根性神经痛免疫学研究进展*

温 爽 孙 涛

（山东大学附属省立医院疼痛科，济南250021）

根性神经痛(radicular pain)是指脊神经根由于各种原因受到伤害性刺激而引起的疼痛，它是椎间盘突出症(lumbar disc herniation, LDH)最常见的临床症状，显著降低人们的生活质量，造成了严重的社会经济负担[1]。随着全球人口老龄化，与LDH疼痛相关的负担呈指数增长[2]。

根性神经痛的发病机制和治疗一直是临床研究热点，椎间盘突出症引起的腰痛和坐骨神经痛的机制存在争议，尚不明确。传统的机械压迫学说认为髓核突入椎管压迫临近的神经根，使神经根处于牵张状态，进而导致神经根静脉回流受阻、水肿变性，产生腰腿痛的症状。这一学说可以解释大部分病人的临床表现。然而临床中也发现这样一些现象，比如有些病人影像学检查有明显的椎间盘突出，但是却没有任何临床症状。而有些病人并未找到椎间盘突出的证据，但却表现为严重的根性神经痛；因此，根性神经痛的自身免疫反应学说越来越受到重视。该学说认为突出的髓核组织突破包绕的纤维环或后纵韧带，暴露在椎间盘基质外，机体把髓核的蛋白多糖当作“异己”成分，持续的抗原刺激引起周围自身免疫反应。本文就根性神经痛的免疫反应机制和治疗进行探讨，以期为临床上诊治腰椎间盘突出症提供崭新思路。

一、免疫复合物在椎间盘突出症中的表达及意义

免疫复合物(immune complexs, IC)是体内持续存在的抗原和其刺激产生的抗体非共价结合形成的复合物。IC的产生可能是根性神经痛的始动因素。Pennington等[3]通过狗的动物实验研究证实了正常的椎间盘髓核中存在完整的免疫球蛋白IgG分子，当椎间盘髓核突出时，IgG可与抗原结合激活补体系统介导炎症反应。这一炎症反应可导致血神经屏障破坏，神经根内毛细血管通透性增加, 血浆蛋白渗入脑脊液, 刺激中枢神经系统内的免疫细胞产生免疫球蛋白引发自身免疫反应[4]。因而椎间盘突出时，髓核基质内的蛋白多糖作为自身隐蔽性抗原暴露后与抗体结合形成IC，激活补体引发无菌性免疫性神经根炎。椎管内水肿并压迫神经根以及中枢神经系统的免疫刺激可能是根性神经痛的原因。李青等[5]通过提取不同类型突出的腰椎间盘组织标本证实了IC在突出的腰椎间盘组织中表达，且IC可表现出许多生物活性：通过激活补体产生过敏毒素C3a、C5a，可与肥大细胞结合，触发靶细胞脱颗粒并释放组胺及其他血管活性介质；与Fc 受体或补体受体结合,引起细胞趋化作用释放溶酶体酶；增强吞噬细胞的吞噬作用等病生反应使神经根受损引起疼痛。所以IC的产生很可能是根性神经痛病理生理学机制之一。

二、免疫细胞在椎间盘突出症中的表达及意义

1.巨噬细胞

巨噬细胞是血液内由单核细胞分化而来的具有重要防御功能的免疫细胞，在免疫应答过程中主要发挥吞噬、抗原提呈、分泌细胞因子的功能。巨噬细胞在炎症反应的不同时期，可分化出M1（经典活化的巨噬细胞，classical activation of macrophages）和M2（替代活化的巨噬细胞，alternative activation of macrophages）两种表型；M1型具有抗原提呈、分泌促炎因子的功能，M2型进一步分为M2c和M2a，分别具有抗炎和组织修复的功能。M1、M2c、M2a细胞表面标志物分别为CCR7，CD163和CD206[6,7]。

