作者：华南理工大学医学院 黄杰
椎间盘退行性病变(IVDD)是引起慢性腰痛的常见原因，严重降低患者的生活质量，同时增加了社会经济压力与医疗负担。椎间盘是连接相邻椎体无血管、神经的纤维软骨样组织，由内部的髓核、外部的纤维环以及上下软骨终板组成，在维持脊柱平衡、缓冲脊柱机械负荷等方面具有重要作用。IVDD多由于椎间盘内部合成代谢和分解代谢过程的不平衡而引起，进而导致细胞外基质成分改变、髓核细胞的丧失及过度氧化应激和炎症反应。研究表明，多种细胞因子参与IVDD过程，包括白介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、神经生长因子(NGF)以及血管内皮生长因子(VEGF)等，其中VEGF以其发挥血管生成、基质降解及突出髓核重吸收等关键作用而备受关注。退变椎间盘内部微环境改变，诱导VEGF相关微血管形成，同时伴有神经末梢的内向性生长，由此引发腰痛症状。
VEGF的生物学特性
1983年，研究人员从肿瘤患者
VEGF与椎间盘退变
椎间盘是由内部的髓核、外部的纤维环以及上下软骨终板组成，是人体组织内最大的无血管和神经的器官，除了纤维环的外1/3有些许血管和神经末梢的浸润。IVDD包括炎症反应、基质变性和血管生成三个过程，这些过程可以通过增加分解代谢反应和炎症介质的过度表达来介导。大量的临床证据表明VEGF参与IVDD。Lu等对156例腰椎间盘突出症患者术中取出的椎间盘组织进行病理解剖，观察发现62.8%的椎间盘出现血管浸润现象；免疫组织化学示VEGF表达阳性率为73.42%(116/156)，p53的阳性表达率为58.97%(92/156)，并且在116例VEGF阳性的标本中，有83例显示p53阳性，由此说明退变椎间盘VEGF的高表达与p53表达密切相关，两者协同促进退变椎间盘新生血管的生长和浸润过程，从而进一步加剧椎间盘的退变。Xin等通过组织学HE染色发现健康的椎间盘具有结构完整的纤维环，当椎间盘发生退变时，纤维环遭受破坏，结构受损，且有血管的出现，这说明结构完整的纤维环能够抑制正常椎间盘内血管的浸润。由VEGF表达增加触发的新生血管生成是椎间盘退行性病变的重要特征之一。Chen等研究报道退变的髓核组织中氨基肽酶及
构建IVDD动物模型是研究IVDD机制最常用的手段。Xiao等将40只雌鼠造模12周后将其处死并获取L1～6脊柱节段，应用免疫荧光技术检测椎间盘中VEGF的表达水平，结果显示：对照组VEGF表达不明显，但对照组中重度退变椎间盘内VEGF强阳性表达，以无血管的髓核表达更为尤甚，且实验发现VEGF表达部位与基质成分异常表达及骨软骨重塑一致，说明VEGF通过调节细胞外基质参与IVDD过程。李玲慧等为探究补肾活血方对兔IVDD模型VEGF表达的影响，在针刺造模后给予实验组补肾活血方剂，研究发现低剂量中药组髓核细胞明显减少，纤维环及髓核裂隙也增多，VEGF免疫组织化学蛋白染色阳性率无明显变化，VEGF表达量稍下调；中高剂量中药组细胞数量较低剂量组明显增多，纤维环裂隙减少，细胞外基质排列较为均一，VEGF表达量明显下降，说明退变椎间盘VEGF表达量增加，补肾活血方通过抑制VEGF的表达延缓IVDD。郭井泉等通过建立腰椎不稳模型，利用卵巢切除加速IVDD进程，制备IVDD模型，研究发现椎间盘组织中的VEGF的表达增加通过激活mTOR细胞通路，上调Beclin-1和LC3自噬蛋白，下调Caspase-3和Caspase-9凋亡蛋白，促进椎间盘细胞的自噬，抑制细胞凋亡，进而延缓IVDD。
Zhan等将16只新西兰兔处死后在无菌环境下取出脊椎运动节段，包括完整的椎间盘及上下软骨终板，随机将其分为压力组及对照组，给予压力组持续压力，结果表明持续压力破坏椎间盘的形态完整性，导致软骨终板的血管芽数量减少，并与椎间盘组织中的VEGF表达下降呈正相关，这提示VEGF参与椎间盘压力性退变，其在IVDD过程中可能起着至关重要的作用。张志强等研究报道退变椎间盘VEGF上调与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)蛋白表达增加呈正相关，说明在椎间盘发生退变时，伴随着p38-MAPK信号通路的激活，VEGF通过激活该通路诱导新生血管的入侵。Choi等通过研究发现SM/J小鼠VEGF-A表达量下降，加速髓核细胞凋亡，促进基质降解，使得椎间盘自发性的发生早期退变，说明VEGF在椎间盘早期退变过程中具有重要作用。He等收集椎间盘退行性病变患者和正常个体的椎间盘组织用于分析P14ARF表达，同时通过针刺法诱导大鼠尾椎椎间盘发生退变，结果表明正常的椎间盘P14ARF和TIMP3过度表达，当椎间盘发生退变时，P14ARF和TIMP3表达量明显降低，过度表达的P14ARF通过上调TIMP3抑制大鼠退变的髓核细胞中炎症因子及VEGF的释放，并抑制血管内皮细胞向髓核内生长。
