中药抑制椎间盘退变的分子机制研究

苑珍珍，杨 召，许海委

（天津市天津医院骨科，天津 300211）

椎间盘突出症是引起颈腰痛的常见病因，约影响全球80%的人口，椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IVDD）是其发病的病理基础。椎间盘主要由外周纤维环、中央髓核组织及上下终板软骨构成，是连接各椎体的“柔性接头”，起着承载应力、减轻震荡、维持脊柱前后左右弯曲及旋转等运动功能[1]。椎间盘退变的原因主要包括生物力学因素、生物化学因素等[2]。目前，对于中药治疗椎间盘退变的机制已经研究到分子层面，现归纳为以下几个方面：

1 促进椎间盘细胞增殖

椎间盘细胞主要包括髓核细胞、纤维环细胞和终板软骨细胞，椎间盘细胞数量减少是导致椎间盘退变的重要因素之一。髓核细胞为类软骨样细胞，主要功能是产生蛋白多糖和CollagenⅡ等细胞外基质，并维持这些基质成分稳定，是椎间盘功能的主要执行者[3]。Li等[4]研究表明，柚皮苷培养人退变椎间盘髓核细胞可以增加髓核细胞数量，并促进细胞外基质的分泌。陈江等[5]研究表明，益肾活血通络方通过调控NF-κB通路促进髓核细胞增殖活性和CollagenⅡ蛋白的表达。纤维环位于椎间盘周缘，包绕髓核组织，横切面呈同心圆状排列，相邻环因为斜度不同相互交叉。陈少清等[6]研究显示，不同浓度的芍药苷对椎间盘纤维环细胞有促增殖作用。杜文喜等[7]研究表明，淫羊藿苷可增加兔纤维环细胞S期细胞数，促进细胞增殖。椎间盘的营养主要通过位于椎间盘上下表面的软骨终板扩散而来，随着年龄的增长，终板软骨不断变薄，出现不同程度的钙化，导致椎间盘的营养供给减弱，加重椎间盘组织退变。刘志超等[8]研究表明，益气活血方通过抑制Wnt/β—catenin信号通路提高终板软骨细胞增殖率，抑制其坏死和凋亡，延缓椎间盘退变。

2 抑制椎间盘细胞的老化及凋亡

2.1 抑制椎间盘细胞的老化

细胞老化是随着生物体年龄增加而发生退变的自然过程，主要表现为数量减少、形状改变、体积缩小、代谢下降、功能减退等细胞活性降低过程[9]。王艺儒等[10]研究表明，桃仁—红花可以显著降低大鼠退变椎间盘软骨终板细胞老化相关基因P21 mRNA的表达，加速细胞周期，改善细胞老化过程。

2.2 抑制椎间盘细胞的凋亡

细胞凋亡是由基因调控的程序化细胞死亡过程，主要包括Fas/FasL通路、线粒体通路和内质网通路等，并受到上游相关基因及通路的调节。椎间盘细胞凋亡率上升，相关凋亡因子释放增加是导致椎间盘退变的重要原因之一[11]。大量研究表明，中药能够有效降低退变椎间盘髓核细胞、终板软骨细胞等凋亡。何升华等[12]研究显示，腰突颗粒可以抑制兔腰退变椎间盘髓核细胞Fas、FasL基因的表达，并随着灌药浓度增高，Fas mRNA、Fasl mRNA表达量逐渐降低，通过Fas/FasL通路抑制髓核细胞凋亡，进而抑制椎间盘退变。苑珍珍等[13，14]研究显示，柚皮苷通过Wnt通路、Fas/FasL通路、线粒体通路抑制人退变椎间盘髓核细胞的凋亡，20 μg/ml是其最佳浓度。周文明等[15]研究显示，补肾壮督方可以降低大鼠退变椎间盘髓核细胞Caspase-3、cytC和Bax蛋白表达，增加Bcl-2蛋白表达，通过线粒体通路抑制髓核细胞凋亡。徐永明等[16]研究表明，淫羊藿素通过Hedgehog信号通路抑制终板软骨细胞凋亡。

3 促进椎间盘细胞自噬

细胞自噬（autophagy）又称自体吞噬，通过降解受损蛋白质或细胞器，将分解后的底物进行循环利用，调节细胞的代谢过程[17]。椎间盘细胞的过度凋亡是导致椎间盘发生退变的一个重要因素，但在一定条件下自噬可以对凋亡产生抑制作用，保护椎间盘细胞，延缓椎间盘退变。自噬分为经典的mTOR通路依赖性自噬和非mTOR通路依赖性自噬[18]。姚啸生等[19]研究表明，活血补肾方通过抑制mTOR依赖性信号通路，提高椎间盘组织自噬水平，延缓大鼠椎间盘退变。万俊锋等[20]研究表明，姜黄素能显著增加人髓核细胞内的自噬颗粒数，促进细胞自噬关键蛋白LC3Ⅱ和Beclin 1的水平升高并降低P62蛋白水平，促进细胞自噬，抑制椎间盘退变。

