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1、实用医学杂志 2 0 1 3 年第 2 9 卷第 2 4 期 A s p o r i n与椎间盘退变的关系研究进展 赵浩李新志 颈 、 腰椎 间盘 退 变( i n t e r v e r t e b r a l d i s c d e g e n e r a t i o n， I D D) 是一种严重危害人类健康、 降低人们生活质量的疾病。 椎间 盘退变可引起椎间盘 突出、 脊柱不稳、 脊髓神 经根病变等 疾病 给患者工作和生活带来 了巨大的痛苦和不便 。 但是， 目前 的治 疗方 法 无论手 术还是 非手 术均 无助 于椎 间盘退 变后病理状 态的改变， 且存在疗效欠佳和并发症等诸 多问
2、题 。由于椎间盘结构的特殊性 ， 目前缺乏有效治疗手段。 随着全球人 口老龄化的加剧 。 I D D的发病率将会逐渐上升， 迫切需要研究出能有效预防与治疗 I D D的新方法 。随着 椎间盘生理、 生化研究不断深入， 基因治疗疾病范畴不断扩 大，采用基因治疗阻止或延缓椎间盘退变已具有广阔的前 景。同时近年来随着基因工程技术的迅速发展， 学者们开始 探 索应 用基 因工程技 术在椎 间盘 内局部基 因治疗 以减 少对 全身其他组织器官的不利影响，增加疗效和降低副作用 。 因此寻找 与椎 间盘退 变发 生更为 密切 的分子靶 点的重要 意 义 日益显现。A s p o r i n基 因近年来成为
3、了国内外研究的热 点 本 文就 a s p o r i n与椎 间盘退 变的关 系作一综述 1 As p o r i n简 介 A s p o r i n基 因位 于人 染 色体 9 q 3 1 1 3 2 长约 2 6 k b 包 含 1条 由 1 4个氨基 酸 残基 组成 的信 号肽 1奈 由 1 8个氨 基酸 残基 组成 的前 肽 ， 4个 N末端半胱氨 酸残基 A s p o r i n 是一种新的细胞外基质蛋白归属于富含亮氨酸重复序列 的小分子蛋 白多糖( S L R P ) 家族。 S L R P是富含亮氨酸重复 序列( L R R) 蛋 白超 家族的细胞外基质蛋 白亚群 。人类
4、a s p o r i n 的结构与核心蛋白聚糖、双链蛋白聚糖有近 7 0 的 相似 性 因而得 名 ，a s p o r i n与他 们 的主 要 区别有 ： ( 1 ) a s p o r i n的 N末端有独特的可重复的天冬氨酸残基( 即 D重复序 列) ； ( 2 ) a s p o r i n不包含氨基 葡聚糖连接装 置所 必需的甘氨酸一 丝氨酸二肽序列 因此从严格意义上讲并 不能算是蛋白多糖 。在小鼠胚胎期， a s p o r i n在上、 下颌 骨、 椎骨、 长骨的软骨膜有表达 ， 但在关节软 骨和生长板 软骨无表达 。出生后的小鼠a s p o r i n的表达情况与出生前
5、基本一致。 在人类， a s p o r i n m R N A高表达于发生骨关节炎的 关节软骨，但在正常关节软骨很难检测到其表达。另外， a s p o fi n基因在牙周韧带中表达显著 因此又称之为牙周韧 带相关蛋白( P L A P 1 ) 。 2 T GF B与椎间盘退变的关系 I D D的特征性改变是髓核中蛋白聚糖及胶原含量的下 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 - 5 7 2 5 2 0 1 3 2 4 0 0 3 基 金 项 目 ：湖 北 省 自然 科 学 基 金 一般 项 目 ( 编号 2 0 1 1 C DC 1 0 1 ) 作者单位
6、： 4 4 3 0 0 0 湖北省宜昌市。 三峡大学仁和医院 通信作者： 李新志E - m a i l ： l i x p j 1 6 3 c o m 降以及伴随水分的丢失。近年主要集中在细胞外基质的研 究中并认为细胞外基质的变化是最终导致椎 间盘退变的 关键 。而细胞外基质的变化主要体现在细胞外基质合成 减少和降解增加。 国内外大量研究证明T G F B能够提 高体 外培养的髓核细胞的蛋 白多糖合成作用 诱导人退变髓核 细胞 内总蛋 白的合 成 ，显 著增加 型胶 原的 合成和 分 泌 从而改善退变的人髓核细胞活性 。Y o o n等报道 T G F B、 B MP s 、 G D F s
7、是髓核细胞向软骨分化的形态发生素。它们 有致有丝分裂的作用 ，但它们主要 的特点是具有刺激髓 核细胞 向软骨细胞表型分化的能力_ l0 。这些细胞因子促 进 髓核 细胞 基 质的合 成代 谢和 增加 型胶 原蛋 白、 蛋 白聚 糖、 硫酸软骨素等物质的合成 。N i s h i d a和 c o w o t k e r s 用携 带T G F 一 8基因的腺病毒转染兔髓核细胞， 成功构建出表达 T G F B转染模型。在转染 1 周后检测到细胞蛋白聚糖的表达 量增加 了2倍， 将携带T G F B基因的腺病毒局部注射到兔椎 间盘可引起椎间盘细胞 T G F B和蛋白多糖增加【 。J i n等
