根性神經痛免疫學研究進展*

溫 爽 孫 濤

（山東大學附屬省立醫院疼痛科，濟南250021）

根性神經痛(radicular pain)是指脊神經根由于各種原因受到傷害性刺激而引起的疼痛，它是椎間盤突出癥(lumbar disc herniation, LDH)最常見的臨床癥狀，顯著降低人們的生活質量，造成了嚴重的社會經濟負擔[1]。隨著全球人口老齡化，與LDH疼痛相關的負擔呈指數增長[2]。

根性神經痛的發病機制和治療一直是臨床研究熱點，椎間盤突出癥引起的腰痛和坐骨神經痛的機制存在爭議，尚不明確。傳統的機械壓迫學說認為髓核突入椎管壓迫臨近的神經根，使神經根處于牽張狀態，進而導致神經根靜脈回流受阻、水腫變性，產生腰腿痛的癥狀。這一學說可以解釋大部分病人的臨床表現。然而臨床中也發現這樣一些現象，比如有些病人影像學檢查有明顯的椎間盤突出，但是卻沒有任何臨床癥狀。而有些病人并未找到椎間盤突出的證據，但卻表現為嚴重的根性神經痛；因此，根性神經痛的自身免疫反應學說越來越受到重視。該學說認為突出的髓核組織突破包繞的纖維環或后縱韌帶，暴露在椎間盤基質外，機體把髓核的蛋白多糖當作“異己”成分，持續的抗原刺激引起周圍自身免疫反應。本文就根性神經痛的免疫反應機制和治療進行探討，以期為臨床上診治腰椎間盤突出癥提供嶄新思路。

一、免疫復合物在椎間盤突出癥中的表達及意義

免疫復合物(immune complexs, IC)是體內持續存在的抗原和其刺激產生的抗體非共價結合形成的復合物。IC的產生可能是根性神經痛的始動因素。Pennington等[3]通過狗的動物實驗研究證實了正常的椎間盤髓核中存在完整的免疫球蛋白IgG分子，當椎間盤髓核突出時，IgG可與抗原結合激活補體系統介導炎癥反應。這一炎癥反應可導致血神經屏障破壞，神經根內毛細血管通透性增加, 血漿蛋白滲入腦脊液, 刺激中樞神經系統內的免疫細胞產生免疫球蛋白引發自身免疫反應[4]。因而椎間盤突出時，髓核基質內的蛋白多糖作為自身隱蔽性抗原暴露后與抗體結合形成IC，激活補體引發無菌性免疫性神經根炎。椎管內水腫并壓迫神經根以及中樞神經系統的免疫刺激可能是根性神經痛的原因。李青等[5]通過提取不同類型突出的腰椎間盤組織標本證實了IC在突出的腰椎間盤組織中表達，且IC可表現出許多生物活性：通過激活補體產生過敏毒素C3a、C5a，可與肥大細胞結合，觸發靶細胞脫顆粒并釋放組胺及其他血管活性介質；與Fc 受體或補體受體結合,引起細胞趨化作用釋放溶酶體酶；增強吞噬細胞的吞噬作用等病生反應使神經根受損引起疼痛。所以IC的產生很可能是根性神經痛病理生理學機制之一。

二、免疫細胞在椎間盤突出癥中的表達及意義

1.巨噬細胞

巨噬細胞是血液內由單核細胞分化而來的具有重要防御功能的免疫細胞，在免疫應答過程中主要發揮吞噬、抗原提呈、分泌細胞因子的功能。巨噬細胞在炎癥反應的不同時期，可分化出M1（經典活化的巨噬細胞，classical activation of macrophages）和M2（替代活化的巨噬細胞，alternative activation of macrophages）兩種表型；M1型具有抗原提呈、分泌促炎因子的功能，M2型進一步分為M2c和M2a，分別具有抗炎和組織修復的功能。M1、M2c、M2a細胞表面標志物分別為CCR7，CD163和CD206[6,7]。

