腰椎间盘退变的流行病学、遗传学及基因治疗研究进展华中科技大学同济医学院附属同济医院夏仁云教授生理解剖椎间盘的功能保持高度：椎体、
椎间孔、后关节突连接椎体：并使其有一定活动度传递压力缓冲作用维持屈度病理演变过程椎间盘退变的定义
指椎间盘组织的结构适应腰椎负荷的改变或椎间盘自身损伤而出现的一系列改变。目前普遍评估方法是MRIMRI定性评估方法：椎间隙
高度丢失椎间盘膨出椎间盘信号减低Schmorl结节形成终板硬化椎间隙高度丢失是临床上最常用的诊断椎间盘退变的影像学特征
。严重的椎间隙高度丢失是椎间盘退变的常见征象。单节段严重的椎间隙高度丢失可能是由于创伤或者生物力学异常引起而不是全身退变的一部
分。椎间盘退变的患病率和发生率对腰椎五个节段椎间盘退变的患病率的研究发现不同节段之间差异很大；鉴于危险因素对不同节段椎间盘的
影响不同，分节段报道其流行病学特征很重要。椎间盘退变可能的危险因素年龄和性别环境和行为家族性和遗传影响相关基因类型椎间
盘退变现象的散点图指标包括：椎间盘信号密度椎间隙高度丢失椎间盘膨出椎间盘突出骨赘形成上终板异常肥胖退变等及其不同
年龄组的总体评分年龄和性别椎间盘退变程度在不同年龄有很大差异，退变评分在2~28岁的患者中逐渐升高。椎间盘组织的信号密度改变
反映了椎间盘髓核组织中水分的含量，从幼儿到成人后期，其水分含量逐渐降低。（该指标与年龄关系最为密切）年龄和性别1926年
Heine等报道女性患者出现的时间要比男性晚１０年；与女性相比，男性椎间盘退变较早且更严重，估计与其重体力劳动和椎间盘组织更长的营
养供给途径有关。环境和行为重体力负荷尤其是与职业相关的重体力负荷很早就被怀疑是椎间盘退变的一个危险因素；对单卵双胞胎施加不同
因素的一系列研究一致表明，腰椎负荷过重只是腰椎退变的危险因素中的一小部分；腰椎退变与长时间驾驶没有直接相关性；与椎间盘退变唯一相
关的化学因素是吸烟。图为单卵双胞胎兄弟在一段重体力劳动后的脊柱MRI表现；年龄44岁，左侧为记者，右侧为农民。记者L5S1终
板出现了明显异常（箭头示）；农民L3-4椎体前方骨赘形成。48岁的一对双胞胎，左侧是程序员，右侧是管工。两个人具有相似的前方和后
方的椎间盘膨出及终板改变，大多位于上腰椎，程序员T12椎体有楔形变。研究资料中最有价值的是于双胞胎兄弟观察到椎间盘退变高度相似。
这个结果提示基因型可能对椎间盘退变有本质上的影响。（如图）一对49岁的双胞胎，左侧是汽车驾驶员，右侧是木匠。两个人都有比较严重的
椎间隙高度的丢失、椎间盘膨出和一些终板改变。除了木匠L2-3椎体前方有严重的椎间盘膨出外，两者椎间盘退变的表现很相似。一对61
岁的双胞胎，左侧是农民，右侧是司机。两个人在同一椎间隙水平出现了同样严重的椎间隙高度丢失、椎间盘膨出和终板改变。而农民椎间隙变窄的
是L4-5水平，司机是在L1-2水平。家族性和遗传影响1995年报道，在男性单卵双胞胎上进行研究，结果显示在椎间盘退变的程度和
部位呈现显著的家族性。对20对30~60岁的单卵双胞胎进行研究，分节段评价其腰椎间盘退变的相似程度。结果显示在腰椎间隙高度丢失、
椎间盘膨出、突出、椎间盘干燥等方面具有明显的家族性影响。家族性和遗传影响Sambrook等报告用MRI对86对单卵双胞胎和15
4对双卵双生的双胞胎的脊柱进行检查，结果发现基因遗传因素对椎间盘退变有显著影响。椎间盘退变的相关基因类型遗传因素对椎间盘退变有
很大影响；可能具有共同的寡基因特性、多因素影响的遗传特性。到目前为止，有几个与椎间盘退变相关的基因位点已被发现。遗传因素可以
通过多种机制影响椎间盘退变，如影响脊柱结构的大小和形态，进而影响脊柱的力学结构，导致对外力作用的不耐受等。基因可以预先决定椎间盘
的生物学进程，包括椎间盘结构和生物化学成分的合成和破坏，对一些人可以导致椎间盘退变加速。退变椎间盘的基因治疗转基因两种思路
转导能够增强髓核细胞生物学活性的外源性基因来促进合成代谢功能转导能够抑制细胞外基质降解的基因来阻止分解代谢的过程基因治疗示意图
