肿瘤坏死因子α和白介素1β在突出椎间盘组织中的表达及意义

董锡亮，赵宏斌，杨燕琼，杨子斌，吕 乔，阮安培

腰椎间盘突出症(LDH)是椎间盘退行性病变之一，主要表现为腰腿疼痛，是骨科临床工作中的常见病和多发病，给患者的生活带来了极大的不便和痛苦。目前本病尚无有效的治疗方法，并且对于椎间盘退行性病变引起LDH的确切病因和机制尚不完全清楚[1]。随着医学科学技术的不断发展，国内外学者从不同的角度和领域采用不同的研究方法(主要有分子生物学技术、标记免疫学技术、基因信息学技术等)对其进行研究，发现细胞因子与椎间盘退变性病变(退变)存在一定的联系，特别是肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白介素1β(IL-1β)在椎间盘退变中的作用越来越受到重视[2-3]。为此，本研究通过对不同病变程度的LDH患者椎间盘组织中TNF-α和IL-1β的水平测定，进一步探讨炎性细胞因子TNF-α和IL-1β在椎间盘退变中的重要作用，为临床上对LDH的防治开辟新途径提供相关的实验依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2007年1月—2012年1月在本院进行手术治疗的91例LDH患者的椎间盘组织作为研究组，其中男56例，女35例；平均年龄为(43.1±12.4)岁；平均病程为(14.6±8.4)个月。患者均经X线摄片、CT检查及磁共振检查确诊。椎间盘突出部位：L3/L48例，L4/L547例，L5/S136例；LDH类型(严重程度)：膨出型38例，突出型32例，脱垂游离型21例，并依此对研究组患者进行亚组分析。另选取同期在本院经手术治疗的42例腰椎外伤患者的正常腰椎间盘组织作为对照组，患者无腰椎疼痛及腰椎手术相关病史，且经实验室检查和影像学检查确诊；其中男28例，女14例；平均年龄为(42.9±13.1)岁。两组患者的性别构成及年龄间有均衡性。本研究标本切取均由同一临床小组医生完成并且经过医院伦理委员会同意。

1.2 方法 用0.9%的无菌氯化钠溶液反复冲洗并保存术中获取的新鲜椎间盘组织标本。椎间盘组织称重并采用超声粉碎，使用磷酸盐缓冲液(PBS)进行溶解制成匀浆，取离心后的上清液，采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定其TNF-α、IL-1β水平。具体操作过程严格按照试剂盒说明书进行，TNF-α、IL-1β的ELISA试剂盒均购于美国Amresco公司。

2 结果

2.1 两组椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平比较 研究组椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平分别为(20.2±14.8)ng/L和(11.8±6.2)ng/L，对照组分别为(6.5±2.2)ng/L和(3.2±1.8)ng/L，两组比较差异有统计学意义(t值分别为-8.559和-12.175；P=0.000，见图1)。

2.2 研究组各亚组与对照组椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平比较 对照组、膨出型亚组、突出型亚组、脱垂游离型亚组椎间盘组织中TNF-α、IL-1β水平比较，差异均有统计学意义(P<0.05)；其中3个亚组的椎间盘组织中TNF-α、IL-1β水平均高于对照组，脱垂游离型亚组又高于膨出型亚组、突出型亚组，差异均有统计学意义(P<0.05，见表1、图2)。

注：TNF-α=肿瘤坏死因子α，IL-1β=白介素1β

图1 研究组与对照组椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平比较

Figure1 Comparison of the expression levels of TNF-α和IL-1β in disc tissue between the experiment group and the control group

Table1 Comparison of the expression levels of TNF-α和IL-1β in disc tissue among the three subgroups and the control group

组别例数TNF-αIL-1β对照组42 6.5±2.2 3.2±1.8 膨出型亚组3815.0±8.2*△ 7.3±4.1*△ 突出型亚组3219.5±9.8*△ 9.8±6.2*△ 脱垂游离型亚组2126.0±12.8* 13.9±7.6* F值29.92025.020P值 0.000 0.000

注：与对照组比较，*P<0.01；与脱垂游离型亚组比较，△P<0.01；TNF-α=肿瘤坏死因子α,IL-1β=白介素1β

图2 研究组各亚组与对照组椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平比较

Figure2 Comparison of the expression levels of TNF-α和IL-1β in disc tissue among the three subgroups and the control group

3 讨论

流行病学调查显示，40%的腰腿疼痛是由于椎间盘退变引起的LDH，其产生退变的病理机制尚不十分清楚[4]。目前对其机制的相关研究主要在对椎间盘的生物力学、自身免疫、营养障碍等因素的具体分析。然而在临床工作中，一些患者虽无明显的LDH影像学表现，但患者下腰痛强烈，经手术治疗时发现神经根周围有炎症表现，且经相关抗炎药物治疗后患者疼痛部分减轻，可见炎性反应在椎间盘退变引起的LDH中发挥着重要的作用[5-6]。近年来，随着医学的发展和实验技术的不断完善，对细胞因子的研究不断深入，炎性细胞因子在椎间盘退变中的作用越来越受到重视。有研究报道，TNF-α和IL-1β作为重要的炎性递质，在椎间盘退变中起着重要的作用，然而具体作用机制和关系仍不清楚，仍需进一步研究TNF-α和IL-1β在人类突出腰椎间盘组织中的表达情况及其意义。

