抗炎药与腰椎间盘突出症研究进展

2021-06-24郏振杰杨新明丁棚辉

神经药理学报 2021年4期

郏振杰杨新明丁棚辉

1.浙江省台州市立医院疼痛科，台州，318000，中国

2.河北北方学院附属第一医院骨科，张家口，075000，中国

腰椎间盘突出症（lumbar intervertebral disc herniation，LDH）是因椎间盘变性，纤维环破裂，髓核突出刺激或压迫神经根、马尾神经所表现出的一种综合征［1］。腰椎间盘突出症的症状包括腰痛、神经根疼痛、感觉异常、下肢麻木等，严重时可出现马尾神经损伤，大小便障碍，甚至瘫痪。此外，椎间盘炎症也可通过产生局部慢性炎症和炎性因子导致椎间盘退变或突出［2］。随着人口老龄化该病患病率日益升高［3］。

1 椎间盘突出中炎症关键细胞及因子

椎间盘是人体内最大的无血管器官，由纤维环和髓核两部分组成。纤维环的致密胶原纤维通过包绕髓核形成免疫系统生理屏障。除了这种生理屏障之外，由于Fas 配体的表达，椎间盘细胞还可以主动抵抗免疫细胞侵袭［4］。炎症反应可诱导椎间盘局部代谢紊乱，其特征在于细胞外基质功能成分合成减少、分解代谢增加，并伴有代偿性异常代谢激活［5］。代谢紊乱可导致椎间盘形态被破坏，功能完整性丧失，具有免疫原性的髓核细胞和周围组织接触，周围炎性细胞募集至损伤的椎间盘组织后，释放出大量炎症相关因子和细胞外基质降解酶，还包括循环单核细胞和巨噬细胞的激活、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）释放以及其他细胞因子如白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6，最终导致蛋白聚糖和胶原蛋白的产生减少，加重髓核细胞变性。同时，退化的椎间盘细胞和炎性细胞释放过量神经营养因子，诱导椎间盘血管化，加剧了炎症细胞的浸润。大量的细胞因子也会增加神经的疼痛敏感性，进而加重了腰背部疼痛等临床症状［6-7］。

椎间盘细胞已被鉴定为可产生多种细胞因子，包括IL-1α［8］、IL-1β［9］、IL-6［9-10］、IL-8［11］、IL-10［12］、TNF-α［13］、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）［14］、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）［15］和成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）［16］。环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）［17］和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）［18］也可以通过椎间盘细胞分泌。作为促炎因子，IL-1β在退化的椎间盘和小关节中高表达［17，19］，具有促进基质降解酶（如基质金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2），MMP-3和MMP-13）合成、导致蛋白聚糖和胶原蛋白的产生减少、诱导IL-6、COX-2 和PGE2表达［20］的特征。目前已发现许多途径（Fig.1），例如核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）和有丝分裂原激活的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途径等，在椎间盘炎症因子产生和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）分解代谢中起重要作用［21-22］。

Fig.1 The mechanism of inflammatory associated lumbar disc herniation

2 抗炎药物

2.1 甾体类抗炎药

2.1.1 糖皮质激素

糖皮质激素可以通过抑制炎症介质白三烯、前列腺素等的合成抑制炎症反应；通过抑制巨噬细胞表达TNF-α、IL-1 和IL-6 等细胞因子，减轻炎症级联反应，同时可以降低脊神经根对炎症介质的敏感性。硬膜外腔注射的糖皮质激素种类可分为颗粒型激素（如醋酸曲安奈德）和非颗粒型激素（如长效激素地塞米松）［23］。温优良等比较了曲安奈德和地塞米松治疗LDH 的效果，通过评定2 组病人的M-JOA 评分与VAS 评分，结果表明曲安奈德疗效强于地塞米松［24］。Tagowski等发现曲安奈德在重度腰椎神经根病中疗效更好；对于轻度至中度疼痛，曲安奈德与地塞米松治疗之间无明显差异［25］。造成硬膜外注射非颗粒型激素疗效较差的原因可能是非颗粒型激素在椎管内清除较快。Manchikanti 研究发现硬膜外注射糖皮质激素对治疗椎间盘突出症有较好的短期效果，而中长期效果欠佳［26］。但目前椎管内注射糖皮质激素的种类、剂量、频率及联合亦或不联合局麻药使用还缺乏统一标准。