基因治疗的方式直接基因治疗：把带有目的基因的载体直接转导至靶细胞内；间接基因治疗：将靶细胞取出进行培养,体外基因转导后
,再植入靶组织中。目的基因的选择是基因治疗的重要环节。目前用于促进细胞的合成代谢的基因有TGF-β1(转化生长
因子β1）、LMP1(矿化蛋白1)、BMP2（骨形态发生蛋白2）、IGF1（胰岛素生长因子1）等；用于抑制细胞外基质
降解的基因有TIMP1(一种内源性的基质金属蛋白酶抑制剂)。文献Thompson等[8]在1991年就发现TGFβ1能
刺激狗椎间盘髓核细胞合成蛋白多聚糖,因此他们推测TGFβ1可以用来治疗椎间盘退变。近来,Yoon等[12]将腺病毒介导的LMP
1基因转染离体培养的鼠腰椎间盘细胞,结果显示被转染的细胞中蛋白多聚糖的含量较空白对照组增加260%。Paul等[13]用腺病毒
介导的Sox9基因转染退变的人椎间盘细胞,发现Sox9基因能提高髓核细胞中Pro1mRNA表达水平,同时也能促进Ⅱ型胶原的合成。
Moon等[14]用TGFβ1、BMP2和IGF1几种生长因子单独和联合应用处理离体培养的髓核细胞,结果表明,单一的生长因子
可以使蛋白多聚糖的含量提高180%～295%,任意两种生长因子的联合使用可以使蛋白多聚糖的含量提高322%～398%,而三种生长因
子联合使用其蛋白多聚糖的含量提高达471%。Wallach等[15]研究表明TIMP1能够缓慢增加髓核细胞中蛋白多聚糖的含量
。促进合成代谢和抑制分解代谢的基因联合应用是否具有协同增效作用还有待于进一步的实验来证实。载体的选择安全高效的基因转染载
体的选择是基因治疗的另一个核心技术。目前载体分两类:病毒和非病毒。病毒载体病毒载体因为基因转染效率高,降解少,被认为是比较
理想的载体。包括腺病毒杆状病毒腺病毒目前使用的病毒载体均是复制缺
陷型哺乳动物病毒载体,这类病毒必须依靠宿主细胞才能完成它们的生活周期,同时这类病毒有形成野生型或辅助性病毒的潜在风险,从而影响了它
们临床使用的安全性。杆状病毒是昆虫专性病毒,研究表明,重组的杆状病毒作为一种非复制型的新型基因转染载体,具有转导效率高,宿主范
围广,可插入大片段基因,无细胞毒性,生物安全性高等优点,许多研究已将其应用于哺乳动物。杆状病毒作为椎间盘退变的基因治疗载体具有
广阔的开发和应用前景。非病毒载体阳离子脂质体载体多聚阳离子载体壳聚糖载体树状高分子载体无机壳类ＳｉＯ2纳米粒子载体
非病毒载体优点非病毒载体由于具有低毒,低免疫反应,靶向性和易于组装等优点,非病毒载体的研究被寄予厚望。目前存在的主要问题是转
染效率低、表达时间短暂、载体ＤＮＡ长期保存不稳定。展望必须更深入的认识和理解椎间盘退变的分子生物学机理,明确与椎间盘退变密
切相关因子的生物学作用,从而选择最佳治疗基因。不断构建高效、安全的表达载体,保证目的基因得到更加稳定、长期的表达。提高基因转入
及表达的有效性,并探讨和完善其调控机理。基因导入方法的改进,努力使在体直接转染方法不断成熟,努力确定治疗基因产生适宜效果的准确剂
量,更加有效地避免基因治疗中可能产生的毒副作用。谢谢Thompson等于1991年报道了生长因子对成年狗椎间盘培养细
胞的影响,是最早探索用生长因子诱导退变椎间盘修复的研究之一。我国顾树明等研究证实,对于多次传代的去分化髓核细胞,TGFβ1
有促进蛋白多糖核心蛋白基因表达的作用。靶细胞载体基因基因表达蛋白抑制病变的发生促进受损组织的修复Moon等[
17]以腺病毒为载体,将LacZ基因转染离体培养的人椎间盘细胞,结果表明,150MOI腺病毒可以使细胞获得100%的转染,其转染效率与年龄、性别和退变程度无关。国内刘小云等利用杆状病毒介导的GFP基因转染离体和在体的兔髓核细胞,结果发现,转染效率达87%,其外源性基因的表达能持续至少3周。令人振奋！！！问题？？？同济医院骨科维持正常椎间盘细胞群种的表型和数量增强细胞合成髓核内蛋白多聚糖和Ⅱ型胶原的能力延缓和逆转椎间盘退变同济医院骨科 |
|
