)、HA/转化生长因子-β1(TGF-β1)、MSCs/HA和HATGF-β1复合物,观察各组椎间盘组织形态学及免疫组织化学染色情况.结果移植修复术后C组髓核区细胞密度、PG和Ⅱ型胶原含量均显著高于其他三组,P＜0.01或0.05;BrdU染色阳性细胞数随时间推移而减少.认为MSCs/HA及TGF-β1复合移植修复退变椎间盘近期效果确切.
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人退变椎间盘细胞的培养及形态学观察
近年来,我们建立了退变人椎间盘细胞的体外模型,对其形态学及生物学行为进行了研究,现将结果报告如下.
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荷载RADA-16/Sox-9的骨髓间充质干细胞在兔退变椎间盘修复中的作用
目的 探讨荷载RADA-16/Sox-9的骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)对兔退变椎间盘的修复作用及可能机制.方法 40只大白兔随机分为对照组、Sox-9 MSCs组、RADA-16 MSCs组、RADA-16 +Sox-9 MSCs组各10只,4组均采用自行设计的加压装置制备退变椎间盘模型.对照组不作处理,Sox-9 MSCs组、RADA-16 MSCs组、RADA-16+ Sox-9 MSCs组在造模成功后7d分别向L3/4L4/5、L5/6椎间隙注射Sox-9转染MSCs、RADA-16转染MSCs、RADA-16+ Sox-9转染MSCs溶液各5 mL.分别于转染前、转染后3个月行腰椎X线片、MRI检查测量髓核矢状径指数、根袖直径、神经根鞘袖和硬脊膜夹角、病变间隙、临近节段椎间隙高度变化;于转染前、转染后3个月分别处死5只兔,取椎间盘制作病理切片,采用免疫组织化学法检测髓核组织中Ⅱ型胶原表达.结果 4组转染前髓核矢状径指数、根袖直径、神经根鞘袖和硬脊膜囊夹角比较差异无统计学意义(P＞0.05);转染后3个月,对照组、RADA-16 MSCs组、Sox-9 MSCs组、RADA-16+ Sox-9 MSCs组髓核矢状径指数(0.36±0.13、0.33±0.12、0.20±0.14、0.17±0.11)、神经根鞘袖和硬脊膜夹角[(26.92±1.10)°、(26.23±1.17)°、(25.77±1.17)°、(25.32±1.18)°]依次降低,根袖直径[(0.21±0.05)、(0.29±0.04)、(0.37±0.06)、(0.45±0.05)cm]依次增加(P＜0.05);4组转染前病变间隙、临近节段椎间隙高度变化、Ⅱ型胶原表达比较差异均无统计学意义(P＞0.05);转染后3个月,对照组、RADA-16 MSCs组、Sox-9 MSCs组、RADA-16+Sox-9 MSCs组病变间隙[(26.89±1.11)、(24.77±1.13)、(21.28±1.12)、(16.33±1.13)cm]、临近节段椎间隙高度变化[(1.68±0.12)、(1.50±0.10)、(1.29±0.11)、(1.01±0.10) mm]依次降低,Ⅱ型胶原表达(190.65±1.35、208.80±1.40、221.34±1.56、240.95±1.45)依次增加(P＜0.05).结论 荷载RADA-16/Sox-9的MSCs对兔退变椎间盘有较好的修复作用,可能与其能增加髓核组织中Ⅱ型胶原含量有关.
关键词： 退变椎间盘 骨髓间充质干细胞 RADA-16/Sox-9 Ⅱ型胶原 兔 -
中西药对神经根型颈椎病患者血清中SOD的影响
目的:了解、观察中西药治疗颈椎病对血清超氧化歧化酶(SOD)含量及疼痛功能评分的影响.方法:对一组神经根型颈椎病患者,给予抗骨增生胶囊、葡立胶囊联合应用治疗6个月,测定血清SOD含量及疼痛功能评分变化.结果:颈椎病患者治疗组血清SOD含量与治疗前相比明显升高,疼痛功能评分治疗前相比明显降低.结论:抗骨增生胶囊与葡立胶囊联合应用可明显缓解症状,提高血清SOD活力,延缓颈椎间盘退变,对治疗颈椎病有明显疗效.
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自体垂直悬吊牵引对兔退变椎间盘组织的影响
目的:探讨自体垂直悬吊牵引对新西兰大白兔退变椎间盘病理组织的影响.方法:以16G针刺损伤18只新西兰大白兔腰椎椎体右前侧纤维环制备椎间盘退变模型,随机分为牵引组和对照组.牵引组(n=8)行自体垂直悬吊牵引,每天牵引30 min,连续牵引8周.对照组(n=8)不予治疗,分别于牵引后2、4、6、8周行腰椎侧位X线检查和病理组织学观察.结果:随着牵引时间的延长,牵引组腰椎间隙高度逐渐增加,椎间盘内的含水量及活椎间盘细胞数量增多,纤维环排列日趋规则.结论:自体垂直悬吊牵引可能延缓和抑制椎间盘退变.
