李 杰 李紹波

(大理大學 臨床醫(yī)學院[大理大學第一附屬醫(yī)院] 脊柱外科， 云南 大理 671000)

椎間盤退變(intervertebral disc degeneration, IDD)是引起椎間盤突出、椎管狹窄、脊柱側凸等疾病的病理學基礎，也是導致腰背痛、四肢疼痛的主要原因之一。據報道[1]，IDD的患病率隨年齡增大而升高，大于50歲的人群中IDD患病率高達90%。隨著全世界人口老齡化的加劇，IDD發(fā)生率大幅度增加，嚴重影響了患者的生活質量，給家庭和社會帶來巨大的負擔。退變的椎間盤主要表現為中央的髓核基質降解增加，蛋白多糖及含水量下降，同時外周纖維環(huán)增厚，髓核出現皺縮，排列紊亂甚至出現破裂，終板出現變薄、鈣化等現象，致使椎間盤的高度喪失，引起臨床一系列疾病。目前對于IDD的治療重在緩解癥狀，尚無行之有效的方法可阻止或逆轉其退變過程。

富血小板血漿(platelet rich plasma, PRP)是自體血液經過離心、富集處理后獲得的血漿制品，其中血小板含量為生理性濃度的3～6倍[2]。激活后的PRP可釋放轉化生長因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)，胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor1, IGF-1)，血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor, PDGF)，血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)等多種物質，在促進組織生長、傷口愈合、血管新生、細胞外基質合成等方面起重要作用[3]。此外，PRP還可以阻止過量白細胞募集，從而避免組織損傷[4]。目前，PRP已被應用于治療膝關節(jié)骨關節(jié)炎[5]、肩袖損傷[6]，同時在抑制IDD中顯示出良好效果[7]。相關研究表明PRP可以抑制甚至逆轉IDD進展，然而具體機制尚不明確[8]。因此，本文就PRP抑制IDD的作用機制進行歸納、綜述，希望為臨床應用提供參考。

1 富血小板血漿與椎間盤退變

1.1 富血小板血漿促進椎間盤細胞與細胞外基質增殖

髓核(nucleus pulposus, NP)和纖維環(huán)(annulus fibrosus, AF)是椎間盤的重要組成部分。NP主要由NP細胞和細胞外基質構成，NP細胞主要功能是產生蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白等細胞外基質并維持其成分穩(wěn)定，是椎間盤功能的主要執(zhí)行者[9]。AF細胞由外層的成纖維細胞和內層的類似軟骨細胞組成，主要起到維持椎間盤內壓的作用[10]。IDD的發(fā)生與椎間盤細胞和細胞外基質的減少密切相關。

早在2006年，日本學者Akeda等[11]就將PRP應用于豬椎間盤細胞，證明PRP可促進退變椎間盤細胞的增殖，并增加蛋白多糖和膠原蛋白的合成。Chen等[12]研究表明，PRP可能通過作用于TGF-β1/Smad2/3信號通路，促進人NP細胞的增殖。Yang等[13]發(fā)現，在NP細胞培養(yǎng)液中加入2.5%PRP共培養(yǎng)，可顯著增強NP細胞的增殖、TGF-β1、蛋白多糖、膠原蛋白的生成，并且該研究團隊發(fā)現PRP通過作用于TGF-β1/Smad2/3信號通路促進細胞增殖及細胞外基質形成。研究發(fā)現[14]，PRP可通過提高PDGF表達，增加NP細胞的生存率，提高蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白的mRNA表達水平，進一步抑制細胞外調節(jié)蛋白酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)和蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)，這表明PRP的作用與ERK/PKB信號通路有關。另外，PRP衍生物治療IDD模型小鼠可促進蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白的生成，有效抑制IDD進展，該項研究發(fā)現IGF-1/PKB/胰島素受體底物-1是抑制IDD發(fā)展的關鍵信號通路[15]。

PRP還能促進AF細胞增殖。Hondke等[16]使用5%PRP培養(yǎng)人AF細胞，發(fā)現PRP能夠促進人AF細胞增殖和蛋白多糖積累。但有關PRP促進AF細胞增殖的具體機制尚不清楚。

1.2 富血小板血漿對炎癥反應的影響

IDD發(fā)生發(fā)展中，腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞家族等炎性因子可促進細胞外基質降解以及趨化因子的產生和細胞表型變化，進一步加重IDD[17]。Kim等[18]用IL-β1和TNF-α處理NP細胞，減少細胞外基質Ⅱ型膠原蛋白和蛋白多糖合成，加入PRP后炎性因子的作用明顯被抑制。Liu等[19]用脂多糖誘導NP細胞損傷構建椎間盤退變模型，加入PRP后發(fā)現，膠原蛋白和蛋白聚糖的表達顯著升高，炎癥介質和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的表達明顯降低。

有學者認為PRP中的白細胞在修復過程中起阻礙作用。Yin等[20]通過比較含高濃度白細胞的PRP(leukocyte PRP, L-PRP)與低濃度白細胞的PRP對人骨髓間充質干細胞的作用時，發(fā)現L-PRP可通過作用于NF-κB信號通路抵消PRP對細胞增殖的促進作用。Jia等[21]發(fā)現，L-PRP誘導分化髓核干細胞的同時，可激活NF-κB通路，升高TNF-α、IL-1β及MMPs表達水平，致使分化的髓核干細胞產生較少的細胞外基質。這說明在PRP治療IDD過程中，高濃度白細胞可抵消PRP部分抗炎作用，影響治療效果。因此，在使用PRP時應去除其中的白細胞，以便最大程度地發(fā)揮PRP的抗炎功能。