巨噬细胞在正常的椎间盘组织中不存在。研究表明急性和慢性腰椎间盘突出组织周围均存在炎症细胞浸润，免疫组化发现主要为巨噬细胞[8]。Shamji MF等在突出的椎间盘内检测出表达外源性的CD68+的吞噬细胞，表明巨噬细胞等吞噬细胞可能在LDH病理生理学中发挥关键作用[9]。突出的椎间盘组织中的巨噬细胞不仅有吞噬作用，而且分泌细胞因子如IL-1，IL-6，TNF-α，参与致痛觉过敏作用[10]。在所有退变的椎间盘中，CCR7+和CD163+主要存在于髓核(nucleus pulposus, NP)、纤维环(annulus fi brosus, AF)和终板(end plates, EP)区域，表现出结构不规则和缺陷。NP和AF中阳性染色的细胞与常驻椎间盘细胞非常相似，表明椎间盘细胞可以表达巨噬细胞表面标志物。而在EP中有非典型形态分布的阳性染色细胞，表明外源性巨噬细胞主要浸润到EP组织中[11]。这是由于当EP出现损伤时，髓核细胞与骨髓中的巨噬细胞相互接触启动免疫应答程序。了解巨噬细胞的表型和定位可以更好的解释椎间盘突出的损伤和修复机制，并为LDH治疗提供新的思路。

2.肥大细胞

肥大细胞来源于骨髓中不同的前体细胞。血液中的肥大细胞祖细胞在各种微环境的影响下，进入其靶组织发育成熟。肥大细胞是组织损伤期间的“第一反应者”，一旦被激活即分泌大量血管活性介质和促炎性介质，这些介质包括预先存储在分泌颗粒中的分子，如TNF-α，IL-6，NGF，VEGF，P物质，ADAMTS5和蛋白酶，增加血管生成、愈合和修复。

Wiet等尸检非疼痛的NP组织与手术取疼痛的NP标本进行比较，结果表明痛性手术椎间盘中的肥大细胞百分比(53.3%)显著高于非疼痛的尸检样本(19.3%)[12]。这表明肥大细胞在椎间盘突出症疼痛中发挥重要的作用。在健康状态下，椎间盘组织中的AF是炎症和免疫细胞浸润的物理和生物化学屏障。AF细胞-肥大细胞相互作用抑制了肥大细胞引起的促炎、分解代谢、血管生成反应。当椎间盘退化和突出时，肥大细胞分泌趋化因子SCF并募集其他肥大细胞到椎间盘中，与椎间盘细胞相互作用脱颗粒释放炎性因子，进一步促进肥大细胞活化。这种恶性循环产生血管内皮生长因子和神经生长因子，诱导血管和神经长入椎间盘的内层，从而导致慢性炎症和疼痛状态[12,13]。

3.T淋巴细胞

正常椎间盘组织被排除在免疫系统之外，检测不到T细胞。根据细胞表面分化抗原的不同，可将成熟T淋巴细胞分为CD4+和CD8+细胞两大亚群：CD4+T细胞识别13～17个氨基酸组成的外源性抗原肽，活化后主要分化为辅助性T细胞(helper T cells, Th)，具有辅助B细胞产生抗体和辅助其它T细胞亚群功能，初始CD4+T细胞(Th0)分化为Thl,Th2, Th17等细胞；CD8+T细胞识别8～10个氨基酸组成的内源性抗原肽，活化后主要分化为细胞毒性T细胞(cytotoxic T cell, Tc或CTL)，具有抑制B细胞产生抗体和抑制其他淋巴细胞的功能。

