張佳銘，路文杰，陳金鑫，周 鋮，蔣偉宇

1. 浙江中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，杭州 310053

2. 南通良春中醫(yī)醫(yī)院風(fēng)濕科，南通 226000

3. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，咸陽 712000

4. 寧波市第六醫(yī)院脊柱外科，寧波 315040

隨著人們工作及生活節(jié)奏的不斷加快，近年來，頸痛發(fā)生率不斷上升，并呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)［1］。2010年全球疾病負(fù)擔(dān)研究［2］表明，頸痛是全球第四大致殘?jiān)?，僅排在背痛、抑郁和關(guān)節(jié)痛之后。頸痛發(fā)生率約為15% ~ 50%，其中女性發(fā)生率為26.4%［3］。頸椎椎間盤突出癥（CDH）是導(dǎo)致頸痛的主要疾病之一，其主要表現(xiàn)為頸部軸性疼痛、頸部運(yùn)動(dòng)受限和感覺缺陷、膀胱功能障礙、手部力量及靈活性喪失等。椎間盤退行性變（IDD）是引起椎間盤突出，導(dǎo)致疼痛的主要原因［4］。有研究［5］表明，炎性因子廣泛參與IDD的各個(gè)過程。而細(xì)胞信號(hào)通路則是炎性因子參與細(xì)胞間炎性反應(yīng)的主要途徑，其通過調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等過程，調(diào)節(jié)頸椎IDD及其繼發(fā)性改變。本文通過查閱CDH中炎性因子及信號(hào)通路相關(guān)研究文獻(xiàn)，探討CDH發(fā)生過程中的病理變化，著重于炎性反應(yīng)對(duì)CDH的影響，并特別關(guān)注這一過程相關(guān)的炎性因子與信號(hào)通路，以期為CDH的治療提供思路，現(xiàn)綜述如下。

1 CDH與炎性因子

近年來，炎性因子在CDH中的作用逐漸得到重視。Fisher等［6］的研究發(fā)現(xiàn)，正常的神經(jīng)受到機(jī)械壓迫時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生疼痛，只會(huì)導(dǎo)致周圍神經(jīng)麻木，只有神經(jīng)同時(shí)出現(xiàn)壓迫和炎性反應(yīng)時(shí)才會(huì)導(dǎo)致疼痛。有研究［7］表明，各種炎性反應(yīng)誘發(fā)或加速頸椎椎間盤細(xì)胞的衰老和凋亡，導(dǎo)致椎間盤組織學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的改變，是引起IDD的直接原因。并且炎性因子在發(fā)生退行性變的椎間盤中的表達(dá)水平顯著高于正常椎間盤，特別是疼痛嚴(yán)重的椎間盤，這間接表明了炎性因子是誘發(fā)和加重CDH的重要原因［8］。炎性因子主要從3個(gè)方面參與IDD：①促進(jìn)炎性介質(zhì)和其他炎性因子在椎間盤的表達(dá)水平，放大炎性反應(yīng)；②刺激細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞降解、誘導(dǎo)椎間盤細(xì)胞的衰老和凋亡，加速IDD；③影響椎間盤基質(zhì)的分解和合成代謝［9］。

但由于各種炎性因子在椎間盤髓核、纖維環(huán)、軟骨終板細(xì)胞中的調(diào)控機(jī)制以及所涉及的信號(hào)通路較多，甚至互相矛盾，目前對(duì)于各種炎性因子是如何經(jīng)由相關(guān)信號(hào)通路介導(dǎo)CDH發(fā)生的機(jī)制還不確切。常見的參與CDH發(fā)生、發(fā)展的炎性因子有白細(xì)胞介素 -1（IL-1）、腫瘤壞死因子 -α（TNF-α）、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）等。

1.1 IL-1

IL-1是由纖維細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等分泌的一種多效細(xì)胞因子，是炎性免疫反應(yīng)的關(guān)鍵介體，有IL-1α和IL-1β 2種不同的分子形式，主要與IL-1受體結(jié)合，生物學(xué)效能受IL-1轉(zhuǎn)化酶、IL-1受體及IL-1受體拮抗劑及核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）、ERK1/2等通路的共同影響，需要在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平進(jìn)行誘導(dǎo)［10］。IL-1主要參與協(xié)同刺激T/B細(xì)胞的活化，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖，激活軟骨細(xì)胞的炎性反應(yīng)［11］。

