作者：内蒙古医科大学     吴锦晨

腰痛影响全球约1/10的人口，是导致残疾的重要原因。手术是目前最有效的治疗方法，然而许多患者即使接受治疗，仍然忍受慢性疼痛、坐骨神经痛、功能限制等痛苦，生活质量大幅下降。椎间盘退行性变(IDD)被认为是腰痛的重要诱因，约占腰痛患者的26%～42%。然而，IDD的具体发病机制仍不完全清楚。IDD不是单一的脊柱疾病，而被认为是一种与遗传和环境因素相关的多因素疾病，吸烟、意外创伤、组织感染、遗传因素和代谢相关疾病也进一步加速了IDD。健康椎间盘(IVD)是由内部富含蛋白多糖的髓核(NP)、外部富含胶原蛋白的纤维环(AF)以及软骨终板(CEP)组成。IDD由多种因素引起，如炎症、氧化应激、细胞外基质降解和机械应力等。这些因素促进NP细胞的衰退，最终导致椎间盘结构破坏和功能障碍。

核因子κB(NF-κB)对于维持椎间盘的自身稳定至关重要。Ge等发现绿原酸通过抑制NF-κB信号来改善IDD，Liu等已报道穿心莲内酯通过抑制NF-κB途径来抑制人髓核细胞的退化。此外，Zhang等发现在IDD中，NF-κB途径受miR150的抑制作用。笔者对NF-κB信号通路表达的生物学功能及信号转导在IDD中的作用和治疗潜力进行综述，以深入了解NF-κB信号在IDD中的关键作用。

NF-κB信号通路的一般功能和调控

NF-κB最早由Sen等于1986年发现，是一种与免疫球蛋白κ轻链基因的增强子区域特异性结合的转录因子。NF-κB信号通路由NF-κB二聚体、KappaB抑制物调节因子(IκB)、IκB激酶(IKK)复合体组成。在哺乳动物中，NF-κB家族由5种成员组成：p105和p100前体蛋白裂解产生的p50和p52，以及无前体的RelA(p65)、RelB、c-Rel[15-16]。在活性状态下，NF-κB家族成员形成同源二聚体或异源二聚体，RelB除外，只形成异二聚体。通常NF-κB二聚体在细胞质中处于失活状态，被激活的NF-κB二聚体从细胞质迅速进入到细胞核内，从而启动相关目标基因的转录。

在经典途径中，NF-κB二聚体与细胞质中的IκB结合为三聚复合体导致失活。上游信号分子与受体相互作用激活IKK复合体，IKK复合体由IKKα/IKK1、IKKβ/IKK2和支架蛋白NEMO(IKKγ)组成。活化的IKK复合体将IκB磷酸化，经泛素化修饰后通过蛋白酶体降解IκB。NF-κB二聚体得以暴露并进入到细胞核中。与经典途径不同，非经典NF-κB激活途径是由转录因子p100/RelB介导的。活化的NF-κB诱导激酶导致IKKα的磷酸化和活化，从而导致p100的磷酸化和p52亚基的水解。接下来，p52-RelB转位到细胞核内调节转录。受体识别内源性或外源性刺激并与之结合可以激活NF-κB信号通路，这些受体包括Toll样受体、肿瘤坏死因子受体、T细胞受体和白介素受体，它们通常激活经典NF-κB通路及其下游转录因子(RelA-p50)。相反，连接肿瘤坏死因子超家族受体12A(Fn14/TWAKE受体)、淋巴毒素β受体、B细胞激活因子受体、NF-κB受体激活剂、CD40和CD27通常激活非经典途径。

NF-κB信号通路参与IDD的机制

NF-κB与炎症：随着IDD的进展，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1α(IL-1α)、IL-1β、IL-6、IL-17等促炎性细胞因子水平明显升高。这些因素刺激窦椎神经末梢，导致神经根疼痛，这是患者慢性下腰痛的主要原因。TNF和IL-6是与IDD进展密切相关的促炎性细胞因子。在腰痛患者中，TNF-α可触发炎症，引起神经肿胀和神经病理性疼痛，并通过其细胞毒作用加剧细胞凋亡。IL-1β不仅能触发炎症，并已被证明可触发包括TNF-α、IL-6及多种基质降解酶在内更高水平的促炎介质，破坏细胞外基质代谢的平衡，进而破坏其代谢。