正常生理状态Th0细胞分化为Th1或Th2细胞的能力极弱，Th1/Th2细胞处于相对平衡状态。Wiet MG等通过建立大鼠LDH模型发现Th2细胞和相关细胞因子在突出椎间盘组显著增加，而Th1细胞和相关细胞因子在椎间盘突出组与对照组是相似的。这表明在LDH病人中Th0细胞分化为Th2细胞，Th1/Th2失衡可能参与根性神经痛的发病机制[12]。Cheng等人通过检测破裂和未破裂的腰椎间盘以及健康病人的外周血，结果表明，与健康对照相比椎间盘突出症病人外周Th17细胞和IL-17表达显著增加。此外，椎间盘破裂病人的外周Th17和IL-17表达显著高于未破裂的病人。在椎间盘破裂的情况下，这个过程更加明显，这可能是椎间盘破裂的病人比没有破裂的病人更加疼痛的原因之一[14]。袁伟杰[15]通过建立大鼠非压迫性椎间盘髓核突出症模型，考虑T细胞造成神经根损伤的机制如下：①椎间盘髓核激活CD4+T细胞，刺激 B细胞分泌更多的抗体，形成抗原抗体复合物，进一步损伤神经根；②使CD8+T细胞数量减少，抑制作用减弱同时增强抗原抗体反应；③椎间盘髓核本身可激活T细胞亚群，使T细胞亚群失衡、爆发炎症反应，损伤神经根，导致大鼠后肢痛阈降低。

三、细胞因子在椎间盘突出症中的表达及意义

1.TNF-α

TNF-α来源十分广泛，体内的多种细胞如单核/巨噬细胞，中性粒细胞，淋巴细胞，平滑肌细胞等均具有产生和释放TNF-α的能力。当然，在突出的髓核局部组织内也有TNF-α的高水平表达，在调节适应性免疫、杀伤靶细胞、诱导细胞凋亡过程中发挥重要作用。另外，还能诱导无菌性炎症反应，大量吞噬细胞聚集，继续不断产生TNF-α；这种正反馈使局部组织内形成了恶性循环，加速局部TNF-α 水平更高[16]。

TNF-α的生物学活性主要是通过细胞膜上特异性受体传递信号实现的。TNF-α有两种受体P55(TNF-RI)和 P75 (TNF-RII)。TNF-RI是 TNF-α 信号传导的主要介质，而TNF-RII只起辅助作用。TNF-α与TNF-RI结合后发挥凋亡和抑制性功能，引起炎症、神经源性痛觉过敏，造成瓦勒氏变性等[17]。LDH大鼠模型DRG组织中炎症细胞因子，如IL-1β和TNF-α的表达水平显著增强并可诱导LDH中的神经元凋亡[18]。在对262例椎间盘突出症坐骨神经痛病人的随访中，VAS≥3组（196例）病人血液TNF-α蛋白水平在入院时、治疗1个月时、治疗12个月时均高于VAS ＜ 3组（66例）[19]。另外，有研究表明TNF-α与IL-1β 共同通过调节NF-κB、MAPK、C/EBP-β 上调RANTS/CCL5、 CCL3表达，趋化炎症细胞浸润，减轻椎间盘突出症疼痛[20,21]。因此，寻找抗TNF-α治疗的靶点对椎间盘突出具有重要意义。

2.IL-1

IL-1是一种多效应的细胞因子，广泛地参与免疫反应，对机体内的多种类型的细胞均能发挥调控作用。IL-1 可由多种细胞合成和分泌，如巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞、上皮细胞等。IL-1β在免疫反应中的作用更为清晰。少量的IL-1β就能诱导特异性免疫反应，起到免疫防御的作用；然而过量的IL-1β则会引起广泛的炎症反应，导致炎性损伤，许多自身免疫性疾病与大量的IL-1β产生有关。

椎间盘细胞外基质(ECM)的主要组分是II型胶原蛋白和聚蛋白聚糖。ECM的过度破坏，特别是II型胶原蛋白和聚蛋白聚糖的丧失，对促进椎间盘退变和突出的发生发展起关键作用。而MMPs和ADAMTS是降解胶原蛋白和聚蛋白聚糖的主要酶[22]。有研究表明，IL-1β通过上调caspase-3和caspase-9的表达增强髓核细胞和纤维环细胞的凋亡[23]。正常的椎间盘组织不分泌IL-1，在体外培养突出的椎间盘组织中有IL-1等炎性细胞因子的表达，且给予倍他米松后，炎性因子的合成量明显减少。吴星火等[24]在IL-1β诱导细胞退变的过程中，组织学检测发现髓核细胞的分裂增殖缓慢，排列紊乱，多成伪足状；并且证实IL-1β可通过激活NF-kB信号，促进基质金属蛋白酶的表达，加速髓核和纤维环坏死凋亡导致炎性损伤，引起疼痛。星形胶质细胞和少突胶质细胞释放IL-33（IL-1家族的新成员），作用于星形胶质细胞或神经元ST2受体进行免疫调节和炎症应答[25]。研究表明，抑制脊髓IL-33/ST2信号通路可缓解大鼠非压迫性腰椎间盘突出症所致的根性疼痛[26]。