2.1.2 雌激素

椎间盘突出与椎间盘退变密切相关，减缓椎间盘退变是目前研究的难点与热点。雌激素在包括肌肉骨骼系统和结缔组织在内的各种组织中发挥一系列生物学作用。雌激素在女性健康椎间盘的调节和功能维持过程中也起重要作用。绝经期雌激素水平降低对椎间盘结构有负面影响。尽管中青年男性腰椎间盘退变的发生率高于女性，但老年女性腰椎间盘退变的发生率高于同龄男性［27-28］。此外，与无卵巢切除术的女性相比，有卵巢切除史的女性退行性腰椎突出症发生率高出近3 倍［29］。同时动物层面的大量实验也证实了雌激素减退可导致腰椎间盘变性［30-32］。

雌激素受体（oestrogen receptor，ER）在所有椎间盘结构中表达，包括纤维环［33］、髓核［34-35］，但关于局部椎间盘组织中的雌激素水平未见报道。雌激素缺乏导致髓核细胞中TNF-α、IL-1β、IL-6 表达水平显著增加。而雌激素替代疗法可以降低炎性因子，调节氧化还原平衡，减轻椎间盘基质的降解［36-37］。雌激素可能通过调节髓核细胞中的P 物质水平影响促炎性细胞因子分泌［38］。也有研究表明抑制miR-203-3p 的表达后通过上调雌激素受体α抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的人椎间盘炎症和变性［39］。雌激素也可通过调节ROS/NF-κB 通路缓解TNF-α诱导的髓核细胞早衰［35］。

2.2 非甾体抗炎药（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs）

非甾体抗炎药是一类具有镇痛、解热、抗炎和血小板抑制作用的异质有机酸。非甾体类抗炎药作用机制与甾体类抗炎药相比较为简单，通过抑制催化花生四烯酸转化为前列腺素关键酶—环氧化酶发挥抗炎作用［40］。目前已知COX 同工酶有两种：COX-1 和COX-2。COX-1 作为一种“内务”酶，可维持正常的体内平衡，起到血管凝血和胃肠道保护作用；COX-2 主要由内毒素和细胞因子等促炎性因子选择性诱导表达，在炎症部位促进前列腺素产生，进而介导炎症和疼痛反应［41］。关于NSAIDs 对椎间盘组织的作用存在争议。在髓核细胞中，阿司匹林减少了脂多糖诱导的细胞氧自由基（ROS、NO）和炎性细胞因子（IL-1β、IL-6 和TNF-α）。体内实验发现阿司匹林治疗可防止椎间盘组织中COX-2 的丢失，降低MMP-3 和MMP-13 的表达水平，减少iNOS、COX-2、IL-1β和TNF-α的表达［42］。相反，其他研究表明NSAIDs 降低基质蛋白的合成，包括胶原蛋白和蛋白聚糖，进而抑制椎间盘修复。因此，需要进一步的证据充分评估NSAIDs 治疗对椎间盘疾病的影响。

2.3 中药

中药方剂治疗腰椎间盘突出症，主要以补虚药、活血化瘀药、祛风湿药类药物为主［43］。补肾通痹汤可改善LDH 患者腰椎功能，降低炎症反应CRP、TNF-α、IL-6 水平，减轻疼痛程度［44］。乌头汤治疗有助于降低腰椎间盘源性疼痛患者血清炎性因子水平（TNF-α、IL-6、IL-8），缓解疾病疼痛程度、增加直腿抬高角度［45］。芍药甘草汤可抑制椎间盘组织中NF-κB 信号通路关键节点髓样分化因子88（MyD88）、NF-κB P65 蛋白表达，进而降低兔血清炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达，最终颈椎间盘细胞结构得以改善［46］。

2.4 生长因子和细胞因子

生长因子和细胞因子高度参与变性椎间盘疾病，因此是生物学治疗的主要目标。TGF-β是参与细胞生长和发育早期调节的蛋白，其中TGF-β1、生长和分化因子5（growth and differentiation factor 5，GDF-5）和GDF-6 在改善椎间盘炎症方面具有潜在作用。

