腰椎黄韧带纤维化的研究进展

张 晗，孙 超 综述，刘新晖 审校

腰椎管狭窄(LSS)是老年人的一种常见病，狭窄的腰椎椎管压迫、刺激脊髓及神经根，常常引起腰背痛及下肢痛等症状，而体格检查多无阳性体征，表现为“症体不符”；其特征性的临床表现为间歇性跛行，病情严重者可导致残疾。LSS是一种腰椎退行性疾病，诸如椎间盘退变、关节突关节退变以及黄韧带纤维化等是其发生发展的重要因素，其中黄韧带纤维化是非常重要的因素。黄韧带分为左右两侧，包绕于硬脊膜后外侧，连接上下椎板，是脊柱后柱的重要组成部分。其可控制椎间运动幅度，防止脊柱过度前屈，与关节突关节、椎间盘、椎间韧带共同维持脊柱的稳定，对脊髓有保护作用。深入研究黄韧带纤维化，对LSS的早期预防及治疗具有重要意义，本文就腰椎黄韧带纤维化的研究进展综述如下。

1 黄韧带纤维化的危险因素

1.1 性别与年龄黄韧带纤维化的发生与年龄、性别的关系尚存争议。Karavelioglu et al[1]对200例患者的腰椎进行MRI分析，发现黄韧带厚度与性别和年龄无明显相关，而与关节突关节的退变程度有显著的相关性。然而，Altinkaya et al(2011年)对224例患者的黄韧带厚度进行MRI分析发现，年龄和黄韧带厚度呈明显正相关，而性别、疼痛程度与黄韧带厚度无明显相关性。Takashima et al[2]收集100例LSS患者黄韧带组织，统计学研究发现黄韧带厚度、年龄与椎间盘退变程度呈正相关，黄韧带厚度和年龄有微弱的关联，性别差异可能对黄韧带纤维化过程产生一定影响。一项回顾性临床研究[3]表明，LSS患者不同腰椎节段的黄韧带厚度与年龄、体重显著相关，与性别无明显相关。关于性别和年龄是否为黄韧带纤维化的危险因素还需要更多研究。

1.2 机械应力椎间盘退变、椎间盘高度下降以及小关节退变导致了相邻腰椎间不稳定，这种不稳定进而产生了机械应力，机械应力也是黄韧带纤维化发生发展过程中的一个重要因素。Nakatani et al(2002年)收集LSS和腰椎间盘突出患者各7例黄韧带标本，他用细胞拉伸装置对黄韧带细胞施加牵拉力，研究发现受到牵拉后构成黄韧带纤维化的主要蛋白的胶原蛋白表达水平上升。Hayashi et al[4]用一种钛锁定板固定兔相邻腰椎并对特定节段施加压力，从而建立了一种特定椎体高机械应力的动物模型，研究发现随着机械应力的增加，黄韧带逐渐退变肥厚，提示机械应力是促使黄韧带纤维化的一个重要因素。

1.3 糖尿病糖尿病可能也是LSS的危险因素。Anekstein et al(2010年)采集395例LSS、椎间盘退行性疾病、骨质疏松性椎体压缩骨折患者的数据进行横断面分析，发现LSS患者糖尿病的发病率为28%，明显高于椎间盘退行性疾病患者的12.1%和骨质疏松性椎体压缩骨折患者的6.5%，提示糖尿病可能是LSS的一个独立危险因素。Asadian et al[5]对330例研究对象资料(110例椎管狭窄，110例椎间盘突出，110例对照)进行横断面研究，结果表明LSS组糖尿病发病率明显高于其他两组，提示糖尿病可能是椎管狭窄的一个重要危险因素。

2 黄韧带纤维化的组织学与病理机制

早期的解剖学研究(2003年)认为，正常黄韧带的厚度<4 mm，因此将黄韧带厚度≥4 mm定义为黄韧带纤维化。正常的黄韧带由约80%弹性纤维和约20%的胶原纤维构成，弹性纤维大致平行呈网状排列，胶原纤维穿插其中，其中细胞外基质占据大部分，占据小部分的细胞主要为成纤维细胞。肥厚黄韧带分为背侧和硬膜囊侧，其中背侧的弹性纤维流失更多；在光镜下表现为胶原纤维增加，弹性纤维减少，炎性细胞浸润，且弹性纤维断裂、肿胀、排列紊乱，严重者弹性纤维几乎完全消失。大部分肥厚的黄韧带可以观察到纤维软骨细胞明显增生，细胞数目明显增加。在黄韧带纤维化的进程中，首先是椎间盘及小关节等部位的退变，导致了腰椎的不稳，从而产生了一种持续性的机械应力。持续性的机械应力造成了黄韧带组织的微小损伤，诱发炎症细胞聚集，产生慢性炎症[6]。也有研究[7-8]提出突出椎间盘分泌的炎性细胞因子也是炎症的另一重要原因。以巨噬细胞为代表的炎症细胞浸润黄韧带，分泌各种炎性因子，如转化生长因子(TGF)-β1、白细胞介素(IL)-1β、IL-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α等；巨噬细胞诱导成纤维细胞转化成肌成纤维细胞，继而分泌1型胶原和3型胶原，构成了胶原纤维的主要成分[9]。血管生成也在整个病理过程中起着重要作用[10]。