在椎间盘血管化的过程中，椎间盘细胞与相邻的非椎间盘细胞(包括免疫细胞和内皮细胞)之间不可避免地发生相互作用。Hwang等采用微流体共培养设备观察到在IL-1β诱导下，内皮细胞向髓核细胞迁移生长，由此说明髓核细胞与人脐静脉内皮细胞间的可以相互作用，该作用是由于椎间盘发生退变时，促炎性因子促使退变的髓核细胞分泌大量的VEGF作用于内皮细胞，从而促进血管的内向性生长，引发盘源性腰痛；实验还报道在IL-1β的刺激作用下，人类纤维环细胞表达比人髓核细胞更高水平的VEGF-A和VEGF-CmRNA，结果表明IL-1β主要通过激活核因子kB(NF-kB)信号通路，刺激纤维环细胞产生高水平的VEGF促进椎间盘的血管化，诱导细胞外基质降解，加快椎间盘的退变。王金鹏等将髓核细胞与内皮细胞非接触共培养，发现正常的髓核细胞VEGF低表达，能够抑制血管内皮细胞的生长和迁移，并诱导内皮细胞的凋亡；当椎间盘发生退变时，衰老的髓核细胞内VEGF表达明显增加，促进内皮细胞的生长，诱导椎间盘新生血管的生成。Sun等利用外泌体技术发现退变纤维环来源的外泌体能够产生更多的VEGF，促进血管内皮细胞的迁移，说明当椎间盘发生退变时，纤维环细胞分泌的VEGF增多，促进内皮细胞的生长和迁移，诱导椎间盘新生血管的生成。
IVDD是众多细胞因子交互作用的结果，VEGF在IVDD发生发展中，必不可免地与其它因子相互作用。孙小航等研究发现低月龄组兔椎间盘碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)及VEGF强表达，中月龄组bFGF及VEGF表达量下降，高月龄组bFGF及VEGF表达量有增加的趋势，结果表明出生时椎间盘的纤维环外层及上下软骨终板有bFGF及VEGF强表达的血管内皮细胞。随着年龄的增长，bFGF及VEGF阳性的血管内皮细胞数量减少，当椎间盘发生退变时，bFGF及VEGF在退变的椎间盘内强表达并伴有新生血管的形成。由此可知，bFGF及VEGF的表达量随着年龄的增长，有着由强到弱再到强的特点，而椎间盘内的血管内皮细胞也有着从多到少再到多的特点，bFGF及VEGF两者在促进血管生成方面具有协同作用。Aydin等研究报道内皮
赵嘉国等研究发现游离型及脱出型腰椎间盘突出症患者基质细胞源性生长因子1α与VEGF的阳性表达量明显高于突出型患者，且两者的表达量皆随着椎间盘突出程度的加重而增加，基质细胞源性生长因子1α与VEGF作用相似，能够协同促进退变椎间盘的血管生成。此外，大量的研究表明缺氧可以激活缺氧诱导因子1α(HIF-1α)通路诱导IVDD。Kwon等研究表明在缺氧环境下，髓核细胞可以诱导内皮细胞VEGF表达量增加参与椎间盘的退变，而脊索细胞可以抑制内皮细胞VEGF的表达，进而抑制椎间盘的血管化，延缓IVDD，由此说明，缺氧条件下的脊索细胞具有抗血管生成的能力，在脊索细胞大量存在的时候，即婴幼儿时期，椎间盘内不易生成血管，成年后脊索细胞数量减少甚至消失不见，因而容易发生IVDD。Hsu等研究报道在缺氧条件下HIF-1α表达增加，椎间盘内的促炎性细胞因子IL-1β、IL-20及骨形成蛋白2(BMP-2)上调，促进VEGF的表达，诱导细胞因子趋化，协同调节退变椎间盘内的炎症反应、基质降解及血管生成。付方达通过建立脊柱轴线力学失稳诱导IVDD小鼠模型，观察发现造模组纤维环HIF-1α与VEGF表达明显上调，提示HIF-1α与VEGF共同参与椎间盘的退变。
VEGF在IVDD治疗中的可行性
VEGF是椎间盘生长发育过程及退变发生发展过程中的重要细胞因子，正常成年人的椎间盘内缺乏VEGF的表达，但当椎间盘发生退变时，VEGF表达量增加，并随着IVDD的进展而逐渐增加，但当疾病发展到一定程度时，VEGF的表达量会有所下降。对于VEGF在IVDD中发挥的作用，目前尚存争议。
大量研究报道，VEGF的高表达促进IVDD的发生发展，抑制VEGF的表达可以有效的延缓IVDD的进展。Chen等研究发现