TGF-β1 可以下调IFN-γ和IL-1β介导的TNF-α表达，并拮抗TNF-α诱导的髓核细胞中Ⅰ型胶原和MMP3 的降解［47］。一项体内研究表明，椎间盘内注射TGF-β1 下调了CID 的表达，并缓解了大鼠椎间盘退行性改变，减轻大鼠盘源性疼痛［48］。TGF-β还可通过ERK1/2 信号通路发挥作用，这种信号通路可以被特定抑制剂所阻断［47］。

GDF-5 参与骨骼和关节发育，GDF-5 缺陷导致蛋白多糖和Ⅱ型胶原水平下降，椎间盘组织学结构异常［49］。在大鼠髓核细胞中，GDF-5 的过表达抑制了LPS 诱导的TNF-α、IL-1β、PGE 2 和NO 的分泌，上调胶原Ⅱ和聚集蛋白聚糖水平，并抑制了LPS 诱导的NF-κB 信号的激活［50］。

GDF-6（BMP 13）在早期胚胎和脊柱中具有重要作用［51］。在椎间盘疾病中GDF-6 注射治疗可以防止细胞外基质蛋白的流失，促进Ⅱ型胶原表达，并在髓核中保留更多的水分和细胞［52-53］。Miyazaki 等发现在兔椎间盘退行性疾病模型中，静脉穿刺注射GDF-6 降低了TNF-α、IL-6、VEGF、COX-2 和NGF 的表达［54］。尽管TGF-β1、GDF-5 和GDF-6 能抑制椎间盘炎症，但其安全性有待进一步的研究。

2.5 其他

微RNA（microRNA，miRNA）可以调节神经性和炎性疼痛。小型非编码RNA 长度约为22 个核苷酸，基因组转录产生的初级miRNA 通过逐步切割形成小型非编码成熟miRNA，再与互补靶标mRNA 的3’UTR（非翻译区）结合发挥作用，这可能会导致转录后沉默或mRNA 降解。研究发现，由miR-17、miR-18a、miR-19a、miR-19b、miR-20a 和miR-92a 组成的miR-17-92 簇可以协同调节电压门控的钾通道，从而影响神经性疼痛状况的发展［55］。而且，来自miR-17 家族的miR-17、miR-20a 和miR-106a 可能通过增加TNF 的产生来调节信号调节蛋白α（SIRPα）的合成和SIRPα介导的巨噬细胞的激活［56］。Hasvik 等发现血清中miR-17 水平和腰部神经根痛的强度之间存在一定关联性，髓核中miR-17 的上调可能促进TNF 从循环免疫细胞（例如单核细胞）中局部释放，miR-17 可能参与了腰椎间盘突出后神经根痛的病理生理学过程［57］。Moen 等发现在椎间盘突出后，从髓核释放的miR-223 可以减弱疼痛通路中的神经元活动，这预示miR-223 的失调可能导致慢性腰神经根痛［58］。作为miRNA-146 家族成员的一员，miRNA-146a 通过抑制椎间盘中IL-10 的表达来抑制炎症反应［59］。虽然miRNA 与神经性及炎症性疼痛疾病的研究报道日渐增多，然而miRNA 调节炎症方面大多处于基础研究阶段，距离真正临床应用还很遥远。

褪黑素是体内参与生物节律调节的天然激素。在体外受精中，褪黑素减少了由过氧化氢叔丁基引起的细胞凋亡，维持ECM 产生，并抑制髓核细胞中变性酶表达，包括MMP-13 和ADAMTS-5［60］。体外细胞培养和体内大鼠模型研究表明，褪黑素可通过抑制IL-1β/NF-κB-NLRP3 炎性体激活正反馈回路并下调线粒体活性氧来延缓IL-1β诱导的腰椎间盘退化和相关腰椎间盘疼痛进程［61］。褪黑素也可以增强胶原蛋白Ⅱ和蛋白聚糖的表达水平，下调MMP-3，调节IL-1β诱导的细胞外基质水平重塑［62］。以上研究表明褪黑素可能是椎间盘疾病潜在的临床抗炎药物。

间充质干细胞外泌体通过抑制炎症介质和NLRP3炎性体的活化进而在病理性髓核细胞中发挥抗炎作用。此外，外泌体可能向髓核细胞提供线粒体蛋白，并且这种补充剂可以修复受损的线粒体，对椎间盘起到保护作用［63］。