Ye等和Krupkova等表明，IL-1β通过激活NF-κB途径，加重神经放射痛，加剧了IVD细胞的局部炎症反应。Gong等的反转录定量聚合酶链反应(RT-PCR)结果显示，在IL-1β处理的大鼠髓核细胞中，诱导型一氧化氮合酶2(iNOS2)和环氧合酶-2(COX-2)的转录被促进，酶联免疫吸附试验(ELISA)结果显示，TNF-α、前列腺素E2(PGE2)和IL-18的表达在IL-1β存在下均增加，且IL-1β诱导p65从细胞质易位到细胞核，导致IκBα和p65磷酸化并降解IκBα的蛋白表达，证明了NF-κB通路在IL-1β诱导的炎症中起着至关重要的作用。在一项大鼠实验中，培养IL-1β诱导的纤维环细胞，检测结果显示炎症介质PEG2表达量升高，进一步实验证明IL-1β刺激上调NF-κB的核易位[28]。大量实验证明了IL-1β通过激活NF-κB途径，加剧了椎间盘细胞的炎症反应。IDD条件下激活NF-κB的因素不只有IL-1β。TNF-α刺激髓核细胞COX-2、IL-1β和IL-6的表达，并且诱导p-NF-κBp65蛋白上调。Wang等实验表明过度的机械刺激具有明显的促炎作用，可抑制纤维环细胞的Yes相关蛋白(YAP)活性，且细胞核中的p65积累显著增加，激活NF-κB信号转导通路。肿瘤坏死因子α诱导蛋白3(A20)是炎症信号转导的负调控分子。Zhang等的研究发现，A20过表达时，IL-1β和TNF-α的蛋白水平和p65的磷酸化水平显著降低，说明A20可能通过抑制核易位来调节NF-κB途径，从而控制炎症。miRNA是广泛存在于真核生物中一种内源性小分子，是调节基因表达的非编码RNA。实验证明，过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)具有miR-96-5p的靶结合位点，通过抑制miR-96-5p，提高了PPARγ的表达，逆转了IL-1β处理的人髓核细胞中的炎症并抑制NF-κB的核易位[33]。随着中药在药理学领域研究的不断深入，中药复方及中药衍生物也可以有效缓解IDD进展。大黄素[34]、黄芪甲苷、葛根素(puerarin)[36]、金丝桃苷(hyperoside)等中药方剂均可通过调节NF-κB通路，减少髓核细胞炎症反应，从而延缓IDD的进展。由此说明，促炎性细胞因子在退行性IVD中表达升高并激活NF-κB通路，与IDD过程密切相关。因此，通过抑制NF-κB通路的激活，减少p65的核易位以减轻炎症反应可缓解IDD的进程。

NF-κB与氧化应激：活性氧自由基(ROS)形成是细胞有氧正常代谢的副产物，正常水平的ROS在调节细胞内各种生理过程和细胞内信号转导具有重要作用。氧化应激是指ROS产生过量后损害细胞功能，导致相应疾病。在细胞内，线粒体不仅是ROS产生的主要场所，还是ROS攻击的主要目标。物质回收能力下降和各种应激刺激会造成不利的微环境，环境变化导致线粒体功能障碍，从而增加ROS的产生。过度增加的ROS反过来还会导致线粒体DNA、脂质和蛋白质的氧化损伤，加重线粒体功能障碍，从而形成正反馈循环。随着IDD的进展，线粒体功能障碍及髓核细胞衰老释放的各种炎症细胞因子、生长因子和酶使得IVD患者体内ROS水平明显升高。此外，多项体外实验表明，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽等抗氧化物质活性的表达水平在退化的髓核细胞中降低，进一步促进细胞内ROS积累。在Suzuki等的一项研究中，随着IVD变性等级的增加，人和大鼠IVD中ROS水平逐渐升高。此外，人退变的IVD中髓核细胞的ROS水平与变性等级呈正相关。这些结果都表明，氧化应激是促进IDD进展的重要因素。

研究表明，ROS可导致IKKα的磷酸化，从而导致NF-κB的经典活化途径。同样，ROS也可以通过介导其S-谷胱甘肽酰化来影响IKKβ的活性，进而促进NF-κB的核易位。此外，ROS还可以激活AF和CEP细胞中的NF-κB通路，导致细胞损伤并促进IDD。这些研究表明，NF-κB信号通路的异常激活严重影响了IVD细胞在氧化应激微环境中的功能和存活，阻断该通路有望延缓氧化应激诱导的IDD。Liang等的研究显示，随着IDD程度的增加，转录因子EB(TFEB)的表达逐渐降低。敲除TFEB后，加剧了氧化应激导致的细胞活力下降和细胞凋亡，增强了p65易位，最终促进IDD进程。证实了TFEB通过NF-κB信号通路介导氧化应激诱导的IDD。精氨酸酶Ⅱ(Arg2)也被证实通过NF-κB途径促进IL-1β诱导的氧化应激。因此，TFEB和Arg2可能是预防和治疗IDD的新靶点。同时，Chen等和Lu等的实验证实喹唑啉和青藤碱均可降低ROS水平及p-NF-κB的表达，表明喹唑啉和青藤碱通过抑制NF-κB信号通路来抑制氧化应激从而防止髓核细胞凋亡并改善IDD。