3.IL-6

IL-6主要来源于单核细胞、巨噬细胞、Th2细胞、内皮细胞等，主要刺激机体的T、B细胞生长和分化，在机体的免疫调节、炎症反应等过程中均发挥重要的作用。其受体系统由两条肽链组成：α链和β链。α链为IL-6结合受体蛋白(IL-6R)，分子量为80 kDa；β链为信号转导蛋白(gp130)，分子量为130 kDa。生理条件下，IL-6与IL-6受体结合后使IL-6R的构象发生变化，然后与两个gp130分子结合，形成高亲和力的结合位点，并通过gp130亚单位传递信号。

Steinbusch等人体活组织检查发现椎间盘突出症病人的IL-1β和IL-6水平增高[27]。IL-6在椎间盘突出所致严重坐骨神经痛病人表达高于对照组和轻度坐骨神经痛病人，提示IL-6可能与疼痛强度成正相关[28]。Licciardone JC等认为IL-6是椎间盘突出症疼痛的关键参与者，它与疼痛严重程度、动态功能障碍、IL-1β显著相关[29]。一项研究表明，椎间盘突出症的病人血清炎症蛋白可以预测一年内的腰椎神经根痛[30]。然而，IL-6不仅是炎症和疾病中具有重要意义的促炎因子，而且还具有再生或抗炎特性。在椎间盘组织中显示较高浓度的IL-6蛋白水平的犬疼痛减轻明显，并且有可能恢复行走功能。这表明随着时间的推移，IL-6可能通过充当抗炎因子来控制炎症[31]。因此，应仔细考虑IL-6阻滞剂的应用时机。

4.其他炎症因子

椎间盘突出症不仅与以上经典的炎性因子TNF-α，IL-1，IL-6密切相关[32]，最近发现许多炎性细胞因子参与椎间盘突出症中的免疫调节。

IL-21与许多自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮，类风湿性关节炎，I型糖尿病等密切相关。IL-21控制效应T辅助细胞的功能活性和Th17细胞的分化并促进B细胞分化，可作为自身免疫性疾病治疗干预的靶点。Chen等[33]通过收集临床标本和动物实验证实IL-21参与椎间盘退变的病理发展，IL-21通过STAT信号通路加重椎间盘退变。IL-9是一种多效性细胞因子，不仅在Th9细胞中表达，而且存在于粒细胞，Th17细胞，树突状细胞和肥大细胞中，IL-9似乎可以通过促进TNF-α和前列腺素E2的释放引起疼痛。另外，IL-10、IL-17等都在退变的椎间盘组织中表达，且发挥着关键性的作用[14,34,35]。IL-17是炎症和自身免疫相关的细胞因子，免疫组化表明IL-17在人类突出的椎间盘组织中表达[36]。

四、展望

根性神经痛的发病机制极其复杂，虽然许多学者支持免疫学说，但具体免疫机制仍不清楚，这给椎间盘突出症的对因治疗带来困难。椎间盘突出症非手术治疗目前包括理疗，服用非甾体类药物，神经根阻滞，微创介入疗法如胶原酶化学溶解术、臭氧溶核术、经皮激光椎间盘减压术、椎间盘内电热凝纤维环成形术等[37]，但临床上仍存在一些难以克服的弊端。而根性神经痛的免疫学机制提示我们可以运用细胞因子受体拮抗剂或特异性抗体进行免疫治疗、重建免疫平衡，这将具有重要的临床意义。