吳海桓 陳 鋒 閆 乾 黃知見 廖星棟 李枝發(fā)

(1 廣西中醫(yī)藥大學研究生學院，南寧市 530001，電子郵箱：396108643@qq.com；2 廣西中醫(yī)藥大學附屬瑞康醫(yī)院脊柱外科一區(qū)，南寧市 530001)

【提要】 黃韌帶退變是引起脊柱退行性疾病的病理基礎，是造成椎管狹窄的主要原因，主要病理變化為黃韌帶肥厚、鈣化和骨化，其發(fā)病機制目前尚未完全明確。本文分別就黃韌帶肥厚、鈣化和骨化的病理改變與相關的分子機制做一綜述。

黃韌帶是相鄰椎弓板間的重要連接結構，參與椎管后壁的形成，可限制椎體過度屈曲，保持脊柱穩(wěn)定性，其主要成分為膠原纖維、彈力纖維、網(wǎng)狀纖維和細胞基質，其中彈力纖維所占比例約為80%[1]。隨著年齡增長，黃韌帶厚度增加，彈性減低，并出現(xiàn)鈣化、骨化[2]；機體后伸時黃韌帶可發(fā)生皺褶而突入椎管造成椎管狹窄，可引起脊髓和相應節(jié)段的神經(jīng)受壓癥狀。黃韌帶退變的主要病理變化為黃韌帶肥厚、鈣化和骨化，但其發(fā)病機制目前尚未完全明確。本文就黃韌帶退變的病理改變與相關的分子機制做一綜述。

1 黃韌帶肥厚

黃韌帶肥厚是指黃韌帶發(fā)生增生、肥厚，是長期的退行性病理改變，是造成腰椎管狹窄的重要原因。病變部位常見于腰椎(L4～L5高發(fā))，頸椎及胸椎發(fā)病較少。目前普遍認為黃韌帶肥厚的機制是韌帶在機械應力-炎癥反應-瘢痕的修復過程中逐漸發(fā)生纖維化，是繼發(fā)于年齡或腰椎力學失穩(wěn)的退行性改變。

1.1 黃韌帶肥厚的病理改變 有學者[3-5]通過對椎管狹窄癥患者的黃韌帶標本進行病理學觀察，發(fā)現(xiàn)退變的黃韌帶厚度增加，彈性纖維減少、排列紊亂且分布不規(guī)則，膠原纖維數(shù)量增多，同時可見成纖維細胞、毛細血管增生，提示黃韌帶退變過程中彈力纖維與膠原纖維含量失調。隨著黃韌帶肥厚的不斷進展，膠原纖維大量增生取代彈性纖維，細胞外基質膠原沉積和血管增生，最終可形成纖維瘢痕[6]。Sairyo等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在肥厚的黃韌帶中出現(xiàn)嚴重纖維化，纖維化的程度與黃韌帶厚度成正比，且在肥厚的黃韌帶中檢測到炎癥因子的表達，并證實黃韌帶肥厚與組織損傷引起的炎癥反應、瘢痕修復有關，即黃韌帶肥厚實質上是韌帶組織纖維化病理修復過程。