NF-κB与细胞外基质(ECM)降解：ECM是一种非细胞结构，由大约300种蛋白质组成[50]。ECM存在于所有组织的细胞外环境中，参与许多细胞过程。IVD的主要ECM成分包括胶原蛋白、蛋白多糖和非胶原蛋白。在正常IVD中，ECM的合成代谢和分解代谢处于动态平衡状态。当ECM的稳态平衡受到各种刺激的干扰时，通常会发生椎间盘退变。随着椎间盘退变的进展，蛋白多糖和Ⅱ型胶原含量显著减少，而Ⅰ型胶原含量显著增加，导致吸水率下降。细胞外基质成分的改变增加了髓核细胞硬度。现有证据表明，硬度增加诱导髓核细胞发生表型变化，包括增殖、凋亡和衰老，并与椎间盘退变密切相关。ECM的蛋白降解发生在这个过程的开始。基质金属蛋白酶(MMP)、具有血小板反应蛋白基序的去整合素和金属蛋白酶(ADAMTS)、组织蛋白酶、纤溶酶等各种蛋白酶在退变的椎间盘ECM蛋白分解中起着关键作用[55]。目前，随着研究的深入，大量实验表明IL-1β可刺激MMP3、MMP9、MMP13、ADAMTS-4、ADAMTS-5等基质降解酶的产生。抑制椎间盘中降解酶的产生被证明可以缓解细胞基质的新陈代谢，增加ECM中的胶原和蛋白多糖，并延缓IDD。

大量研究表明ECM稳态失衡会促进IDD的发生发展。Zheng等发现，IL-1β通过NF-κB信号通路上调MMP3和MMP13的表达水平，导致Ⅱ型Ⅰ型胶原和聚集素的表达水平降低，表明NF-κB信号通路可导致ECM降解，促进椎间盘退变，说明抑制NF-κB信号通路可以有效地延缓IDD进程。Tao等研究发现富血小板血浆衍生的细胞外囊泡将LncRNAMALAT1递送至靶点miR-217，导致NF-κB/NLRP3通路激活终止，从而抑制NP细胞焦亡并减弱ECM降解。瑞舒伐他汀在临床上广泛用于降低胆固醇水平，但在最近的研究中发现其还可以通过抑制NP细胞中的HMGB1/NF-κB信号通路来抑制TNF-α诱导的基质分解代谢。近年来随着对中药的传承创新，中药活性成分因成分天然，副作用小，疗效好等优势在临床治疗中越来越受到青睐。中草药牛蒡的活性成分牛蒡子苷元，由多种天然植物提取的山楂酸，以及中药青蒿素的衍生物双氢青蒿素均被证明可通过抑制NF-κB通路来下调NP细胞中的MMPs和ADAMTS水平来改善ECM的失衡。因此抑制NF-κB通路激活可能是控制ECM降解的潜在疗法。

总结与展望

随着现代社会的老龄化、生活节奏加快和日常工作压力的持续影响，退行性关节病患者的数量正在增加。椎间盘变性是老年人关节相关慢性残疾的常见潜在原因。它是腰痛的主要原因，也是腰椎间盘突出症和腰椎管狭窄症等多种脊柱疾病的常见病理基础。多种信号通路参与椎间盘退变，其中NF-κB信号通路一直被认为是IDD的致病因子。笔者对NF-κB信号通路的调控方式以及与IDD病程相关的研究进展进行了综述。在IDD过程中，炎症、氧化应激、ECM稳态失衡、机械负荷等多种因素激活NF-κB信号通路并加速IDD进程，同时激活NF-κB信号通路可增加多种炎症介质和趋化因子的表达水平，NF-κB的上下游分子的改变也可以通过调节NF-κB信号通路来影响NP细胞的状态，最终形成恶性循环并进一步加速IDD进展。因此，对NF-κB通路进行干预可能揭示许多潜在的治疗靶点，以减缓或逆转IDD的进展。

综上所述，NF-κB信号通路的激活在IDD进程中有着极其重要的作用。NF-κB通路在促炎性细胞因子的刺激下，加速髓核细胞凋亡，加剧氧化应激及ECM降解参与IDD过程。尽管对NF-κB信号通路与IDD之间的关系已有了基本的认识，但目前对NF-κB信号通路在IDD发生发展中的作用机制仍有许多问题。首先，目前的研究是在细胞和动物水平上研究NF-κB信号通路与IDD的关系，有必要进行进一步的临床研究；其次，在对IDD模型的用药方式和用药剂量还需进一步探索进而总结出最佳方式并合理运用于临床；此外，目前纤维环和软骨终板与NF-κB通路关系的探索较少，未来可做进一步的研究。总之，该综述总结了NF-κB在IDD进程中的作用以及其治疗靶点。未来还需要更多的研究来进一步阐明其潜在的机制，为了解椎间盘退变性疾病的发病机制提供帮助。

来源：中国骨与关节杂志2025年1月第14卷第1期

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