基质金属蛋白酶7和13在人椎间盘不同结构中的表达情况与椎间盘退变程度关系的研究

椎间盘退变性疾病是骨科临床常见病、多发病,包括颈椎病、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症等。免疫性炎症反应、髓核刺激压迫相邻神经和血管引起的相应症状、体征困扰着患者和医疗工作者。国内外临床MRI等影像学资料观察发现较低年龄群体中椎间盘就存在不同程度退变,但从临床资料分析来看,该类疾病的发病情况个体差异较大[1,2]。目前国内外对这类疾病的发病机理阐述并不完善,针对病因的预防性治疗的阐述甚少。虽然临床诊断方法、手术方法等技术在不断提高,但椎间盘疾患的治疗仍存在诸多问题如:保守治疗疗效不佳、手术治疗并发症多等等。这些促使研究者对椎间盘退变疾病的发病机理进行更加深入的研究。 椎间盘是人体最大的无血供结构,其退变的特征是蛋白聚糖含量下降、水分减少、胶原纤维构成比改变等。新近的研究表明生物力学的作用是次要的,更强调生物化学机制在椎间盘退变中的作用[3,4],但启动和调节这一过程的生物学机制目前仍不十分清楚。细胞外基质(extra cell matrix,ECM)成分的变化可能是直接导致椎间盘退变的一个重要原因,基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)在椎间盘退变的启动和调节生物学机制中发挥着重要作用[5,6],同时MMPs相关基因的研究也使人们对椎间盘突出的病因有了更深入的认识[7,8]。 MMPs是参与降解全身各种组织ECM的蛋白酶家族,目前椎间盘ECM中相关研究较多的MMPs包括MMP-1、2、3、7、9、13等。MMP-7又称基质溶解素,是MMPs家族中最小的独立分子,也是一个比较重要的成员,MMP-7在细胞外基质和基膜降解中起重要作用。MMP-13来源于软骨细胞,主要降解Ⅱ型胶原,还能降解聚集蛋白聚糖(aggrecan),从而在基质降解过程中发挥双重作用[9]。MMP-13可以受到体内多种细胞因子的调节,包括MMP-2、MMP-3等其它MMPs可以提高MMP-13的活性[10]。作为降解ECM的重要成分,MMPs在椎间盘退变中发挥的作用等相关研究显得非常重要。作为椎间盘重要营养途径结构的软骨终板的改变及MMPs的表达等研究也显得非常必要。通过研究不同程度退变椎间盘中MMP-7和MMP-13在软骨终板、髓核、纤维环不同结构中的表达与分布,了解椎间盘不同结构细胞、ECM在其退变过程中发挥的作用,探讨MMP-7和MMP-13在颈腰椎间盘退变中发挥的作用。 方法: 临床严格筛选颈椎病、腰椎间盘突出症、短期内脊柱外伤(椎间盘相对正常)患者,获得人不同程度退变椎间盘患者共32例,分为椎间盘突出组、椎间盘脱出组以及外伤性对照组。所有患者术前完善X线、MRI等辅助检查,使用视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)评定患者疼痛程度。行手术治疗,术中切取患者病变椎间盘纤维环、髓核、软骨终板,分别用4%多聚甲醛固定约24小时后行脱水、包埋、切片等操作。通过HE染色、免疫组化、原位杂交方法检测椎间盘各部位MMP-7、MMP-13在细胞中的表达以及在ECM中含量的变化;通过免疫组化方法检测椎间盘各部位I型和II型胶原纤维含量变化,结合退变椎间盘标本的临床资料,分组统计学t检验分析实验结果。 结果: (1)椎间盘突出患者的软骨终板和髓核中MMP-7和MMP-13均有较高表达,免疫组化半定量分析MMP-7在突出组软骨终板高于脱出组软骨终板(p<0.05);免疫组化单位面积阳性细胞表达均值MMP-7突出组软骨终板高于脱出组软骨终板(p<0.05)。(2)椎间盘脱出患者髓核细胞中MMP-7表达较高,免疫组化半定量分析MMP-7在脱出组髓核高于突出组髓核(p<0.05);免疫组化半定量分析MMP-13在脱出组软骨终板高于突出组软骨终板(p<0.05);免疫组化单位面积阳性细胞表达均值MMP-7和MMP-13脱出组髓核高于突出组髓核(p<0.05);免疫组化单位面积阳性细胞表达均值MMP-7脱出组软骨终板高于突出组软骨终板。(3)免疫组化分析突出组和脱出组椎间盘三个结构MMP-7和MMP-13均高于对照组。(4)原位杂交单位面积阳性细胞表达均值MMP-13突出组软骨终板高于脱出组软骨终板。 结论: 实验结果提示:(1)MMP-7和MMP-13在椎间盘退变过程中有高度表达,且基本与退变程度正相关。(2)MMP-7、MMP-13在不同退变程度、不同椎间盘结构中表达不一致。早期退变过程MMP-7在软骨终板较高表达,中晚期退变过程MMP-13在椎间盘软骨终板较高表达,提示软骨终板细胞可能在参与椎间盘不同时期退变过程中发挥不同作用。