脊柱韧带骨化性疾病发病机制的研究进展

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脊柱韧带骨化性疾病是一类临床常见的多因素迟发性疾病，起病隐匿，常引起脊髓和神经根病变，以多种脊柱韧带骨化为特征，包括后纵韧带骨化（OPLL）、黄韧带骨化（OLF）和弥漫性特发性骨肥大症（DISH）。亚洲人群中OPLL尤其多见，日本的发病率为1.9%～4.3%，美国、欧洲等地发病率仅为0.01%~1.7%。OLF多发生于中老年人，以下胸椎最为常见，男女的发病率之比约为3∶2，男女平均发病年龄约为61岁和68岁。DISH常见于老年男性，欧美报道较多，男女发病率约为2∶1。OPLL和OLF的发病率、发病部位、发病年龄、病理变化等相似，具有较高的合并发生率，并且发病机制目前还不甚清楚，仍处于探索阶段。随着生物科学技术的发展，近年来对该类疾病的基础研究取得了一些进展，笔者就该类疾病发病机制的进展综述如下。

内分泌激素及细胞因子

大量研究证明脊柱骨化性疾病的发生和发展与人体内分泌激素水平和各种细胞因子的变化有关，合并各种代谢紊乱的患者，比普通人更易发生韧带骨化。一些内分泌激素，如甲状旁腺素（PTH）、胰岛素、雌激素、1，25-二羟维生素D、碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）在骨骼的成长过程中起调控作用。同时，许多脊柱骨化性疾病患者被发现合并与上述激素相关的代谢性及内分泌疾病，如2型糖尿病、甲状旁腺功能亢进、佝偻病及肥胖等，然而发病机制至今未明确。瘦素是一种由脂肪组织分泌的肽类激素，不仅参与体内糖、脂肪及能量代谢的调节，且还参与骨骼的形成。

肥胖是脊柱韧带骨化性疾病发生的一个重要危险因素，而肥胖者多伴有高瘦素血症。Ikeda等报道女性高瘦素血症联合超高胰岛素血症在OPLL异位骨形成过程中起到了重要作用。Fan等的研究发现瘦素诱导的胸椎OLF细胞成骨性分化主要与STAT3分子通路的激活有关，STAT3与Runx2在细胞核相互作用，并且STAT3和Runx2以及类固醇受体辅活化蛋白1共同构成转录复合物作用于Runx2靶基因启动子，诱导细胞的成骨性分化。间质干细胞（MSCs）是一种具有自我**能力和多向分化潜能的成体干细胞，这种干细胞能够发育成硬骨、软骨和其他类型的细胞。

Harada等分别收集8例颈椎OPLL患者的C3黄韧带作为病例组，8例脊髓型颈椎病患者的C3黄韧带作为对照组，两组黄韧带都未见骨化征象，在试管内分化并作组织学分析，发现OPLL组MSCs成骨的分化潜能比对照组高，另外，OPLL组ALP和另外几个和成骨相关的基因表达（BMP-2、ALP和转录因子2）比对照组高，说明OPLL组MSCs成骨分化潜能增加，这种变化对于骨源性的谱系来说可能是引起韧带骨化的一个因素。

Chin等分别收集OLF患者和非OLF患者的胸椎黄韧带并采用免疫荧光技术进行分析，与非OLF组相比，OLF组韧带碎片基质上有大量的新生血管形成，并且血管周围MSCs大量堆积；OLF组胶原基质内MSCs比非OLF组明显增高，OLF组邻近骨化的软骨细胞也出现了MSCs的表达，说明MSCs可能通过软骨内骨化影响OLF的异位骨形成。蛋白激酶R样内质网激酶（PERK）是一种位于内质网膜上的Ⅰ型跨膜蛋白，属于eIF2α上游激酶家族。Chen等体外培养脊柱韧带成纤维细胞（OPLL组和非OPLL组），发现OPLL组患者骨钙素（OCN）、ALP及Ⅰ型胶原蛋白（COLⅠ）的mRNA表达和PERK的蛋白表达比非OPLL组明显增强，OPLL患者韧带的成纤维细胞呈现出了成骨特性，PERK介导的内质网应激和OPLL的发展有关。