在健康椎間盤中，椎間盤內(nèi)的主要細(xì)胞外基質(zhì)成分合成和降解速率是平衡的，但當(dāng)發(fā)生CDH時(shí)，負(fù)責(zé)競(jìng)爭(zhēng)抑制IL-1的IL-1受體拮抗劑分泌減少，從而促使IL-1的分泌增加［12］。IL-1通過促進(jìn)基質(zhì)降解，誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）和解聚蛋白樣金屬蛋白酶（ADAMTSs）的表達(dá)，最終導(dǎo)致椎間盤基質(zhì)合成和降解失衡，并刺激椎間盤細(xì)胞異常合成蛋白多糖，使Ⅱ型膠原蛋白向Ⅰ型膠原蛋白轉(zhuǎn)化，致使NF-κB、ERK1/2等途徑的調(diào)控受到破壞，大量產(chǎn)生IL-1β前體及NALP3、ASC和Caspase-1等炎性小體，從而產(chǎn)生活性分泌蛋白，促進(jìn)炎性反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步加速CDH的發(fā)展［13］。

IL-1在正常的椎間盤中表達(dá)水平較低，但在CDH患者中的表達(dá)水平較正常人或輕度IDD患者顯著增高，并隨著退行性變嚴(yán)重程度的加重而增加，說明IL-1或許與CDH引發(fā)的頸痛密切相關(guān)［14］。IL-1可刺激椎間盤細(xì)胞分泌前列腺素E2等炎性物質(zhì)增強(qiáng)緩激肽的敏感性，從而直接刺激神經(jīng)根，導(dǎo)致CDH的神經(jīng)根性疼痛。Kepler等［15］的研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β可以影響二級(jí)炎性介質(zhì)趨化因子（C-C基元）配體5在疼痛患者椎間盤的表達(dá)，促進(jìn)了炎性細(xì)胞對(duì)損傷組織的募集。IL-1β也可通過促進(jìn)VEGF、神經(jīng)生長(zhǎng)因子和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的產(chǎn)生來刺激椎間盤內(nèi)神經(jīng)元和血管的生長(zhǎng)，使血管、神經(jīng)侵入椎間盤組織，進(jìn)一步加劇CDH患者的頸部疼痛［16］?？梢奍L-1與CDH的發(fā)生、發(fā)展及其癥狀嚴(yán)重程度密切相關(guān)。

1.2 TNF-α

TNF-α是一種相對(duì)分子量為26 000的Ⅱ型跨膜蛋白，可由纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等分泌，并且在免疫應(yīng)答和炎性反應(yīng)中發(fā)揮巨大作用［17］。發(fā)生退行性變的椎間盤較正常椎間盤中TNF-α含量顯著增高，并隨著退行性變程度的加重而呈升高的趨勢(shì)［18］。TNF-α在CDH中的作用：①刺激放大炎性反應(yīng)；膜結(jié)合型TNF被金屬蛋白酶TACE/ADAM-17降解為可溶性TNF?？扇苄訲NF-α或膜結(jié)合型TNF-α與TNF-1受體結(jié)合，導(dǎo)致TRADD、RIP1、TRAF2等因子的聚集，形成復(fù)合物，該復(fù)合物分別通過NF-κB或MAPKB信號(hào)通路激活p65或AP1因子，誘導(dǎo)MMPs、ADAMTSs表達(dá)，破壞頸椎椎間盤內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的平衡［19］。②降低蛋白和膠原的聚合，調(diào)整MMPs的活性和表達(dá)；TNF-α可通過激活MAPKs信號(hào)通路，增加ADAMT-4、MMP-3、MMP-13的含量，導(dǎo)致蛋白聚糖、Ⅱ型膠原蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)的降解，從而加重頸椎IDD［20］。③刺激其他細(xì)胞因子的產(chǎn)生，TNF-α可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞合成多種炎性因子，從而進(jìn)一步加重椎間盤內(nèi)的炎性反應(yīng)。Nees等［21］的研究表明，TNF-α能夠誘導(dǎo)IL-6、IL-8及NO等在軟骨的表達(dá)增加。Kang等［22］將外源性TNF-α注射入豬模型椎間盤3個(gè)月后，椎間盤結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯退行性改變，并且IL-1β在纖維環(huán)的表達(dá)水平顯著提高，提示TNF-α能夠促使其他炎性因子的產(chǎn)生和提高，誘發(fā)頸椎IDD。④調(diào)節(jié)自噬。自噬為頸椎退行性疾病的重要發(fā)生機(jī)制［23］。Gruber等［24］使用IL-1β或TNF-α處理人環(huán)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TNF-α可損傷自噬調(diào)節(jié)劑1、p62、PIM-2和WIPI49等因子，從而影響自噬反應(yīng)，參與CDH。綜上，TNF-α可通過多種方式誘導(dǎo)和放大炎性反應(yīng)，可設(shè)想若能抑制TNF-α的分泌，便可有效減輕炎性反應(yīng)，從而減輕CDH患者的疼痛癥狀。

