富血小板血浆抑制椎间盘退变的分子机制研究进展

李 杰 李绍波

(大理大学 临床医学院[大理大学第一附属医院] 脊柱外科， 云南 大理 671000)

椎间盘退变(intervertebral disc degeneration, IDD)是引起椎间盘突出、椎管狭窄、脊柱侧凸等疾病的病理学基础，也是导致腰背痛、四肢疼痛的主要原因之一。据报道[1]，IDD的患病率随年龄增大而升高，大于50岁的人群中IDD患病率高达90%。随着全世界人口老龄化的加剧，IDD发生率大幅度增加，严重影响了患者的生活质量，给家庭和社会带来巨大的负担。退变的椎间盘主要表现为中央的髓核基质降解增加，蛋白多糖及含水量下降，同时外周纤维环增厚，髓核出现皱缩，排列紊乱甚至出现破裂，终板出现变薄、钙化等现象，致使椎间盘的高度丧失，引起临床一系列疾病。目前对于IDD的治疗重在缓解症状，尚无行之有效的方法可阻止或逆转其退变过程。

富血小板血浆(platelet rich plasma, PRP)是自体血液经过离心、富集处理后获得的血浆制品，其中血小板含量为生理性浓度的3～6倍[2]。激活后的PRP可释放转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)，胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor1, IGF-1)，血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)等多种物质，在促进组织生长、伤口愈合、血管新生、细胞外基质合成等方面起重要作用[3]。此外，PRP还可以阻止过量白细胞募集，从而避免组织损伤[4]。目前，PRP已被应用于治疗膝关节骨关节炎[5]、肩袖损伤[6]，同时在抑制IDD中显示出良好效果[7]。相关研究表明PRP可以抑制甚至逆转IDD进展，然而具体机制尚不明确[8]。因此，本文就PRP抑制IDD的作用机制进行归纳、综述，希望为临床应用提供参考。

1 富血小板血浆与椎间盘退变

1.1 富血小板血浆促进椎间盘细胞与细胞外基质增殖

髓核(nucleus pulposus, NP)和纤维环(annulus fibrosus, AF)是椎间盘的重要组成部分。NP主要由NP细胞和细胞外基质构成，NP细胞主要功能是产生蛋白多糖和Ⅱ型胶原蛋白等细胞外基质并维持其成分稳定，是椎间盘功能的主要执行者[9]。AF细胞由外层的成纤维细胞和内层的类似软骨细胞组成，主要起到维持椎间盘内压的作用[10]。IDD的发生与椎间盘细胞和细胞外基质的减少密切相关。

早在2006年，日本学者Akeda等[11]就将PRP应用于猪椎间盘细胞，证明PRP可促进退变椎间盘细胞的增殖，并增加蛋白多糖和胶原蛋白的合成。Chen等[12]研究表明，PRP可能通过作用于TGF-β1/Smad2/3信号通路，促进人NP细胞的增殖。Yang等[13]发现，在NP细胞培养液中加入2.5%PRP共培养，可显著增强NP细胞的增殖、TGF-β1、蛋白多糖、胶原蛋白的生成，并且该研究团队发现PRP通过作用于TGF-β1/Smad2/3信号通路促进细胞增殖及细胞外基质形成。研究发现[14]，PRP可通过提高PDGF表达，增加NP细胞的生存率，提高蛋白多糖和Ⅱ型胶原蛋白的mRNA表达水平，进一步抑制细胞外调节蛋白酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)和蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)，这表明PRP的作用与ERK/PKB信号通路有关。另外，PRP衍生物治疗IDD模型小鼠可促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原蛋白的生成，有效抑制IDD进展，该项研究发现IGF-1/PKB/胰岛素受体底物-1是抑制IDD发展的关键信号通路[15]。

PRP还能促进AF细胞增殖。Hondke等[16]使用5%PRP培养人AF细胞，发现PRP能够促进人AF细胞增殖和蛋白多糖积累。但有关PRP促进AF细胞增殖的具体机制尚不清楚。

1.2 富血小板血浆对炎症反应的影响

IDD发生发展中，肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞家族等炎性因子可促进细胞外基质降解以及趋化因子的产生和细胞表型变化，进一步加重IDD[17]。Kim等[18]用IL-β1和TNF-α处理NP细胞，减少细胞外基质Ⅱ型胶原蛋白和蛋白多糖合成，加入PRP后炎性因子的作用明显被抑制。Liu等[19]用脂多糖诱导NP细胞损伤构建椎间盘退变模型，加入PRP后发现，胶原蛋白和蛋白聚糖的表达显著升高，炎症介质和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的表达明显降低。

有学者认为PRP中的白细胞在修复过程中起阻碍作用。Yin等[20]通过比较含高浓度白细胞的PRP(leukocyte PRP, L-PRP)与低浓度白细胞的PRP对人骨髓间充质干细胞的作用时，发现L-PRP可通过作用于NF-κB信号通路抵消PRP对细胞增殖的促进作用。Jia等[21]发现，L-PRP诱导分化髓核干细胞的同时，可激活NF-κB通路，升高TNF-α、IL-1β及MMPs表达水平，致使分化的髓核干细胞产生较少的细胞外基质。这说明在PRP治疗IDD过程中，高浓度白细胞可抵消PRP部分抗炎作用，影响治疗效果。因此，在使用PRP时应去除其中的白细胞，以便最大程度地发挥PRP的抗炎功能。

