退变腰椎间盘组织中MMP-3、IL-1、TNF-α的表达变化及意义

(新乡市中心医院，河南新乡 453000)

腰椎间盘突出是导致下腰腿痛和神经根性疼痛最常见的原因，但其发病机制目前尚未完全阐明［1］。研究［2］发现除了生物化学因素可能在其发病中起重要作用外，也可能存在细胞因子的作用。2008年6月～2011年2月，本研究观察了退变的腰椎间盘组织中基质金属蛋白酶3(MMP-3)、白细胞介素1(IL-1)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)的表达变化，并探讨其意义。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 行手术治疗的腰椎间盘突出症患者40例(研究组)，男25例，女15例，年龄30～72岁，平均(45.7±11.2)岁。所有患者术前均经 CT及MRI检查确诊。病变累及 L3～4椎间盘9例，L4～5椎间盘22例，L5～S1椎间盘9例。均存在较明显的坐骨神经痛，伴或不伴下腰痛，直腿抬高试验阳性，无急慢性感染史和免疫系统疾病。根据MRI影像分型，突出型23例，脱出型17例。术中取退变的椎间盘组织(研究组)。另取20例行前路手术治疗的因腰椎爆裂型骨折而受累的正常椎间盘组织作为对照组。患者中男13例，女7例，年龄29～70岁，平均(43.7±9.3)岁。对照组入选标准:①既往健康，无脊柱病史，无腰腿痛和椎管手术史，无免疫系统疾病;②CT扫描均未发现腰椎间盘突出，术中腰椎骨折处无椎间盘突出等肉眼可见的病理表现。两组性别、年龄相比，P均 ＞0.05。

1.2 MMP-3、IL-1及 TNF-α 的检测 将术中所得的新鲜椎间盘标本反复用生理盐水冲洗，消除血液及其他人体体液的污染，存放于－70℃冰箱中备用。实验前先将椎间盘组织称重，超声波粉碎，加入PBS研磨制成匀浆，3 500 r/min离心10 min，取上清。采用ELISA法测定两组椎间盘组织中的MMP-3、IL-1及TNF-α。按说明书进行操作。

1.3 统计学方法 采用SPSS13.0统计学软件。计量资料用±s表示，采用t检验。P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

研究组椎间盘组织中MMP-3、IL-1及TNF-α表达水平分别为(20.45 ±3.48)、(13.68 ±3.23)、(11.54 ± 3.11)pg/mL，对照组分别为(5.11 ±0.71)、(2.66 ± 1.16)、(3.54 ± 1.38)pg/mL，两组相比，P均 ＜0.05。

3 讨论

腰椎间盘突出是骨科常见病，椎间盘的退变过程不仅表现为形态学上的变化，还伴有组织学与生化性质的改变，如蛋白多糖和水含量的减少、胶原类型的转换、降解酶活性的升高以及炎症介质的释放增多等［3］。过去认为机械压迫是腰椎间盘突出症坐骨神经痛的直接原因，而近年研究［4］表明炎症反应起着更重要的作用，术中经常发现神经根表现为充血、水肿等类似炎症样变化。组织病理学发现腰椎间盘突出组织表现为以巨噬细胞为主的炎性细胞浸润和新血管形成的炎性肉芽组织。分子生物学研究发现，MMPs、IL-1、IL-6、TNF-α 等细胞因子在椎间盘退变的发生发展中具有重要作用［5］。

正常状态下，椎间盘内存在调节基质代谢的酶系统，使细胞外基质(ECM)的合成、分解处于平衡状态，当该平衡遭到破坏使得髓核水分和弹性丧失时，将导致椎间盘的生物力学功能减退，出现椎间盘退变［5］。MMP-3是重要的基质金属蛋白酶之一，属于基质降解酶，也是椎间盘ECM降解的关键酶，能够降解包括蛋白多糖、层黏蛋白、纤维连接蛋白等Ⅳ和V型胶原［6］。MMP-3还可激活其他潜在的各类MMPs，形成瀑布效应［7］。故 MMP-3是降解退变的椎间盘基质的主要酶类［8］。大量研究证实［9，10］，MMP-3与基质退变之间存在密切关系，退变的椎间盘组织产生的MMP-3比正常椎间盘组织要高。

有研究［11］发现，椎间盘退变过程中伴随着多种细胞因子水平的改变，其中IL家族与椎间盘退变关系密切。IL-1由活化的单核—巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞、软骨细胞等分泌，是种强有力的致痛物质，可直接刺激神经根并增强缓激肽的敏感性，参与椎间盘突出所致的神经根疼痛的病理过程。当髓核破裂突出时，损伤部位发生急性炎性反应，单核细胞为主的炎性细胞浸润，并释放IL-1，进而刺激细胞间黏附分子的表达，对炎性细胞具有趋化作用，导致神经根性疼痛［12］。

TNF-α主要是由单核—巨噬细胞分泌，不仅对肿瘤细胞有细胞溶解、抑制增殖的作用，它还是一种重要的炎症介质，可刺激中性粒细胞和嗜酸性粒细胞产生大量超氧化物，释放溶酶体酶，对周围细胞产生毒性作用，还可介导其他炎性因子表达，加重局部炎症反应。有研究［13，14］发现椎间盘退变患者髓核突出1 d后，椎间盘细胞就产生大量TNF-α，这些细胞因子从细胞内转移到细胞外，导致突出的椎间盘内巨噬细胞聚集。由于聚集的巨噬细胞强大的吞噬活性及其释放的IL的作用，椎间盘成分被逐步吸收。

本研究结果显示，研究组椎间盘组织中MMP-3、IL-1、TNF-α水平均显著高于对照组，提示三者可能在椎间盘退变的发生机制中发挥重要作用，这将为椎间盘退变的预防和治疗提供新的途径。由于本研究对象数量较少，未对不同年龄组进行比较，下一步将对不同年龄对椎间盘退变患者上述炎症介质的影响进行研究。另外椎间盘退变的机制复杂，仍需进一步研究各种细胞因子在椎间盘退变中的作用及相互关系，为椎间盘退变的防治提供理论依据。

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