1.2 機械應力 機械應力是黃韌帶肥厚發(fā)生的起始因素，可引起炎性細胞因子的釋放，進而引起黃韌帶纖維化和瘢痕形成。Nakatani等[8]通過設計細胞拉伸裝置，對黃韌帶細胞施加連續(xù)的機械應力，結果顯示轉化生長因子(transforming growth factor,TGF)-β1含量表達與應力強度呈線性相關，同時發(fā)現(xiàn)黃韌帶中Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維表達增加，表明機械應力引起TGF-β1異常表達是黃韌帶發(fā)生纖維化的重要原因。TGF-β1是一種促纖維化的細胞因子，能夠促進細胞外基質Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維表達。Nakamura等[9]發(fā)現(xiàn)，在機械應力作用下，成纖維細胞中血管生成素(angiopoietin,ANGPT)12和TGF-β1 mRNA表達增加，其原理可能是機械應力通過激活鈣調神經(jīng)磷酸酶/活化T細胞核因子(nuclear factor of activated T cell,NFAT)信號通路而增加血管生成素樣蛋白(angiopoietin-like protein，ANGPTL)12的表達和分泌。ANGPTL12為慢性炎癥介質，能加速多種非感染炎癥疾病的病程，其在成纖維細胞中通過活化TGF-β1/Smad信號通路誘導TGF-β1的產(chǎn)生，從而引起黃韌帶纖維化。ANGPTL12還可以通過激活核因子κB (nuclear factor kappa B,NF-κB)信號通路活化白細胞介素(interleukin,IL)-6的表達進而引起無菌性炎癥，從而導致纖維化[10]。因此，機械應力可通過誘導黃韌帶局部炎性細胞因子的釋放而引起膠原纖維基因表達增加和炎癥反應的發(fā)生，從而導致纖維化。

1.3 黃韌帶肥厚的相關細胞因子 黃韌帶肥厚的形成有多種細胞因子參與。TGF-β1和結締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)在黃韌帶肥厚的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。TGF-β1是一種促纖維化細胞因子，可刺激不同組織產(chǎn)生細胞外基質，如膠原蛋白、纖維連接蛋白和糖蛋白等[11]。TGF-β1的過度表達可導致組織纖維化和器官功能障礙。Ignotz等[11]通過觀察大鼠成纖維細胞發(fā)現(xiàn)，加入TGF-β1后膠原蛋白Ⅰ和纖維連接蛋白mRNA表達明顯增高，并伴有細胞外基質增生。Amudong等[12]對30例腰椎管狹窄癥患者的黃韌帶進行免疫組化檢測，發(fā)現(xiàn)在肥厚的黃韌帶中TGF-β1 的表達顯著高于健康對照組。Sairyo等[13]從退變的黃韌帶觀察到，TGF-β1 mRNA在黃韌帶退變早期的表達量最高，而在后期明顯減少，且與黃韌帶的厚度呈負相關。付小兵等[14]通過皮膚瘢痕實驗發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 mRNA在瘢痕形成早期呈高表達，而在形成后期表達減少，且發(fā)現(xiàn)TGF-β1主要來源于巨噬細胞和血小板。提示TGF-β1在黃韌帶肥厚早期參與損傷修復，介導纖維膠原合成；而在纖維化后期，TGF-β1含量減少的原因可能是有其他炎癥細胞因子參與并且負反饋抑制其表達。CTGF是一種促纖維化因子，其參與纖維化過程，能夠促進細胞增殖、遷移、黏附及細胞外基質合成和新生血管形成。Zhong等[15]通過細胞離體實驗發(fā)現(xiàn)，加入CTGF后的黃韌帶細胞中Ⅰ型、 Ⅲ型膠原纖維表達增高，并發(fā)現(xiàn)其含量與黃韌帶厚度成正比，表明CTGF與黃韌帶肥厚具有相關性。Cao等[16]通過細胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，TGF-β1 通過激活P38絲裂原活化蛋白激酶信號通路介導調控 CTGF 蛋白和Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維表達。

2 黃韌帶鈣化

黃韌帶鈣化是指黃韌帶發(fā)生鈣質沉積，是一種二羥焦磷酸鈣晶體沉積癥。病變部位常見于頸椎C5～C6節(jié)段，胸腰椎少見[17]。黃韌帶鈣化是引發(fā)頸椎退行性改變、造成脊髓和相應神經(jīng)根壓迫的重要原因，其形成機制目前尚不明確，可能與年齡增加、內分泌代謝異常及頸椎機械應力異常所致慢性損傷等相關[18]。