但有学者持相反观点，认为IVDD过程中VEGF诱导的血管生成可以提供营养供应，代偿性地促进突出髓核吸收，延缓椎间盘退变。张海平等收集了不同类型腰椎间盘突出症患者术中取出的髓核标本，观察到当椎间盘突出时，突出的髓核可以引起免疫反应，激活T、B淋巴细胞，并形成新生血管，且随着椎间盘突出程度的加重，免疫反应愈加严重，VEGF表达量也随之增加；实验还报道病程在12个月以上者VEGF表达量显著高于病程在12个月以内者，结果说明VEGF的表达量随着病情的加重而增加，之后随着疾病的发生发展，突出的髓核逐渐被吸收，血管也随之变性，闭塞甚至消失，VEGF的表达量也逐渐变少；由此可见，当作为机体隐蔽抗原的髓核突出时，会诱发机体的免疫反应，激活免疫细胞，刺激VEGF的表达，诱导退变椎间盘新生血管的生成，促进突出髓核的重吸收。
李晓春等通过是否刺破椎间盘将造模大鼠分为模拟破裂形突出与模拟非破裂形突出组，结果提示椎间盘刺破组即模拟破裂形突出组VEGF表达量明显高于椎间盘未刺破组即模拟非破裂形突出组，且两组的VEGF表达量随着时间的进展而不断增加；表明VEGF高表达能够促进新生血管的形成，提高血管的通透性，从而有利于纤维环破裂后突入硬膜外隙髓核的重吸收。刘汝银等通过构建并转染腺相关病毒(AAV)-VEGF和AAV-TGF-β1腺病毒载体，报道AAV-VEGF和AAVTGF-β1可以诱导骨髓间充质干细胞向类髓核细胞分化并发挥髓核细胞的功能，且AAV-VEGF和AAV-TGF-β1共转染的作用更为明显；AAV-VEGF和AAV-TGF-β1能够促进骨髓间充质干细胞增殖，减少骨髓间充质干细胞凋亡，促进sry相关高迁移率蛋白转录因子(Sox-9)、Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达，延缓IVDD。以上研究结果说明VEGF在治疗IVDD方面具有争议性，因此，应用VEGF生物制剂治疗IVDD有待进一步研究，但VEGF在IVDD中的高表达可提高相关盘源性腰痛的诊断，早期采取治疗手段抑制VEGF的表达可有效地延缓IVDD进程。
总结与展望
IVDD的机制错综复杂，充分理解IVDD的分子生物学机制及生物力学机制对指导临床治疗椎间盘退行性病变至关重要。虽然VEGF在IVDD过程中发挥调节作用的机制及其和其它细胞因子与IVDD之间的关系尚不明确，但VEGF具有强有力的促血管生成刺激作用，与IVDD关系密切，尤其在盘源性腰痛的发生发展过程中发挥至关重要的作用。
临床中因腰痛入院行手术治疗的患者，术前影像学提示腰椎椎间盘高信号区(HIZ)，在术中取出的游离髓核组织中，有不少标本可见血管翳，这充分表明IVDD过程中伴有血管肉芽组织长入。由此可见，利用VEGF较强的刺激血管生成的特性，可以在早期筛检出由于椎间盘组织血管内向性生长引发的盘源性腰痛。随着诊断学技术的不断发展，利用VEGF检测早期不明原因的腰痛，尤其是针对早期临床表现与体征不符，且尚无明显影像学改变的腰痛患者具有一定的诊断意义；VEGF或可作为评估IVDD的指标，结合影像学，共同指导患者的预后情况，为临床随访提供一定的参考价值。
VEGF可促进退变的髓核组织中的基质降解及血管长入。细胞外基质降解是IVDD过程的主要病理改变，细胞外基质的不断降解，伴随着椎间盘营养供应逐渐减少，而VEGF诱导的退变椎间盘血管化能够代偿性地提供营养、运输代谢废物、维持椎间盘细胞的稳态，但新生血管的长入通常伴随着神经纤维的生长，诱发炎症反应，促使痛觉敏化，引起盘源性腰痛。VEGF往往被认为是椎间盘退变的不利影响因素，抑制VEGF的表达可有效地延缓IVDD的进程；但仍有少数学者认为VEGF作为机体的代偿因素，在椎间盘突出后期可促进突出髓核的吸收。由于转基因技术的发展，可以将P14ARF与腺病毒共转染制备生物制剂，或将VEGF与转化生长因子共同导入腺病毒载体制成生物制剂注入退变的椎间盘，可延缓IVDD的进展。虽然IVDD的研究广泛，成果颇多，但仍有一些亟待解决的问题，如VEGF的双重效应的趋避、
总而言之，由于椎间盘内部生物学环境的复杂性，使得应用VEGF生物制剂延缓或治疗IVDD较为困难，但无论如何，VEGF参与IVDD的发生发展，早期采取治疗手段抑制VEGF的表达可有效地延缓IVDD进程，为临床防治IVDD及相关盘源性腰痛提供新技术和新方向。
来源：中国骨与关节杂志2024年1月第13卷第1期
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