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人退变椎间盘内3种干细胞的生物学特性比较
目的 比较来源于同一人退变椎间盘内髓核干细胞(NPSCs)、纤维环干细胞(AFSCs)及软骨终板干细胞(CESCs)的生物学特性.方法 收集7例经X线、核磁共振成像(MRI)确诊为椎间盘突出症患者,将取出的椎间盘仔细分离并进行酶消化、滤网过滤后获得NPSCs、AFSCs及CESCs.培养至第3代时,采用细胞计数试剂盒(CCK-8)检测3种干细胞的生长活性,并进行成脂、成骨及成软骨诱导分化.诱导21d后分别应用油红O染色检测细胞成脂能力,茜素红染色检测细胞成骨能力,甲苯胺蓝染色检测细胞成软骨能力.提取第3代细胞总RNA,分别行反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测成脂、成骨及成软骨相关基因的表达情况.结果 来自于同一患者的NPSCs、AFSCs与CESCs形态上相似,差异无统计学意义(P＞0.05).生长曲线显示CESCs[第1、3、5、7、9、11、13、15天吸光度(A)值分别为0.35 ±0.01、0.52 ±0.02、0.64 ±0.08、0.80 ±0.19、0.79 ±0.20、1.06±0.11、1.37 ±0.09、1.31±0.41]与AFSCs(第1、3、5、7、9、11、13、15天A值分别为0.38±0.01、0.50±0.03、0.72 ±0.06、0.82 ±0.13、0.87±0.08、0.87±0.09、1.20 ±0.05、1.43±0.05)增殖能力要比NPSCs(第1、3、5、7、9、11、13、15天A值分别为0.32±0.02、0.42 ±0.04、0.59±0.01、0.64±0.17、0.65 ±0.19、0.68 ±0.21、0.67 ±0.12、0.59±0.12)活跃.油红O染色、茜素红染色及甲苯胺蓝染色分别证实3种干细胞均可向脂肪、骨及软骨三系诱导分化.RT-PCR检测结果显示AFSCs在成脂[过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ):6.85 ±0.32,脂蛋白脂肪酶(LPL):13.72±0.37]、及成软骨[Ⅱ型胶原(COL-2):10.45±1.10,性别决定因子相关基因-9(SOX-9):14.39±1.22]基因表达方面比NPSCs(PPARγ:6.63±0.50,LPL:8.41±0.42,COL-2:3.53±0.62,SOX-9:7.66 ±0.68)与CESCs(PPARγ:7.21±0.21,LPL:10.62±0.37;COL-2:8.26±0.49,SOX-9:13.70±1.10)略强;而成骨能力方面,CESCs强[Runt相关转录因子2(RUNX-2):7.30±1.1,COL-2:8.22±0.84],AFSCs(RUNX-2:6.20 ±0.92,COL-2:4.94±0.90)与NPSCs相当(RUNX-2:2.61 ±0.06,COL-2:7.05 ±0.82);NPSCs的成脂基因尤其LPL基因表达较低.结论 NPSCs、AFSCs及CESCs在体外培养中细胞形态相似,但生物学特性方面存在差异.体外诱导分化及RT-PCR检测结果均提示AFSCs比其他两种干细胞在椎间盘组织工程领域中更加具有优越性.
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退变椎间盘的基质合成和分解
下腰痛(Low back pain,LBP)是40岁以上人群的多发病与常见病,其中腰椎间盘退变性疾病(degenerative disc desease,DDD)是为重要的原因.腰痛造成的痛苦严重影响到患者正常的生活、工作,而目前的治疗还只能是改善患者的症状,不能逆转或阻止椎间盘退变的进程.
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HIF-1α、MMP-2在退变腰椎间盘髓核中的表达及相关意义
目的 探讨缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)、基质金属蛋白酶-2(MMP-2)在人类退变腰椎间盘髓核组织中的表达变化情况.方法 对照组为取自青壮年腰椎爆裂性骨折患者的正常椎间盘髓核组织;实验组为腰椎间盘突出症患者的退变椎间盘髓核组织,依据术前MRI影像表现分为3组.分别进行免疫组织化学染色,比较4组椎间盘组织中HIF-1α、MMP-2表达.结果 HIF-1α在对照组、轻度退变组、中度退变组、重度退变组椎间盘髓核组织中的表达分别为(8.92±3.411%、(46.81±3.63)%、(66.88±4.60)%、(89.63±2.27)%;MMP-2在对照组、轻度退变组、中度退变组、重度退变组椎间盘髓核组织中的表达分别为(9.61±3.03)%、(47.31±4.4)%、(69.54±5.96)%、(90.05±3.16)%.HIF-1α、MMP-2在实验组退变的椎间盘中的表达显著高于对照组(P<0.05),而且不同退变程度的表达也不同(P<0.05),统计学分析均有显著差异,HIF-1α和MMP-2在退变的椎间盘组织中的表达呈正相关关系.结论 HIF-1α、MMP-2均可能参与了人类腰椎间盘组织的退变过程,且HIF-1α、MMP-2在人类退变腰椎间盘组织中有相同的增高趋势,HIF-1α可能作为MMP-2的一个重要调节因素,与MMP-2相互协调、共同促进椎间盘退变.