1.3 富血小板血浆抑制椎间盘细胞凋亡

细胞凋亡是IDD发生的重要原因之一，研究表明退变的椎间盘中往往伴随着大量椎间盘细胞的凋亡[22]。Sawamura等[23]使用明胶和PRP联合注射到兔退变椎间盘，发现NP细胞的凋亡数量明显减少。Paglia等[24]研究表明，PDGF联合透明质酸水凝胶可以显著抑制IDD，有助于防止细胞凋亡和Ⅲ型胶原基质的产生。将TGF-β1加入到受损的NP细胞培养基后，通过作用于Fas/FasL信号通路，抑制凋亡蛋白caspase-3的表达，从而减少NP细胞凋亡[25]。另外，TGF-β1可降低AF细胞中ERK水平，并下调自噬因子Beclin-1、LC3Ⅱ/Ⅰ和线粒体相关凋亡蛋白的表达[26]。这些研究表明PRP可通过抑制细胞自噬和调亡，抑制IDD进展。

1.4 富血小板血浆抗椎间盘细胞氧化应激

活性氧(reactive oxygen species，ROS)在调节椎间盘细胞基质代谢、炎性表达过程中起重要作用，过度产生ROS会加剧细胞外基质降解和炎症反应，并减少椎间盘细胞数量[27]。因此，抑制氧化应激反应可能是逆转IDD的有效方法。

Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)-核转录因子E2相关因子2(Nrf2)信号通路是细胞防御氧化应激损伤的重要机制之一，在氧化应激反应中起关键作用[28]。研究表明，PRP衍生的外泌体可通过下调Keap1，从而导致Nrf2从Keap1-Nrf2复合物中释放，激活下游抗氧化功能蛋白高表达，逆转H2O2对体外培养NP细胞的氧化损伤，这证明PRP具有抗氧化作用[29]。此外，在应用外源性H2O2诱导的大鼠AF细胞损伤的实验中，TGF-β1可以通过上调谷胱甘肽过氧化物酶-1的表达水平抑制AF细胞损伤[26]。综上所述，通过抗氧化作用抑制IDD进展也是PRP的作用机制之一。

1.5 富血小板血浆对血管生成的影响

椎间盘是体内最大的无神经、无血管组织，营养需通过椎间盘终板渗透供应。在IDD过程中椎间盘逐渐出现血管化和神经支配，新生血管参与退变椎间盘的修复并且促进突出的椎间盘重吸收[30]。VEGF可促进血管生成、内皮细胞增殖、迁移，同时增强血管通透性。Salo等[31]发现，退变的猪椎间盘中大量表达VEGF，认为VEGF有利于促进组织的修复与重建，进而抑制IDD的发展。将VEGF直接注射到家兔退变的椎间盘中，8周后发现注射部位血管生成数量增多，血管直径明显增大，证明其有利于阻止椎间盘退变[32]。

然而，也有研究认为血管增生对IDD患者的预后有负面影响[33]。值得考虑的是，如果血管增生确实导致IDD加重，那么临床上注射PRP后，是否使得增生的血管通过破损的纤维环进入内层甚至髓核内，造成医源性IDD？基于这种不同的说法，必需进行更多的研究证明血管增生在IDD中的临床意义。

1.6 富血小板血浆的镇痛作用

大量研究证实腰痛与IDD密切相关。Arnbak等[34]对1 037例持续性下腰痛患者进行临床研究，结果发现腰痛的发生率随着退化程度的增加而增长。并且87%的持续性腰痛患者存在IDD[35]。

炎症介质TNF-α和IL-1β等可诱导疼痛相关因子如一氧化氮、环氧合酶2和神经生长因子的表达，从而促进神经向内生长，这是造成IDD疼痛的机制之一[17]。正如前文所述，PRP具有良好抗炎作用，可以通过抑制炎性因子释放发挥镇痛作用。此外PRP中血小板的浓度远高于外周，其五羟色胺的产生量会大大提高，这使得PRP具有更好的镇痛效果[36]。

趋化因子配体-4(C-C chemokine ligand 4,CCL4)是趋化因子亚家族的重要成员，在介导神经性疼痛的过程中发挥关键作用。研究表明，TGF-β1通过激活信号通路下调NP细胞中CCL4的表达，减轻IDD模型大鼠疼痛[37]。由此可见，PRP不仅可抑制IDD进展，而且在改善疼痛中也起到重要作用。

2 小结

IDD严重影响患者的生活质量，其病因及发病机制复杂，尚无行之有效的方法抑制或逆转其进展。PRP是一种自体血衍生物，具有良好的促组织修复功能。本文PRP通过促进退变的椎间盘细胞增殖及细胞外基质生成、抑制炎症反应、抑制细胞调亡、抗细胞氧化应激、影响血管增生及镇痛等，有效抑制IDD的进展进行了综述，为IDD的药物干预与修复治疗提供新的思路。