椎间盘退变的发生机制及基因治疗进展(1)
椎间盘退变(IDD)是一种以颈肩腰背痛为主要表现的临床症候群，包括临床上常见的颈、腰椎间盘突出症、颈椎病，退变性椎间盘源性腰痛、颈腰椎不稳症和腰椎管狭窄症等。其确切的原因至今尚未十分清楚，目前常规的治疗包括药物治疗、类固醇注射封闭、理疗及手术治疗等，且这些方法只能改善症状而无法从根本上改变椎间盘退变。随着对IDD发生机制的深入研究，基因治疗作为一种新的治疗方法，从分子水平阻止或延缓椎问盘退变提供了可能，本文就IDD的发生机制及基因治疗进展作一综述。
1椎间盘退变的发生机制
椎问盘退变是一个复杂的过程，与一系列的遗传以及生物的因素联合作用有关。文献指出，人类椎间盘退变从10～20岁开始，而国外学者在尸体标本上研究发现在49岁时，大约有97%的椎间盘已经退变或有退变征象。近年来，通过大量的基础研究，对于退变的病因学及其相关的细胞分子、生物化学改变有了一定的了解，但对具体过程中各种因素的相互作用，以及它们如何最终导致退变的机制尚不清楚。众多学者的研究表明，髓核内蛋白多糖(Proteoglycan)含量的减少是IDD的共同特征，即蛋白多糖合成与分解的平衡失调可能是引起椎间盘退变的关键病理生理改变。蛋白多糖的吸水特征使椎间盘富含水份，在青少年椎间盘含水量高达85%，在成年人逐渐减至约70%-80%。蛋白多糖的含量随着年龄的增长逐渐减少，与椎间盘退变程度呈正比，在某种程度上是因为椎间细胞的合成减少。晚近认为，除了椎间盘细胞的合成减少外，细胞外基质降解的增加是椎间盘退变的另外一个重要原因。基质降解酶系中，基质金属蛋白酶对基质的破坏和降低具有重要作用，是调节基质动态平衡的最重要酶系。MMPS目前发现20种以上，其中胶原酶(MMP-1，8，13)、明胶酶(MMP-2、9)、基质溶解酶(MMP-3)及基质溶解酶(MMP-7或PUMP)在椎间盘退变中具有重要作用。有人在突出椎间盘周围发现有毛细血管长人，而在血管附近MMPS的染色呈阳性，提示血管细胞也可以产生MMPS。由此可见，过量的MMPS对椎间盘基质的降解使胶原结构变得脆弱，造成力学功能障碍，出现劳损、断裂、纤维环上出现裂缝。造成椎间盘源性颈肩腰腿痛。此外，成年人的椎间盘内无血管，椎间盘的营养主要靠椎体内血管的血液经过软骨终板弥散而来，而软骨终板硬化、钙化、增厚可使椎间盘有氧血液供应减少，同时妨碍废物排出，使乳酸浓度升高，PH降低，导致椎间盘营养发生障碍，继而发生退变。而软骨终板是颈椎间盘退变的始动因素，二者呈高度相关。
, 百拇医药
2基因治疗的提出及治疗原理
基因治疗最早由Friedmann和Roblin在1927年提出，起初针对的单基因突变引起的遗传病。随后，有学者发现一些基因及其所编码的蛋白质有潜在的治疗疾病的功能。通过将目的基因转入体内并适当表达，能达到治疗疾病的目的。目前认为基因治疗的方法可使蛋白在椎间盘中得到高水平的持续表达。现在利用分子生物学技术，设计特定引物，将细胞因子mR.NA提取出来，并利用RT—PCR合成cDNA，继而将cDNA通过载体转染到靶细胞中，使细胞因子基因在靶细胞中持续表达，产生相应的细胞因子，从而增加细胞外基质的合成，减缓或逆转椎间盘退变。一些研究证实，内源性生长因子如转化生长因子髓(TGF-β1)及碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)在椎间盘组织发育和成熟过程中可能具有一定的调节作用。Kontiinen等研究发现，在突出腰椎间盘组织中TGF-β1和表皮生长因子(EGF)及其受体的表达很少或没有。Thompson等提出通过植入外源性TGF-β1使椎间盘细胞增加蛋白糖的合成治疗椎间盘退变，结果显示能促进蛋白多糖合成。但这些生长因子的体内半衰期仅约为20min，因此向椎间盘直接注射其生物作用太短暂，故有人通过基因转移修改椎间盘细胞原位基因产生内源性生长因子，来达到长期作用的目的。
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3基因的种类及治疗方式