1.3 HMGB1

HMGB1可由壞死細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其他髓樣細(xì)胞釋放，具有調(diào)控轉(zhuǎn)錄、控制細(xì)胞新陳代謝、激活細(xì)胞因子和趨化因子樣活性等功能［25］。有研究［26］表明，HMGB1可提升細(xì)胞外基質(zhì)中炎性因子TNF-α、PGE2、IL-1和IL-6表達(dá)，從而放大軟骨終板炎性過程。García-Arnandis等［27］運(yùn)用免疫組織化學(xué)法測(cè)定人滑膜中的HMGB1，發(fā)現(xiàn)HMGB1與IL-1β協(xié)同作用誘導(dǎo)ERK1和p38磷酸化，并參與IL-6和IL-8在軟骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄及上調(diào)MMP-1和MMP-13的表達(dá)，這些作用放大了炎性反應(yīng)，加速了CDH的發(fā)展。同時(shí)，HMGB1是細(xì)胞凋亡經(jīng)由MPKS途徑的重要調(diào)節(jié)器。Liu等［28］通過甘草甜素抑制HMGB1的表達(dá)抑制p38/p-JUK信號(hào)通路，減少了髓核細(xì)胞的凋亡，從而減緩了IDD，并認(rèn)為HMGB1是未來治療IDD的重要靶點(diǎn)。Han等［29］發(fā)現(xiàn)，脂多糖可誘導(dǎo)HMGB1從纖維環(huán)干細(xì)胞核中釋放，增加炎性因子（IL-β1，IL-6，COX-2和TNF-α）和特定的分解代謝基因（MMP-3和MMP-13）的表達(dá)，促進(jìn)纖維環(huán)細(xì)胞凋亡。利用二甲雙胍可阻斷HMGB1釋放來降低脂多糖誘導(dǎo)的環(huán)纖維的炎性反應(yīng)，減緩IDD的發(fā)展，為治療CDH提供新的方向。

1.4 VEGF

VEGF是一種可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂、誘導(dǎo)基底膜降解而形成毛細(xì)血管網(wǎng)的細(xì)胞因子，它通過增強(qiáng)毛細(xì)血管的通透性，促使新生血管以出芽的方式生成，但也增加了炎性反應(yīng)的擴(kuò)散［30］。羅堅(jiān)等［31］發(fā)現(xiàn)，IDD患者VEGF的陽性表達(dá)率明顯高于正常人群，認(rèn)為VEGF在發(fā)生退行性椎間盤組織中具有促進(jìn)新生血管浸潤的作用，且VEGF的表達(dá)量與IDD的程度呈正相關(guān)。椎間盤老化或營養(yǎng)供應(yīng)障礙時(shí)，可促進(jìn)VEGF合成的提高，影響細(xì)胞間信息交流，加速椎間盤基質(zhì)的分解，導(dǎo)致IDD。Zhang等［32］的研究表明，艾灸可通過抑制VEGF在髓核細(xì)胞的表達(dá)，并通過VEGF途徑升高聚集蛋白聚糖和COX-2的表達(dá)，增強(qiáng)自噬并減少髓核細(xì)胞的凋亡，有利于減緩頸椎IDD的進(jìn)程。

2 CDH與信號(hào)通路

由于頸椎擁有較大的活動(dòng)度，且部分頸椎關(guān)節(jié)缺少椎間盤，相較于胸椎和腰椎更容易發(fā)生退行性變。炎性因子可通過放大炎性反應(yīng)的范圍、加速細(xì)胞的代謝與凋亡、抑制細(xì)胞基質(zhì)合成等方式參與CDH的發(fā)生與發(fā)展。信號(hào)通路不僅可以對(duì)上述炎性因子進(jìn)行調(diào)控，放大炎性反應(yīng)，同時(shí)在IDD中還具有誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)水平升高、調(diào)控細(xì)胞應(yīng)激以及調(diào)控細(xì)胞新陳代謝的關(guān)鍵作用，其主要途徑包括絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、Notch和Wnt通路等。