巨噬細胞在正常的椎間盤組織中不存在。研究表明急性和慢性腰椎間盤突出組織周圍均存在炎癥細胞浸潤，免疫組化發現主要為巨噬細胞[8]。Shamji MF等在突出的椎間盤內檢測出表達外源性的CD68+的吞噬細胞，表明巨噬細胞等吞噬細胞可能在LDH病理生理學中發揮關鍵作用[9]。突出的椎間盤組織中的巨噬細胞不僅有吞噬作用，而且分泌細胞因子如IL-1，IL-6，TNF-α，參與致痛覺過敏作用[10]。在所有退變的椎間盤中，CCR7+和CD163+主要存在于髓核(nucleus pulposus, NP)、纖維環(annulus fi brosus, AF)和終板(end plates, EP)區域，表現出結構不規則和缺陷。NP和AF中陽性染色的細胞與常駐椎間盤細胞非常相似，表明椎間盤細胞可以表達巨噬細胞表面標志物。而在EP中有非典型形態分布的陽性染色細胞，表明外源性巨噬細胞主要浸潤到EP組織中[11]。這是由于當EP出現損傷時，髓核細胞與骨髓中的巨噬細胞相互接觸啟動免疫應答程序。了解巨噬細胞的表型和定位可以更好的解釋椎間盤突出的損傷和修復機制，并為LDH治療提供新的思路。

2.肥大細胞

肥大細胞來源于骨髓中不同的前體細胞。血液中的肥大細胞祖細胞在各種微環境的影響下，進入其靶組織發育成熟。肥大細胞是組織損傷期間的“第一反應者”，一旦被激活即分泌大量血管活性介質和促炎性介質，這些介質包括預先存儲在分泌顆粒中的分子，如TNF-α，IL-6，NGF，VEGF，P物質，ADAMTS5和蛋白酶，增加血管生成、愈合和修復。

Wiet等尸檢非疼痛的NP組織與手術取疼痛的NP標本進行比較，結果表明痛性手術椎間盤中的肥大細胞百分比(53.3%)顯著高于非疼痛的尸檢樣本(19.3%)[12]。這表明肥大細胞在椎間盤突出癥疼痛中發揮重要的作用。在健康狀態下，椎間盤組織中的AF是炎癥和免疫細胞浸潤的物理和生物化學屏障。AF細胞-肥大細胞相互作用抑制了肥大細胞引起的促炎、分解代謝、血管生成反應。當椎間盤退化和突出時，肥大細胞分泌趨化因子SCF并募集其他肥大細胞到椎間盤中，與椎間盤細胞相互作用脫顆粒釋放炎性因子，進一步促進肥大細胞活化。這種惡性循環產生血管內皮生長因子和神經生長因子，誘導血管和神經長入椎間盤的內層，從而導致慢性炎癥和疼痛狀態[12,13]。

3.T淋巴細胞

正常椎間盤組織被排除在免疫系統之外，檢測不到T細胞。根據細胞表面分化抗原的不同，可將成熟T淋巴細胞分為CD4+和CD8+細胞兩大亞群：CD4+T細胞識別13～17個氨基酸組成的外源性抗原肽，活化后主要分化為輔助性T細胞(helper T cells, Th)，具有輔助B細胞產生抗體和輔助其它T細胞亞群功能，初始CD4+T細胞(Th0)分化為Thl,Th2, Th17等細胞；CD8+T細胞識別8～10個氨基酸組成的內源性抗原肽，活化后主要分化為細胞毒性T細胞(cytotoxic T cell, Tc或CTL)，具有抑制B細胞產生抗體和抑制其他淋巴細胞的功能。