4 抑制炎性因子释放与细胞外基质的降解

4.1 抑制炎性因子释放

现代医学对炎性因子调节椎间盘退变机制的研究较为深入，发现肿瘤坏死因子家族（TNF）、白介素家族（IL）及金属基质蛋白酶（MMP）在椎间盘退变过程中起着重要作用[21]。白介素家族种类很多，其中IL-1及IL-6等在椎间盘退变过程中起重要作用，IL-1β不但可以直接启动椎间盘细胞凋亡过程，还能促进其他与椎间盘退变有关的细胞因子及酶的分泌。刘汝专等[22]研究表明，溶髓方能够抑制大鼠退变椎间盘软骨终板IL—1β的表达，降低炎症反应及细胞外基质的降解，延缓退变过程。王先海等[23]研究表明，通经定晕丸通过NF-κB通路降低IL-1β、IL-6的表达抑制大鼠颈椎间盘退变。TNF家族主要包括TNF-α及TNF-β，在退变椎间盘组织中，TNF-α含量较高，可以刺激IL-1、IL-6的分泌，加重炎性反应。刘仁等[24]研究表明，补肾活血汤可以抑制腰椎间盘退变大鼠TNF-α的表达，减缓椎间盘退变。佟德民等[25]研究表明，身痛逐瘀汤可以下调大鼠髓核TNF-α、IL-1β的含量，减少细胞外基质的降解，改善椎间盘炎性环境。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）可以分解多种细胞外基质，其中在退变椎间盘中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13等含量升高，是重要的细胞外基质降解酶。杨彬等[26]研究显示，黄芪多糖能够抑制大鼠纤维环组织中MMP-2和MMP-9表达，从而抑制MMPs II型胶原的降解，减缓椎间盘退变。Liang等[27]研究表明，复方芪麝片可以升高大鼠腰椎间盘组织II型胶原水平，降低基质金属蛋白酶MMP-3、MMP-13和白介素IL-1βmRNA的表达，抑制椎间盘炎性反应及细胞外基质降解，改善椎间盘环境，减缓退变。

4.2 抑制细胞外基质的降解

椎间盘细胞外基质主要为胶原和蛋白多糖，胶原纤维构成椎间盘的网架，使组织具有高度的抗张和抗刚强度，蛋白聚糖位于网架结构中，亲水性较强，可以维持髓核组织水分含量及静水压。I型和II型胶原是构成椎间盘内胶原网的主要成分，其中纤维环以I型胶原为主，髓核以 II型胶原为主[28]。Liu等[29]研究表明，独活寄生汤通过CXCR4/NF-κB途径抑制SDF-1诱导的退行性髓核细胞炎症和基质降解，增加II型胶原与蛋白多糖含量，改善椎间盘环境，减缓椎间盘退变。Li等[4]研究表明，柚皮苷通过增加蛋白多糖、骨形态发生蛋白BMP2的表达，抑制TNF-α和MMP-3的表达，促进人退变椎间盘髓核细胞增殖，抑制椎间盘炎性反应，改善细胞外基质环境，成为一种可能治疗椎间盘退变的替代药物。

5 改善椎间盘营养代谢

椎间盘组织水分子含量丰富，且主要富集在髓核，可占总重量的80%，大量的水分子在维持椎间盘高度、柔韧性及生理代谢过程中发挥着重要作用。含水量的下降是椎间盘退变的一个重要特征。水通道蛋白（aquaporins,AQPs）是一种细胞跨膜蛋白，介导水分子的快速转运，研究发现，在退变椎间盘组织中，AQPs基因及蛋白表达均低于正常椎间盘[30]。夏雄智等[31]研究表明，补肾中药可以上调AQP1、AQP3基因及蛋白表达，恢复水代谢的调节，增加椎间盘组织含水量，抑制椎间盘退变。

6 小结

中医将腰椎间盘退变归结为腰痛范畴，多由肝肾亏虚、腰府失养或跌扑损伤等导致，病机可归结为肾虚为本，风寒湿热痰饮等外邪为标，本虚标实，应补肾益精、祛风除湿、行气活血止痛。中药用于腰椎间盘退变的治疗较为广泛，已取得较好的疗效，对其机制的研究也逐步增多。本文对部分中药单体及组方治疗椎间盘退变的机制进行部分总结，为椎间盘退变的治疗提供理论基础。文献显示中药治疗椎间盘类疾病虽已取得明确的研究成果，但仍存在动物实验资料过少、指标单一、药理学研究不足、创新度欠佳等问题，尚有待进一步大样本量、多中心的深入研究。