近年来，越来越多的学者注意到椎间盘退变是因为合成代谢和分解代谢的不平衡所引起，在椎间盘退变研究中发现有一系列细胞因子来调节控制其新陈代谢，其中一部分通过体内或体外实验的方法证实可以减缓或逆转椎间盘退变。在合成代谢中，TGF-β1、骨形态发生蛋白(BMPs)、胰岛素样生长因子(IGF-1)、SOX9等被证实具有促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原合成的作用。在分解代谢中，白细胞介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-a、MMPs、ADAMTS等可促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原的降解。因此，在基因治疗中，首先要选择目的基因，即促进细胞外基质合成的细胞因子如TGF-β、BMPs、IGF-1、LMP-1、SOX9(软骨细胞特异性转录因子)等和抑制细胞外基质分解的细胞因子如TIMPs、IL-1Ra等，以上均可作为椎间盘退变治疗的候选基因。目前基因治疗主要分为两种方式：即直接体内基因转移和间接体外基因转移，前者指将带有目的的基因的载体(病毒载体和非病毒载体)直接注入到椎间盘中，在体内进行转染过程，而后进行基因表达；后者指取少量髓核组织，分离其中的软骨样细胞或从骨髓、脂肪等组织中分离出间充质干细胞进行体外培养，用带有目的的基因的载体在体外进行转染，再将已具备目的基因的细胞注入到退变的椎间盘中。然而，由于严重退变的椎间盘中具有活性的靶细胞数量较少，所以往往采用体外基因转移的方式进行基因治疗。
, 百拇医药
4基因治疗的实验研究
随着对椎间盘退变分子机制了解的不断深入，各种细胞因子和致炎因子生物学功能已基本清楚。同时，分子生物学技术及基因转导技术水平的不断提高，也为基因治疗用于阻止和逆转椎间盘退变的进程成为可能。但是，基因治疗的疗效仅在动物实验中得到证实，尚不能应用于临床。早期的研究证实，一些外源性的生长因子具有促进椎间盘髓核基质合成的功能，包括TGF-β1，EGF，IGF-1，BMP-2、-7及成骨蛋白-1(OP-1)等。随后许多学者进行了将上述生长因子的编码基因转入动物椎间盘的一系列体外和体内实验研究。最早由Nishida等应用腺病毒载体将人TGF-β1基因转导入新西兰兔椎间盘中，观察到实验组中活性人TGF-β1浓度比对照组高出约5倍，合成的蛋白多糖量也较对照组高出1倍。Yoon使用腺病毒载体将TGF-β1，基因成功转导人人椎间盘中，发现表达的TGF-β1，可显著提高Ⅱ型胶原及蛋白聚糖(agreecan)的含量。这些研究结果进一步证实了应用TGF-β1，基因治疗椎间盘退变的可行性。Yoon等报道了腺病毒介导的骨诱导蛋白-1(LIMP-1)基因转导入兔椎间盘的体外体内实验，发现基质内蛋白聚糖和总的蛋白多糖都有显著的增加，同时还发同BMP-2，-7基因也可促进基质的合成，并证实LIMP-1是通过BMP-2，-7介导的途, 百拇医药(莫金权)
1椎间盘退变的发生机制
椎问盘退变是一个复杂的过程，与一系列的遗传以及生物的因素联合作用有关。文献指出，人类椎间盘退变从10～20岁开始，而国外学者在尸体标本上研究发现在49岁时，大约有97%的椎间盘已经退变或有退变征象。近年来，通过大量的基础研究，对于退变的病因学及其相关的细胞分子、生物化学改变有了一定的了解，但对具体过程中各种因素的相互作用，以及它们如何最终导致退变的机制尚不清楚。众多学者的研究表明，髓核内蛋白多糖(Proteoglycan)含量的减少是IDD的共同特征，即蛋白多糖合成与分解的平衡失调可能是引起椎间盘退变的关键病理生理改变。蛋白多糖的吸水特征使椎间盘富含水份，在青少年椎间盘含水量高达85%，在成年人逐渐减至约70%-80%。蛋白多糖的含量随着年龄的增长逐渐减少，与椎间盘退变程度呈正比，在某种程度上是因为椎间细胞的合成减少。晚近认为，除了椎间盘细胞的合成减少外，细胞外基质降解的增加是椎间盘退变的另外一个重要原因。基质降解酶系中，基质金属蛋白酶对基质的破坏和降低具有重要作用，是调节基质动态平衡的最重要酶系。MMPS目前发现20种以上，其中胶原酶(MMP-1，8，13)、明胶酶(MMP-2、9)、基质溶解酶(MMP-3)及基质溶解酶(MMP-7或PUMP)在椎间盘退变中具有重要作用。有人在突出椎间盘周围发现有毛细血管长人，而在血管附近MMPS的染色呈阳性，提示血管细胞也可以产生MMPS。由此可见，过量的MMPS对椎间盘基质的降解使胶原结构变得脆弱，造成力学功能障碍，出现劳损、断裂、纤维环上出现裂缝。造成椎间盘源性颈肩腰腿痛。此外，成年人的椎间盘内无血管，椎间盘的营养主要靠椎体内血管的血液经过软骨终板弥散而来，而软骨终板硬化、钙化、增厚可使椎间盘有氧血液供应减少，同时妨碍废物排出，使乳酸浓度升高，PH降低，导致椎间盘营养发生障碍，继而发生退变。而软骨终板是颈椎间盘退变的始动因素，二者呈高度相关。
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2基因治疗的提出及治疗原理