2.1 MAPKS

MAPK是廣泛表達(dá)的酪氨酸或絲氨酸激酶，能夠被各種細(xì)胞外刺激激活，如生長(zhǎng)因子、細(xì)菌復(fù)合物、炎性因子、物理刺激等，其參與基因誘導(dǎo)、細(xì)胞應(yīng)激和炎性反應(yīng)以及細(xì)胞新陳代謝的調(diào)控，是CDH發(fā)生、發(fā)展的重要因素［33］。MAPKS信號(hào)傳導(dǎo)途徑主要通過3級(jí)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行，即需要MAPK及其上游依次激活［34］。MAPK主要分為3類，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERKs）與2個(gè)應(yīng)激激活蛋白激酶（SAPKs）家族，即c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38。

2.1.1 p38

p38是由360個(gè)氨基酸構(gòu)成，相對(duì)分子量約為36 000 的蛋白質(zhì)。有研究［9，35］證實(shí)，p38在發(fā)生退行性變的頸椎椎間盤髓核細(xì)胞的含量與IDD程度呈正相關(guān)。p38是誘導(dǎo)MMP-13表達(dá)的關(guān)鍵信號(hào)通路，通過降低聚集蛋白聚糖和Ⅱ型膠原蛋白的基因表達(dá)，加速IDD［36］。Ge等［37］的研究發(fā)現(xiàn)，椎間盤處于受壓情況下可激活p38途徑，加速髓核細(xì)胞的衰老，且外源性IL-10能有效降低p38的磷酸化水平從而延緩IDD。

2.1.2 JNK

JNK是保守的絲氨酸或蘇氨酸蛋白激酶，可被細(xì)胞因子、紫外線照射、熱休克等應(yīng)激刺激，并激活Ser-63和Ser-73的結(jié)合，導(dǎo)致c-Jun的激活［38］。有研究［39］表明，炎性因子可誘導(dǎo)JNK磷酸化，導(dǎo)致蛋白多糖合成減少和MMP-3、MMP-13的產(chǎn)生增加，加速CDH的發(fā)生、發(fā)展。CXCL8/11也可能通過影響JNK信號(hào)通路并增強(qiáng)其他炎性因子的表達(dá)來促進(jìn)凋亡并抑制軟骨細(xì)胞的增殖，加劇CDH的進(jìn)展［40］。JNK還參與抑制調(diào)節(jié)Ⅱ型膠原表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子SOX-9的表達(dá)，抑制軟骨的形成，而軟骨終板缺損導(dǎo)致的椎間盤營養(yǎng)供應(yīng)減少則是誘發(fā)CDH的重要原因［41-42］。

2.1.3 ERK

ERK信號(hào)通路通過誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的增殖和肥大分化，促進(jìn)終板軟骨鈣化和骨贅的形成，加速CDH的進(jìn)展［43-44］。ERK是誘導(dǎo)軟骨形成轉(zhuǎn)錄因子SOX-9的關(guān)鍵信號(hào)通路，抑制ERK信號(hào)通路，可降低SOX-9的表達(dá)，抑制軟骨細(xì)胞增殖和肥大，減緩CDH的進(jìn)展［45］。Yue等［46］認(rèn)為，Mg2+可通過抑制ERK磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)降低自噬蛋白LC3的表達(dá)，下調(diào)肥大基因Runx2、MMP-13和Col 10α1，上調(diào)軟骨形成基因SOX-9和Col 1α1，有效抑制ATDC5細(xì)胞外基質(zhì)鈣化，這或許有助于降低終板軟骨的降解，緩解CDH的進(jìn)展。Han等［47］的研究發(fā)現(xiàn)，瘦素可通過激活體外 ERK信號(hào)通路，致使椎間盤終板的細(xì)胞基質(zhì)丟失和透明軟骨鈣化，誘導(dǎo)CDH的發(fā)生、發(fā)展。