2.1 黃韌帶鈣化的病理改變 有學者收集了黃韌帶鈣化標本并研究了其病理改變，發(fā)現(xiàn)黃韌帶厚度明顯增加,鈣化灶形狀多為圓形或類圓形，其內容物為骨砂樣或膠乳樣物質[19]；光鏡下可見彈力纖維萎縮斷裂且排列紊亂,其數(shù)量明顯減少而膠原成分增加；鈣鹽沉積于纖維或軟骨基質中，鈣化灶周圍有較多的組織細胞、淋巴細胞，多核巨細胞浸潤并呈異物肉芽腫表現(xiàn)[18-20]。透射電子顯微鏡下鈣化物主要有柱狀、粒狀、球狀和絮狀4種形態(tài)，柱狀和粒狀鈣化物顆粒邊角銳利，晶形明顯；球狀和絮狀鈣化物顆粒晶形較差,為多晶集合體形態(tài)，長徑約0.5～12 μm,寬徑約0.2～2 μm。掃描電子顯微鏡下可見柱狀、粒狀鈣化晶體依附于膠原纖維生長，晶體長軸與膠原纖維走向大致平行；球狀和絮狀晶體聚集于柱狀、粒狀晶體附近，與膠原纖維間聯(lián)系較差，結構呈疏松的晶體混合體。同步輻射X射線衍射分析證實黃韌帶鈣化灶的成分為焦磷酸鈣二水合物晶體，鈣化物相分別為三斜焦磷酸鈣和碳羥磷灰石[21-22]。劉偌麟等[23]認為，黃韌帶鈣化過程中，首先形成柱狀與粒狀的二羥焦磷酸鈣晶體，然后鈣化集合體發(fā)生二羥焦磷酸鈣的分解和碳羥磷灰石的沉積，并認為前者的分解為后者的沉積提供物質來源。

2.2 黃韌帶鈣化相關細胞因子 黃韌帶鈣化進程有多種細胞因子參與其中。Mwaka等[24]發(fā)現(xiàn)，在脊髓型頸椎病的黃韌帶鈣化灶周圍軟骨細胞大量增殖，且軟骨細胞內S-100蛋白、Sox9基因、TGF-β和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)呈陽性染色，而采用TUNEL法檢測鈣化結晶處的軟骨細胞呈顯著表達。S-100蛋白是鈣結晶的特異性結合肽，能夠與細胞因子共同作用加速軟骨細胞鈣化。年齡的增長和雌激素水平下降可引起體內鈣離子分布異常，體內骨鈣含量減少、游離鈣增多可造成黃韌帶彈性纖維鈣質沉積，加速鈣化形成[25]。Chen等[26]通過培養(yǎng)人體黃韌帶細胞，發(fā)現(xiàn)雌二醇通過磷脂酰肌醇3-激酶信號通路途徑調節(jié)基質金屬蛋白酶-13的表達，進而加速成纖維細胞與間充質細胞的細胞分化，雌激素能以時間和劑量依賴的方式增強軟骨細胞的增殖活性和膠原分泌，說明雌激素的減少可能會加速黃韌帶鈣化形成。

3 黃韌帶骨化

黃韌帶骨化是脊柱韌帶出現(xiàn)異位骨化的常見疾病，在脊柱各個節(jié)段均可發(fā)生，好發(fā)于胸椎尤其是下胸椎(T9～T12)，是造成脊髓受壓和椎管狹窄的主要原因[27]。黃韌帶骨化好發(fā)于亞洲黃種人群，以日本最為多見，存在著明顯的種族地域差異，其發(fā)病機制目前還未完全明確，主流觀點認為與遺傳因素、種族差異、代謝紊亂、內分泌失調及相應的分子調控異常相關[28-29]。