正常生理狀態Th0細胞分化為Th1或Th2細胞的能力極弱，Th1/Th2細胞處于相對平衡狀態。Wiet MG等通過建立大鼠LDH模型發現Th2細胞和相關細胞因子在突出椎間盤組顯著增加，而Th1細胞和相關細胞因子在椎間盤突出組與對照組是相似的。這表明在LDH病人中Th0細胞分化為Th2細胞，Th1/Th2失衡可能參與根性神經痛的發病機制[12]。Cheng等人通過檢測破裂和未破裂的腰椎間盤以及健康病人的外周血，結果表明，與健康對照相比椎間盤突出癥病人外周Th17細胞和IL-17表達顯著增加。此外，椎間盤破裂病人的外周Th17和IL-17表達顯著高于未破裂的病人。在椎間盤破裂的情況下，這個過程更加明顯，這可能是椎間盤破裂的病人比沒有破裂的病人更加疼痛的原因之一[14]。袁偉杰[15]通過建立大鼠非壓迫性椎間盤髓核突出癥模型，考慮T細胞造成神經根損傷的機制如下：①椎間盤髓核激活CD4+T細胞，刺激 B細胞分泌更多的抗體，形成抗原抗體復合物，進一步損傷神經根；②使CD8+T細胞數量減少，抑制作用減弱同時增強抗原抗體反應；③椎間盤髓核本身可激活T細胞亞群，使T細胞亞群失衡、爆發炎癥反應，損傷神經根，導致大鼠后肢痛閾降低。

三、細胞因子在椎間盤突出癥中的表達及意義

1.TNF-α

TNF-α來源十分廣泛，體內的多種細胞如單核/巨噬細胞，中性粒細胞，淋巴細胞，平滑肌細胞等均具有產生和釋放TNF-α的能力。當然，在突出的髓核局部組織內也有TNF-α的高水平表達，在調節適應性免疫、殺傷靶細胞、誘導細胞凋亡過程中發揮重要作用。另外，還能誘導無菌性炎癥反應，大量吞噬細胞聚集，繼續不斷產生TNF-α；這種正反饋使局部組織內形成了惡性循環，加速局部TNF-α 水平更高[16]。

TNF-α的生物學活性主要是通過細胞膜上特異性受體傳遞信號實現的。TNF-α有兩種受體P55(TNF-RI)和 P75 (TNF-RII)。TNF-RI是 TNF-α 信號傳導的主要介質，而TNF-RII只起輔助作用。TNF-α與TNF-RI結合后發揮凋亡和抑制性功能，引起炎癥、神經源性痛覺過敏，造成瓦勒氏變性等[17]。LDH大鼠模型DRG組織中炎癥細胞因子，如IL-1β和TNF-α的表達水平顯著增強并可誘導LDH中的神經元凋亡[18]。在對262例椎間盤突出癥坐骨神經痛病人的隨訪中，VAS≥3組（196例）病人血液TNF-α蛋白水平在入院時、治療1個月時、治療12個月時均高于VAS ＜ 3組（66例）[19]。另外，有研究表明TNF-α與IL-1β 共同通過調節NF-κB、MAPK、C/EBP-β 上調RANTS/CCL5、 CCL3表達，趨化炎癥細胞浸潤，減輕椎間盤突出癥疼痛[20,21]。因此，尋找抗TNF-α治療的靶點對椎間盤突出具有重要意義。

2.IL-1

IL-1是一種多效應的細胞因子，廣泛地參與免疫反應，對機體內的多種類型的細胞均能發揮調控作用。IL-1 可由多種細胞合成和分泌，如巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞、上皮細胞等。IL-1β在免疫反應中的作用更為清晰。少量的IL-1β就能誘導特異性免疫反應，起到免疫防御的作用；然而過量的IL-1β則會引起廣泛的炎癥反應，導致炎性損傷，許多自身免疫性疾病與大量的IL-1β產生有關。

椎間盤細胞外基質(ECM)的主要組分是II型膠原蛋白和聚蛋白聚糖。ECM的過度破壞，特別是II型膠原蛋白和聚蛋白聚糖的喪失，對促進椎間盤退變和突出的發生發展起關鍵作用。而MMPs和ADAMTS是降解膠原蛋白和聚蛋白聚糖的主要酶[22]。有研究表明，IL-1β通過上調caspase-3和caspase-9的表達增強髓核細胞和纖維環細胞的凋亡[23]。正常的椎間盤組織不分泌IL-1，在體外培養突出的椎間盤組織中有IL-1等炎性細胞因子的表達，且給予倍他米松后，炎性因子的合成量明顯減少。吳星火等[24]在IL-1β誘導細胞退變的過程中，組織學檢測發現髓核細胞的分裂增殖緩慢，排列紊亂，多成偽足狀；并且證實IL-1β可通過激活NF-kB信號，促進基質金屬蛋白酶的表達，加速髓核和纖維環壞死凋亡導致炎性損傷，引起疼痛。星形膠質細胞和少突膠質細胞釋放IL-33（IL-1家族的新成員），作用于星形膠質細胞或神經元ST2受體進行免疫調節和炎癥應答[25]。研究表明，抑制脊髓IL-33/ST2信號通路可緩解大鼠非壓迫性腰椎間盤突出癥所致的根性疼痛[26]。