2.2 Notch

Notch信號(hào)通路是一種進(jìn)化保守的途徑，其轉(zhuǎn)導(dǎo)主要由其5個(gè)配體（Dll1，Dll3，Dll4，Jag1和Jag2）與Notch信號(hào)通路的4個(gè)受體（Notch1-4）結(jié)合而激活［48］。維持Notch信號(hào)通路需要生理Notch信號(hào)傳導(dǎo)，但Notch信號(hào)的持續(xù)激活會(huì)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞變性和骨關(guān)節(jié)炎。與非變性椎間盤相比，纖維環(huán)和髓核細(xì)胞中Notch信號(hào)的活性在發(fā)生退行性變的椎間盤組織中有所增加［49］，并且在髓核細(xì)胞中可被IL1-β和TNF-α誘導(dǎo)。Zheng等［50］的研究證實(shí)，Notch信號(hào)在纖維環(huán)細(xì)胞或髓核細(xì)胞中的激活會(huì)影響基質(zhì)分解基因（MMPs和ADAMTS）的表達(dá)，并可能減弱TNF-α1和巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的MMP-13在髓核細(xì)胞中的表達(dá)，表明Notch信號(hào)通路在促進(jìn)CDH發(fā)展中的巨大作用。

2.3 Wnt

Wnt通路包括經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)通路和3條非經(jīng)典的信號(hào)通路。其中Wnt/β-catenin信號(hào)通路是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵途徑，由Wnt蛋白配體、膜受體和胞內(nèi)信號(hào)分子構(gòu)成。Iwata等［51］的研究證實(shí)，發(fā)生退行性變的椎間盤中β-catenin mRNA和蛋白表達(dá)較健康對(duì)照組顯著上調(diào)。Choi等［52］通過建立自發(fā)性IDD SM/J小鼠模型發(fā)現(xiàn)，終板軟骨細(xì)胞肥大標(biāo)志物（Col 10a1、CTGF和Runx2）的表達(dá)升高與β-catenin mRNA具有相關(guān)性，并可抑制SOX-8和BMP-2這2種益軟骨因子，抑制椎間盤軟骨的修復(fù)。然而，也有學(xué)者［53］認(rèn)為，IDD過程中Wnt/β-catenin活性會(huì)降低，并證實(shí)可通過雌激素和甲狀旁腺激素增強(qiáng)Wnt/β-catenin途徑的活性，延緩大鼠IDD進(jìn)程，這或許與退行性變不同階段椎間盤的細(xì)胞類型有關(guān)。

3 總結(jié)與展望

頸椎退行性疾病的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，多種因素共同作用導(dǎo)致頸椎關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失調(diào)，最終促使IDD的發(fā)生。目前，肩頸痛的研究已由宏觀的生物力學(xué)深入到微觀的細(xì)胞因子領(lǐng)域，但仍不能完全闡明CDH的發(fā)生機(jī)制。D’Avanzo等［54］認(rèn)為，機(jī)械壓迫、頸椎關(guān)節(jié)失穩(wěn)和血液循環(huán)障礙等物理因素是導(dǎo)致CDH的主要原因。對(duì)于CDH的治療是臨床急需解決的一大難題，一般性藥物治療對(duì)于糾正骨關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)性改變不能獲得滿意的效果，手術(shù)治療則存在風(fēng)險(xiǎn)較高及術(shù)后并發(fā)癥較多等弊端。通過降低主要炎性因子的表達(dá)，抑制相關(guān)信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)降解、軟骨細(xì)胞增殖與凋亡的調(diào)控，以降低椎間盤內(nèi)的炎性反應(yīng)為靶向治療CDH提供了新的思路和方向。CDH的發(fā)生受不同信號(hào)通路的共同作用，通過激活下游產(chǎn)物誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)降解，提高炎性因子的表達(dá)水平，促使軟骨終板鈣化及髓核細(xì)胞凋亡；各種炎性因子通過多種信號(hào)通路相互交叉或影響，形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的炎性網(wǎng)絡(luò)，共同導(dǎo)致CDH的發(fā)生與發(fā)展。未來研究應(yīng)當(dāng)著眼于不同炎性因子與其相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)通路之間的相互作用機(jī)制，進(jìn)行進(jìn)一步動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)，全面系統(tǒng)地闡明CDH的炎性發(fā)生機(jī)制?？梢灶A(yù)見的是，以相關(guān)炎性因子及信號(hào)通路為靶向的療法，將為CDH的藥物治療提供新的途徑。