基因治疗最早由Friedmann和Roblin在1927年提出，起初针对的单基因突变引起的遗传病。随后，有学者发现一些基因及其所编码的蛋白质有潜在的治疗疾病的功能。通过将目的基因转入体内并适当表达，能达到治疗疾病的目的。目前认为基因治疗的方法可使蛋白在椎间盘中得到高水平的持续表达。现在利用分子生物学技术，设计特定引物，将细胞因子mR.NA提取出来，并利用RT—PCR合成cDNA，继而将cDNA通过载体转染到靶细胞中，使细胞因子基因在靶细胞中持续表达，产生相应的细胞因子，从而增加细胞外基质的合成，减缓或逆转椎间盘退变。一些研究证实，内源性生长因子如转化生长因子髓(TGF-β1)及碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)在椎间盘组织发育和成熟过程中可能具有一定的调节作用。Kontiinen等研究发现，在突出腰椎间盘组织中TGF-β1和表皮生长因子(EGF)及其受体的表达很少或没有。Thompson等提出通过植入外源性TGF-β1使椎间盘细胞增加蛋白糖的合成治疗椎间盘退变，结果显示能促进蛋白多糖合成。但这些生长因子的体内半衰期仅约为20min，因此向椎间盘直接注射其生物作用太短暂，故有人通过基因转移修改椎间盘细胞原位基因产生内源性生长因子，来达到长期作用的目的。
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3基因的种类及治疗方式
近年来，越来越多的学者注意到椎间盘退变是因为合成代谢和分解代谢的不平衡所引起，在椎间盘退变研究中发现有一系列细胞因子来调节控制其新陈代谢，其中一部分通过体内或体外实验的方法证实可以减缓或逆转椎间盘退变。在合成代谢中，TGF-β1、骨形态发生蛋白(BMPs)、胰岛素样生长因子(IGF-1)、SOX9等被证实具有促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原合成的作用。在分解代谢中，白细胞介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-a、MMPs、ADAMTS等可促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原的降解。因此，在基因治疗中，首先要选择目的基因，即促进细胞外基质合成的细胞因子如TGF-β、BMPs、IGF-1、LMP-1、SOX9(软骨细胞特异性转录因子)等和抑制细胞外基质分解的细胞因子如TIMPs、IL-1Ra等，以上均可作为椎间盘退变治疗的候选基因。目前基因治疗主要分为两种方式：即直接体内基因转移和间接体外基因转移，前者指将带有目的的基因的载体(病毒载体和非病毒载体)直接注入到椎间盘中，在体内进行转染过程，而后进行基因表达；后者指取少量髓核组织，分离其中的软骨样细胞或从骨髓、脂肪等组织中分离出间充质干细胞进行体外培养，用带有目的的基因的载体在体外进行转染，再将已具备目的基因的细胞注入到退变的椎间盘中。然而，由于严重退变的椎间盘中具有活性的靶细胞数量较少，所以往往采用体外基因转移的方式进行基因治疗。
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4基因治疗的实验研究
随着对椎间盘退变分子机制了解的不断深入，各种细胞因子和致炎因子生物学功能已基本清楚。同时，分子生物学技术及基因转导技术水平的不断提高，也为基因治疗用于阻止和逆转椎间盘退变的进程成为可能。但是，基因治疗的疗效仅在动物实验中得到证实，尚不能应用于临床。早期的研究证实，一些外源性的生长因子具有促进椎间盘髓核基质合成的功能，包括TGF-β1，EGF，IGF-1，BMP-2、-7及成骨蛋白-1(OP-1)等。随后许多学者进行了将上述生长因子的编码基因转入动物椎间盘的一系列体外和体内实验研究。最早由Nishida等应用腺病毒载体将人TGF-β1基因转导入新西兰兔椎间盘中，观察到实验组中活性人TGF-β1浓度比对照组高出约5倍，合成的蛋白多糖量也较对照组高出1倍。Yoon使用腺病毒载体将TGF-β1，基因成功转导人人椎间盘中，发现表达的TGF-β1，可显著提高Ⅱ型胶原及蛋白聚糖(agreecan)的含量。这些研究结果进一步证实了应用TGF-β1，基因治疗椎间盘退变的可行性。Yoon等报道了腺病毒介导的骨诱导蛋白-1(LIMP-1)基因转导入兔椎间盘的体外体内实验，发现基质内蛋白聚糖和总的蛋白多糖都有显著的增加，同时还发同BMP-2，-7基因也可促进基质的合成，并证实LIMP-1是通过BMP-2，-7介导的途, 百拇医药(莫金权)