Park等研究发现，白介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、前列腺素E2（PGE2）和一氧化氮（NO）等炎性细胞因子在黄韧带肥厚和骨化的过程中起非常重要的作用，椎间盘退变、突出可通过炎性细胞因子影响黄韧带，并引起黄韧带肥厚和骨化。Hou等通过大鼠模型研究，将重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）装载于Ⅰ型胶原后置于大鼠硬膜外间隙，结果术后1周黄韧带中有骨化病灶形成，并在第3~9周骨化大量增加，说明rhBMP-2诱导OLF是典型的软骨内成骨，并且和临床上的OLF非常相似，组织蛋白类H3修饰可能在OLF的发生发展中起重要作用。钙敏感受体（CASR）为机体维持钙稳态、保持正常生理功能的关键环节。CASR失活性突变可引起家族性低尿钙高血钙（FHH）及原发性甲状旁腺功能亢进症（PHPT）。Rivas等报道了1例FHH伴有糖尿病并发DISH的非洲女性患者，糖尿病和韧带骨化性疾病密切相关，但是可能忽略了FHH和DISH的内在联系。Gokhale等报道了一例四肢麻痹伴有OPLL的患者，并同时发现该患者患有DISH、维生素D缺乏症以及继发性甲状旁腺功能亢进，说明脊柱韧带骨化性疾病和体内激素水平密切相关。

脊柱韧带骨化的发生是一个复杂的过程，不同的发展阶段可能由不同的细胞因子进行过调控。由于多种危险因素均可诱发韧带异位骨形成，因此，探讨不同危险因素诱发骨化的分子通路是将来要研究的问题。

机械应力**和生物力学因素

很多研究都证明机械应力**和脊柱韧带骨化有密切联系。Zhang等通过体外培养OPLL细胞和非OPLL细胞，研究波形蛋白在机械**下的信号转导通路的潜在作用，结果发现通过机械伸展，OPLL细胞中的成骨细胞基因编码OCN、ALP和COLⅠ的表达水平增强，但是非OPLL细胞的表达没有变化；另外，通过siRNA敲除波形蛋白的表达导致OCN、ALP和COLⅠmRNA表达增加，说明在机械**诱导下波形蛋白的表达下调在OPLL细胞成骨分化过程中起到了重要作用。

Kang等通过体外培养研究人突出的椎间盘对周围黄韧带的影响，发现突出的椎间盘高表达白介素-1α（IL-1α）、IL-6、TNF-α、PGE2和NO，显著增加DNA的合成，上调胶原Ⅲ、Ⅺ和OCN的mRNA表达，说明通过这些炎症因子的作用，退变和突出的椎间盘在OLF的发病机制中起到了重要作用。

张耀等探讨生物力学因素与BMP-2SNPs对OPLL成骨作用的影响，发现BMP-2SNPs109T>G（rs2273073）的突变不仅能提高人们对OPLL的易感性，同时能提高OPLL患者对机械应力的敏感度，从而加速OPLL的进展，为进一步发现OPLL多因素共同致病的具体机制奠定了基础。在Wang等的研究中，BMP-2基因的2个SNPsrs2273073（T/G）和rs235768（A/T）被证实和OPLL密切相关。在Li等的研究中，在机械应力**下，C3H10T1/2细胞受BMP-2[rs2273073（T/G）]和BMP-2[rs2273073（T/G），rs235768（A/T）]转染后，细胞内的BMP-2蛋白的表达明显高于静止组，说明BMP-2基因变种rs2273073（T/G）不仅增加了其早期细胞骨化的易感性，而且增加了其对机械应力**的敏感性，说明生物力学因素在OPLL的发病机制中起到了重要作用。

总之，机械应力**和生物力学因素在脊柱韧带骨化疾病中起到了重要作用，但并不能解释所有的病例，文献鲜有欧美人群因脊柱力学异常发生韧带骨化的报道，所以机械**的影响可能和遗传易感性有关，有一些说法认为频繁的蹲起以及姿势的改变是亚洲人韧带骨化高发的一个原因。

展望

脊柱韧带骨化性疾病是一类多基因、多因素共同作用导致的疾病，虽然经过多年的研究，但确切的发病机制尚不清楚。近年来随着分子生物学的发展，许多从分子水平对发病机理的阐述为今后的临床研究提供了帮助。另外，脊柱韧带骨化性疾病是多基因累及、多因素共同作用导致的疾病，多学科、多单位的联合，新的研究技术的发展以及流行病学等相关因素的系统研究是韧带骨化性疾病取得重大突破的根本。

来源：中国脊柱脊髓杂志2015年第25卷第6期