本研究结果显示，LHD患者退变的椎间盘组织中TNF-α、IL-1β水平均高于对照组患者。TNF-α和IL-1β在椎间盘退变中均能够对椎间盘基质的代谢产生作用，从而使得椎间盘内稳态失衡，相关代谢产物累积，促进炎性反应进一步发展，毛细血管通透性增加，进而使椎间盘发生退变，导致下腰痛[6-7]。突出腰椎间盘组织中的成纤维细胞和内皮细胞可分泌IL-1β，促使单核巨噬细胞活化，进一步释放炎性递质，从而促使椎间盘发生退变。TNF-α同样可以活化和趋化中性粒细胞(PMN)和单核巨噬细胞，并释放相关炎性递质。且TNF-α可以与IL-1β共同作用于血管内皮细胞，促使其释放其他炎性递质，引发局部炎性反应。此外，TNF-α和IL-1β均可以通过基质金属蛋白酶(MMPs)促进椎间盘中蛋白聚糖减少，从而使得软骨基质遭到破坏，进而导致椎间盘的退变加重。本研究发现腰椎间盘突出严重患者即脱垂游离型LDH患者，其椎间盘组织中TNF-α和IL-1β水平均高于病情较轻者，如膨出型、突出型LDH[8-9]。相关研究发现，TNF-α和IL-1β高水平表达，椎间盘细胞退变速度加快，主要考虑退变的椎间盘细胞内环境和基质理化因素发生改变，从而产生影响细胞物质代谢的MMPs和各种细胞因子，进而破坏椎间盘组织，使其发生退变、突出；同时，突出的椎间盘组织反过来可刺激机体发生炎性反应，释放各种炎性细胞因子，从而使得椎间盘退变、突出进一步加重[10-11]。另有研究发现，TNF-α可引发一系列的神经病理和电生理变化，引发后角神经元的兴奋和沃勒变性，从而引发顽固性疼痛；且IL-1β作为一种强有力的致痛物质，可以对神经根直接刺激或增强缓激肽的敏感性，进一步加剧下腰部疼痛[12-13]。

总之，TNF-α和IL-1β在退变椎间盘组织中高表达，且与椎间盘退变程度存在一定关系。故从细胞因子的角度对椎间盘退变机制进行探索，有助于了解椎间盘退变的病理生理机制，从而为腰椎间盘退变、突出的诊治提供新的理论和实验依据。

1 段红光.腰椎间盘突出症的发病机制和诊断[J].中国全科医学，2012，15(12)：4227.

2 张林华，卜海富.TNF-α、IL-1β在退变椎间盘组织中的表达及其意义[J].临床骨科杂志，2010，13(1)：84-86.

3 Akyol S，Eraslan BS，Etyemez H，et al.Catabolic cytokine expressions in patients with degenerative disc disease[J].Turk Neurosurg，2010,20(4)：492-499.

4 李敬朝.白细胞介素、肿瘤坏死因子-α与椎间盘退变的相关性研究[J].中国基层医药，2010，17(18)：2456-2457.

5 段文江,高苏宁,吴宇.手术治疗老年性腰椎间盘突出症68例临床分析[J].海南医学院学报，2011，17(7)：948-950.

6 唐可，张国忠，齐越峰，等.盘内外臭氧联合神经妥乐平椎旁注射对腰椎间盘突出症神经功能的影响[J].疑难病杂志，2011，10(9)：670.

7 于杰，朱立国，高景华，等.腰椎间盘突出症患者血清白细胞介素1β、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α表达与其疼痛的相关性[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，11(2)：301-204.

8 袁元杏，刘尚札，黄彦清，等.脊髓损伤后不同免疫条件下血清IL-6、IL-8、TNF-α含量的变化与意义[J].临床骨科杂志，2008，11(3)：195-198.

9 王宗亮，刘维钢，史建刚，等.细胞因子在椎间盘退变中作用的研究进展[J].组织工程与重建外科杂志，2007，3(1)：59-60.

10 赵太茂，刘淼，赵文，等.TNF-α、IL-1β在腰椎间盘突出症中致痛作用的研究[J].颈腰痛杂志，2010，31(3)：174-176.

11 汤伟忠，郑军，赵庆，等.腰椎间盘突出症术后疗效及继发腰椎稳定性改变的中期随访研究[J].中国全科医学，2010，13(11)：3679.

12 Cui LY，Liu SL，Ding Y，et al.IL-1beta sensitizes rat intervertebral disc cells to Fas ligand mediated apoptosis in vitro[J].Acta Pharmacol Sin，2007，28(10)：1671-1676.

13 张益民，姜鑫，郭永智，等.腰椎间盘退变与炎症介质[J].实用骨科杂志，2008，14(9)：535-536.