1.3 富血小板血漿抑制椎間盤細胞凋亡

細胞凋亡是IDD發(fā)生的重要原因之一，研究表明退變的椎間盤中往往伴隨著大量椎間盤細胞的凋亡[22]。Sawamura等[23]使用明膠和PRP聯合注射到兔退變椎間盤，發(fā)現NP細胞的凋亡數量明顯減少。Paglia等[24]研究表明，PDGF聯合透明質酸水凝膠可以顯著抑制IDD，有助于防止細胞凋亡和Ⅲ型膠原基質的產生。將TGF-β1加入到受損的NP細胞培養(yǎng)基后，通過作用于Fas/FasL信號通路，抑制凋亡蛋白caspase-3的表達，從而減少NP細胞凋亡[25]。另外，TGF-β1可降低AF細胞中ERK水平，并下調自噬因子Beclin-1、LC3Ⅱ/Ⅰ和線粒體相關凋亡蛋白的表達[26]。這些研究表明PRP可通過抑制細胞自噬和調亡，抑制IDD進展。

1.4 富血小板血漿抗椎間盤細胞氧化應激

活性氧(reactive oxygen species，ROS)在調節(jié)椎間盤細胞基質代謝、炎性表達過程中起重要作用，過度產生ROS會加劇細胞外基質降解和炎癥反應，并減少椎間盤細胞數量[27]。因此，抑制氧化應激反應可能是逆轉IDD的有效方法。

Kelch樣ECH相關蛋白1(Keap1)-核轉錄因子E2相關因子2(Nrf2)信號通路是細胞防御氧化應激損傷的重要機制之一，在氧化應激反應中起關鍵作用[28]。研究表明，PRP衍生的外泌體可通過下調Keap1，從而導致Nrf2從Keap1-Nrf2復合物中釋放，激活下游抗氧化功能蛋白高表達，逆轉H2O2對體外培養(yǎng)NP細胞的氧化損傷，這證明PRP具有抗氧化作用[29]。此外，在應用外源性H2O2誘導的大鼠AF細胞損傷的實驗中，TGF-β1可以通過上調谷胱甘肽過氧化物酶-1的表達水平抑制AF細胞損傷[26]。綜上所述，通過抗氧化作用抑制IDD進展也是PRP的作用機制之一。

1.5 富血小板血漿對血管生成的影響

椎間盤是體內最大的無神經、無血管組織，營養(yǎng)需通過椎間盤終板滲透供應。在IDD過程中椎間盤逐漸出現血管化和神經支配，新生血管參與退變椎間盤的修復并且促進突出的椎間盤重吸收[30]。VEGF可促進血管生成、內皮細胞增殖、遷移，同時增強血管通透性。Salo等[31]發(fā)現，退變的豬椎間盤中大量表達VEGF，認為VEGF有利于促進組織的修復與重建，進而抑制IDD的發(fā)展。將VEGF直接注射到家兔退變的椎間盤中，8周后發(fā)現注射部位血管生成數量增多，血管直徑明顯增大，證明其有利于阻止椎間盤退變[32]。

然而，也有研究認為血管增生對IDD患者的預后有負面影響[33]。值得考慮的是，如果血管增生確實導致IDD加重，那么臨床上注射PRP后，是否使得增生的血管通過破損的纖維環(huán)進入內層甚至髓核內，造成醫(yī)源性IDD？基于這種不同的說法，必需進行更多的研究證明血管增生在IDD中的臨床意義。

1.6 富血小板血漿的鎮(zhèn)痛作用

大量研究證實腰痛與IDD密切相關。Arnbak等[34]對1 037例持續(xù)性下腰痛患者進行臨床研究，結果發(fā)現腰痛的發(fā)生率隨著退化程度的增加而增長。并且87%的持續(xù)性腰痛患者存在IDD[35]。

炎癥介質TNF-α和IL-1β等可誘導疼痛相關因子如一氧化氮、環(huán)氧合酶2和神經生長因子的表達，從而促進神經向內生長，這是造成IDD疼痛的機制之一[17]。正如前文所述，PRP具有良好抗炎作用，可以通過抑制炎性因子釋放發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。此外PRP中血小板的濃度遠高于外周，其五羥色胺的產生量會大大提高，這使得PRP具有更好的鎮(zhèn)痛效果[36]。

趨化因子配體-4(C-C chemokine ligand 4,CCL4)是趨化因子亞家族的重要成員，在介導神經性疼痛的過程中發(fā)揮關鍵作用。研究表明，TGF-β1通過激活信號通路下調NP細胞中CCL4的表達，減輕IDD模型大鼠疼痛[37]。由此可見，PRP不僅可抑制IDD進展，而且在改善疼痛中也起到重要作用。

2 小結

IDD嚴重影響患者的生活質量，其病因及發(fā)病機制復雜，尚無行之有效的方法抑制或逆轉其進展。PRP是一種自體血衍生物，具有良好的促組織修復功能。本文PRP通過促進退變的椎間盤細胞增殖及細胞外基質生成、抑制炎癥反應、抑制細胞調亡、抗細胞氧化應激、影響血管增生及鎮(zhèn)痛等，有效抑制IDD的進展進行了綜述，為IDD的藥物干預與修復治療提供新的思路。