3 黄韧带退变的分子学研究

3.1 炎性细胞因子

3.1.1TGF-β 炎性细胞因子是一组多肽类细胞调节物质的总称，主要由外周的免疫细胞合成，包括生长因子、IL、TNF、干扰素等等。TGF-β家族是一种重要的细胞因子，在胚胎发育、成人组织内环境稳定及多种疾病的发病机制比如器官和组织的纤维化的机制中起着极为重要的作用[11]。已有体外研究[12-13]发现，TGF-β与黄韧带纤维化密切相关，机械应力可能通过提高TGF-β1的表达促进黄韧带纤维化，而TGF-β可能通过p38/ MAPK信号通路调节结缔组织生长因子(CTGF)促进黄韧带纤维化。有免疫组化研究[12]发现，TGF-β的表达水平和黄韧带厚度呈负相关，与目前的普遍观点相反，其认为TGF-β主要作用于黄韧带纤维化病理过程的前期。

3.1.2血管紧张素样蛋白2(Angptl2) Angptl2是一种慢性炎症介质，常由缺氧、营养不良和内质网应激引起, 在多种疾病的病理过程中扮演重要作用。Nakamura et al[14]的最新研究发现，机械应力是通过钙调神经磷酸酶/活化T细胞核因子信号通路刺激Angptl2的产生和分泌，进一步刺激TGF-β1/SMAD信号通路促进胶原蛋白的表达。该作者的另一项研究[15]发现，Angptl2通过结合成纤维细胞上的受体整合素α5β1，再通过NF-κB核转运介导IL-6的表达，而IL-6的表达水平与黄韧带厚度呈正相关，提示Angptl2通过这一信号通路介导IL-6 的表达促进黄韧带纤维化。

3.1.3其他炎性细胞因子 CCN家族(CCN1至CCN6)是一种重要的炎症因子，其参与细胞外基质的形成，也被称为细胞外基质因子。Ye et al[16]发现CCN5可以阻断TGF-β对黄韧带纤维化的促进作用，提示CCN5可能作为治疗黄韧带纤维化的靶点。

3.2 基质金属蛋白酶(MMPs)MMPs是一种锌依赖的内肽酶，其可水解细胞外基质，在如伤口愈合、炎症反应、骨愈合和肿瘤转移等多种生理过程中起着重要作用。Lakemeier et al[17]的免疫组化研究发现，血管内皮生长因子(VEGF)、MMP-1、MMP-3和MMP-9的表达量在LSS组黄韧带组织明显升高，提示MMPs可能在黄韧带纤维化中起一定的作用。Sugimoto et al[18]通过离体研究发现，IL-6通过 JAK/STAT3信号通路调节MMP-2降解弹性纤维引起黄韧带纤维化。Chen et al[19]通过研究发现雌二醇可以通过Pl3K/AKT信号通路调节MMP-13促进黄韧带纤维化。Kim et al[20]的离体研究发现，IL-1β能刺激黄韧带细胞中proMMP-2、9的表达，TNF-α能刺激proMMP-9的产生，提示炎性反应可能促进MMPs的活性，分解弹性纤维促进纤维化。

3.3生长因子① 碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)是成纤维细胞生长因子家族中最具特征的成员之一，也是强大的血管生成多肽之一。成纤维细胞、血小板或其他细胞分泌的bFGF负责结缔组织形成和伤口愈合。Honsawek et al[21]发现，bFGF的表达水平和肥厚黄韧带的厚度呈显著正相关,提示bFGF可能在黄韧带纤维化过程中起着一定作用。② 血小板源性生长因子(PDGF)是由血小板分泌产生的一种生长因子，在伤口愈合的各个阶段都起着重要作用。Zhang et al(2010年)研究发现，肥厚黄韧带组织标本中PDGF-BB的表达水平明显升高，提示PDGF和黄韧带纤维化密切相关。③ 胰岛素样生长因子-1(IGF-1)是哺乳动物组织微环境中的重要生长因子，通过激活mTORC1信号通路促进组织纤维化而发挥重要作用[22]。Yan et al[23]的离体研究发现，IGF-1可能通过激活mTORC1信号通路诱导胶原纤维的产生进而促进黄韧带纤维化。④ CTGF属于基质细胞蛋白的CCN家族，参与多种生理及病理过程，并可引起细胞增殖、迁移、黏附和细胞外基质积累等多种细胞纤维化过程。Zhong et al(2011年)的一项体外研究表明，肥厚黄韧带组织中的CTGF浓度和黄韧带厚度呈明显正相关，并发现CTGF可以增加胶原蛋白的分泌促进黄韧带纤维化。