3.IL-6

IL-6主要來源于單核細胞、巨噬細胞、Th2細胞、內皮細胞等，主要刺激機體的T、B細胞生長和分化，在機體的免疫調節、炎癥反應等過程中均發揮重要的作用。其受體系統由兩條肽鏈組成：α鏈和β鏈。α鏈為IL-6結合受體蛋白(IL-6R)，分子量為80 kDa；β鏈為信號轉導蛋白(gp130)，分子量為130 kDa。生理條件下，IL-6與IL-6受體結合后使IL-6R的構象發生變化，然后與兩個gp130分子結合，形成高親和力的結合位點，并通過gp130亞單位傳遞信號。

Steinbusch等人體活組織檢查發現椎間盤突出癥病人的IL-1β和IL-6水平增高[27]。IL-6在椎間盤突出所致嚴重坐骨神經痛病人表達高于對照組和輕度坐骨神經痛病人，提示IL-6可能與疼痛強度成正相關[28]。Licciardone JC等認為IL-6是椎間盤突出癥疼痛的關鍵參與者，它與疼痛嚴重程度、動態功能障礙、IL-1β顯著相關[29]。一項研究表明，椎間盤突出癥的病人血清炎癥蛋白可以預測一年內的腰椎神經根痛[30]。然而，IL-6不僅是炎癥和疾病中具有重要意義的促炎因子，而且還具有再生或抗炎特性。在椎間盤組織中顯示較高濃度的IL-6蛋白水平的犬疼痛減輕明顯，并且有可能恢復行走功能。這表明隨著時間的推移，IL-6可能通過充當抗炎因子來控制炎癥[31]。因此，應仔細考慮IL-6阻滯劑的應用時機。

4.其他炎癥因子

椎間盤突出癥不僅與以上經典的炎性因子TNF-α，IL-1，IL-6密切相關[32]，最近發現許多炎性細胞因子參與椎間盤突出癥中的免疫調節。

IL-21與許多自身免疫性疾病如系統性紅斑狼瘡，類風濕性關節炎，I型糖尿病等密切相關。IL-21控制效應T輔助細胞的功能活性和Th17細胞的分化并促進B細胞分化，可作為自身免疫性疾病治療干預的靶點。Chen等[33]通過收集臨床標本和動物實驗證實IL-21參與椎間盤退變的病理發展，IL-21通過STAT信號通路加重椎間盤退變。IL-9是一種多效性細胞因子，不僅在Th9細胞中表達，而且存在于粒細胞，Th17細胞，樹突狀細胞和肥大細胞中，IL-9似乎可以通過促進TNF-α和前列腺素E2的釋放引起疼痛。另外，IL-10、IL-17等都在退變的椎間盤組織中表達，且發揮著關鍵性的作用[14,34,35]。IL-17是炎癥和自身免疫相關的細胞因子，免疫組化表明IL-17在人類突出的椎間盤組織中表達[36]。

四、展望

根性神經痛的發病機制極其復雜，雖然許多學者支持免疫學說，但具體免疫機制仍不清楚，這給椎間盤突出癥的對因治療帶來困難。椎間盤突出癥非手術治療目前包括理療，服用非甾體類藥物，神經根阻滯，微創介入療法如膠原酶化學溶解術、臭氧溶核術、經皮激光椎間盤減壓術、椎間盤內電熱凝纖維環成形術等[37]，但臨床上仍存在一些難以克服的弊端。而根性神經痛的免疫學機制提示我們可以運用細胞因子受體拮抗劑或特異性抗體進行免疫治療、重建免疫平衡，這將具有重要的臨床意義。