3.1 黃韌帶骨化的病理改變 黃韌帶骨化屬于典型軟骨內成骨過程，由淺至深可劃分為韌帶區(qū)、軟骨樣區(qū)、鈣化軟骨區(qū)、骨化區(qū)。組織病理學變化為彈性纖維減少，膠原纖維增生，同時局部的成纖維細胞軟骨化生為纖維軟骨細胞，軟骨基質增生形成軟骨；然后鈣鹽沉積發(fā)生鈣化，新生血管長入軟骨，誘導間充質細胞分化為成骨細胞，分泌骨基質最終形成骨化[30]。黃韌帶骨化的發(fā)生與椎體的解剖結構有密切關系。Maigne等[31]研究發(fā)現(xiàn)，椎體關節(jié)突關節(jié)的活動度與黃韌帶微損傷及其骨化發(fā)生率呈正相關，認為黃韌帶骨化多發(fā)于旋轉角度較大的下胸椎T10～T11。Kaneyama等[32]報道了2例無系統(tǒng)疾病和家族病史的年輕棒球運動員胸髓受壓病例，認為胸腰段反復的局部旋轉機械應力可能是導致黃韌帶骨化發(fā)生的重要原因。Cai等[33]通過對黃韌帶細胞施加機械張力，發(fā)現(xiàn)轉錄因子Sox9、Runt 相關轉錄因子 2 、β-鏈蛋白和骨橋蛋白的 mRNA 表達水平顯著高于正常黃韌帶細胞。Fan等[34]發(fā)現(xiàn)機械應力通過鋅指結構轉錄因子osterix誘導黃韌帶細胞成骨分化，osterix 是感受應力刺激并調節(jié)成骨分化的關鍵因子。上述研究說明機械應力可以引起細胞因子、生長因子和轉錄因子的表達增加，加速軟骨細胞的成骨分化。

3.2 黃韌帶骨化相關細胞因子 黃韌帶骨化發(fā)生、發(fā)展與許多細胞因子具有密切的聯(lián)系，骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)-2和TGF-β1在黃韌帶骨化進程中起關鍵作用。BMP-2是唯一能誘導異位骨化的蛋白因子，其能誘導黃韌帶成纖維細胞分化為軟骨細胞。Hou 等[35]通過大鼠模型實驗發(fā)現(xiàn)BMP-2 誘導的骨化為典型的軟骨內成骨，類似于臨床黃韌帶骨化的病理特征。TGF-β1在骨化進展中起重要促進作用。Canalis等[36]觀察了胎鼠顱骨培養(yǎng)的成骨細胞，發(fā)現(xiàn)TGF-β1能夠加速成骨細胞的DNA合成，而對骨鈣素合成和堿性磷酸酶活性沒有影響，說明TGF-β1可以加速成骨細胞的增殖，但沒有誘導成骨的能力。Tou等[37]認為TGF-β1通過上調骨化韌帶細胞核心結合因子α(core binding factor α,Cbfa)mRNA表達，進而促進骨質的形成與發(fā)育成熟；Cbfa是誘導成骨細胞發(fā)生及分化的骨特異性轉錄因子，對骨的生長發(fā)育有重要作用。BMP-2和TGF-β1在骨化進程中起著相互促進的作用。張穎哲等[38]通過干擾小鼠黃韌帶細胞TGF-β1基因的siRNA載體，發(fā)現(xiàn)可以有效抑制內源性BMP-2表達,表明TGF-β1與BMP-2之間存在密切關系。譚祖鍵等[39]將BMP/TGF-β1載體植入大兔骨缺損模型，發(fā)現(xiàn)骨痂出現(xiàn)時間及骨連接發(fā)生時間均明顯提前，認為TGF-β1可加速細胞增殖與基質鈣化，從而促進BMP誘導成骨。

綜上所述，黃韌帶退變的發(fā)病機制目前尚未完全明確，可能是多種致病因素共同作用的結果。黃韌帶肥厚、鈣化和骨化三者之間為相互獨立的病理過程，相關的病理改變與分子調控具有各自的特異性。因此，需要更加深入研究黃韌帶退變的發(fā)病機制，明確黃韌帶肥厚、鈣化和骨化各自發(fā)生發(fā)展的過程。