3.4 微小RNA(miRNA)miRNA是一类由内源基因编码的非编码单链RNA分子,其参与基因表达调控，在转录后水平上调节多个蛋白质编码基因的表达，其功能涉及几乎所有的生理过程和病理过程，如细胞增殖、分化、迁移和炎症，在器官纤维化疾病如心肌纤维化、肺纤维化、肝脏纤维化等疾病中起着重要作用。Xu et al[24]取黄韧带标本行基因芯片测序，根据条件筛选出可能的目的基因miRNA-221，通过生物信息学数据库预测出其下游靶基因TIMP-2，分子实验验证miRNA-221通过调节TIMP-2来抑制黄韧带纤维化。通过类似方法，Chen et al[25]和Sun et al[26]同样发现miRNA-155及miRNA-21可能在黄韧带纤维化过程中起到重要作用。

3.5其他① 溶血磷脂酸(LPA)存在于大多数哺乳动物组织中，主要由活化血小板合成，在多种器官的纤维化过程中起着重要作用。学者们离体研究[27-28]发现，LPA-LPAR1通过磷酸化蛋白激酶促进黄韧带细胞的增殖，随后他们又在大鼠模型上进行验证，进一步证明了该通路在黄韧带纤维化中的重要作用，该作者认为LPAR1可作为后续治疗黄韧带纤维化的一个靶点。② 骨形态发生蛋白(BMPs)属于TGF-β家族，其可调节细胞增殖、分化、细胞外基质的生成等，在胚胎发生和软骨生成中起重要作用。Shafa et al[29]组织学研究发现，肥厚黄韧带中细胞数量和软骨基质增多，在肥厚黄韧带中BMP信号通路被激活，该通路通过自分泌或旁分泌的方式促进未成熟软骨细胞或多能软骨细胞的成熟与分化。③ p16是细胞周期进程的负调节因子。Hu et al[30]行免疫组化染色发现,p16在肥厚黄韧带中表达升高，提示p16可能与黄韧带纤维化有关。Yücetaet al[31]发现过氧化氢酶在肥厚的黄韧带组织中减少，其认为氧化氢酶的缺失可能促进了黄韧带纤维化的过程。④ Sidon et al[32]为探究黄韧带纤维化过程中可能起重要作用的蛋白及糖尿病对黄韧带纤维化的作用，取单纯LSS肥厚黄韧带标本及LSS合并糖尿病患者肥厚黄韧带标本并行蛋白质谱分析，得出了一些差异表达的基因，并分析了一些有可能在黄韧带纤维化发生发展机制中起到促进作用的蛋白如蛋白聚糖(PGs)、潜在转化生长因子β结合蛋白(如LTBP2、LTBP4等)，结果显示糖化对黄韧带纤维化有促进作用，其分析得到的一些差异表达的蛋白质可为后续研究提供参考。⑤ 瘦素(Leptin)是细胞家族中的一种肽类激素。Sun et al[33]的研究发现Leptin通过NF-κB p65信号通路调节IL-6进而促进黄韧带纤维化。⑥ 弹性纤维裂解产生的弹性蛋白衍生肽(Edps)在多种细胞中表现出广泛的生物活性。Chao et al[34]通过离体研究发现,Edps通过NF-κB信号通路刺激前列腺素(PG)E2和炎症因子如IL-1α、IL-1β、IL-6进而促进黄韧带纤维化。

4 结论

目前临床上对严重、神经症状明显的LSS患者建议手术治疗，而手术治疗常需切除相应狭窄节段的椎板、黄韧带以便获得完全的解压，同时为恢复腰椎稳定性选择椎间的融合内固定。手术治疗虽能解除压迫，但往往创伤很大。若能通过药物等手段延缓甚至阻滞黄韧带纤维化的进展，则可使许多患者避免手术。本文阐述了黄韧带纤维化的危险因素、病理过程及分子机制，并分析与黄韧带纤维化相关的分子及信号通路，为临床提供可能的治疗靶点。目前已有的研究仍存在不足：部分研究仅证明了某分子和黄韧带纤维化的相关性，未深挖其信号通路；已发掘出的信号通路缺少动物实验的验证；众多信号通路中是何者占据整个病理生理过程的主导地位；这些都是未来需进行深入研究的方向。