8、通过实验证实T G F B在椎间盘组织的发育与正常形态维持 中起着至关重要的作用。T G F B存在 3 种亚型， 其中T G F B l 是最重要、 也是目前研究最清楚的具有多种生物学活性的亚 型， 它是蛋白多糖及胶原代谢等椎间盘细胞外基质的重要调 节物质之一 。Wa l s h等 “ 通过实验证实给予 T G F 13 1 后， 椎 间盘中细胞增殖， 密度显著增加， 退变椎间盘高度恢复， 相邻 椎体之间力学更加稳定；在 T G F B 1的作用下内层纤维环细 胞向髓核移动并主动表达分泌 型胶原， T G F B 1 还可促进 椎间盘髓核细胞表达合成 I、 型胶原， 从而延缓甚至逆转 腰椎间
9、盘的退变。 B o y d等 的实验证明 T G F 一 13 1可促进椎间 盘髓核细胞表达合成 I、 型胶原， 从而延缓甚至逆转腰椎 间盘的退变。J e s mi n等_ 1 5 于2 0 0 6年利用腺病毒载体构建了 A d T G F 一 13 1 表达系统，他们通过该表达 系统转染人椎间盘 细胞并进行体外培养， 转染率可达 1 0 0 ， 并可显著提高标本 中蛋 白聚糖及 型胶 原的含量 。 他们还发现成 功转 染的细胞 对于邻近的未转染细胞能起到类似旁分泌的作用。M a k a r a n d 等I l 6 _取鼠椎间盘组织( 包括软骨终板、 纤维环和髓核) 在含有 T G F B
10、1 或 T G F 一 13 3 的培养基中培养， 1 周后结果显示椎 问盘 的大体结构保存，无髓核细胞死亡的证据，但与 T G F B 1 相 比 T G F 13 3更能提高关键性基质的合成 保持转化生长因子 受体表达， 降低胶原转型等 ， 其从蛋白质水平说 明了T G F 13 1 可以延缓或逆转椎间盘退行性变 3 As p o r i n与椎间盘退变密切相关 近期研究发现， T G F B可诱导 a s p o r i n m R N A在软骨形 成细胞和非软骨形成细胞中的表达 ， 且 T G F B的 3种亚型 T G F 13 1 、 T G F 一 13 2 和 T G F 13
11、 3 具有相似的诱导作用 1 7 。 T G F B 通过经典的 T G F 一 13 s m a d s 通路诱导 a s p o r i n 的表达， T G F 13 s m a d s 信号通路诱导 a s p o r i n m R N A的表达，活化素受体样 实用医学杂志 2 0 1 3 年第 2 9 卷第 2 4 期 激 酶 A L K 5 ( T G F B I型受体 )的选择性 抑制 剂 S B 一 4 3 1 5 2 则可完全抑制 T G F B诱导的 a s p o r i n基因表达。此外 正常 情况下 s m a d 3的 s i R N A可阻碍 T G F 。 1
12、 3 s m a d s通路 ，抑制 a s p o r i n基 因表达D 8 。A s p o r i n基因可与 T G F B形成功能性 反馈环， 即T G F B诱导 a s p o r i n基因表达， a s p o r i n基 因抑制 T GF B_ 19 _ 。 人软骨细胞中的 T G F 13 1可诱导软骨细胞表型的正常 表达。关节软骨细胞在传代过程中会失去某些特征性表型 ( 即去分化) ，而 T G F 一 8可刺激其再分化，诱导表型表达 ， a s p o r i n基 因可抑制此诱导过程。 A s p o r i n基因在软骨形成早 期和晚期对软骨形成均有抑制作用。
13、瞬时转染显示 a s p o r i n 基 因可抑制 软骨形 成细胞聚 集蛋 白多糖和 型胶 原等 主要 软骨基质基因表达。稳定转染也显示 A T D C 5细胞 系中的 a s p o r i n基因可抑制软骨基质基 因表达，减少蛋白多糖积 聚。 此外， 小鼠a s p o r i n重组蛋 白也可引起上述结果， 且呈剂 量依赖 性 。 A s p o r i n基 因与在骨关节炎的相关性 已被证 实。K i z a w a 等通过实验证 明了a s p o r i n与骨关节炎之间的关 系。人 类 a s p o r i n基 因对 T G F B的活性的抑制作用呈等位基 因专一 性 ，
14、骨关节炎相关等位基 因D1 4较其他等位基 因具有更强 的抑制作 用。无论 是外 源性还是 内源性基 因， 均抑 制软骨形 成l 】 7 。 应用S i R N A方法抑制 a s p o r i n基因可增强 T G F B的表 达 从而大大增强聚集蛋白多糖和 型胶原的表达， 但这种 表达的增强， 将受到 T G F B中和抗体抑制 2 o i 。因此 ， a s p o r i n 基 因在正常生理条件下对软骨基质基 因的负性调控是通过 控制有效的 T G F B量来实现的。 A s p o r i n与 T G F B均为细胞 外基质 分泌蛋 白 。 通过 旁分泌的形式发挥 作用 驯。
15、这 两种蛋 白在体 外环境 下可直接作 用 ” 。A s p o r i n通过 L R R s与 T G F p非共价结合， 亲和交联实验表明 a s p o r i n与 T G F p结合可 阻止 T G F B与其细胞表面的受体结合l 5 。因椎间盘细胞外 基质中的 a s p o r i n会随着年龄的增加而增加， 通过竞争性的 结合 T G F p受体， 阻碍 T G F B与 T G F p受体的结合来抑制 T G F B信号通路 ， 从而诱导椎间盘细胞外基质的降解。 此外 最新研究表 明， a s p o r i n能与 d e c o r i n( 核心蛋 白 聚糖) 竞争性的结合 I型胶原蛋 白， 促进 I型胶原蛋 白的 钙 化 z A s p o r i n可与 I型胶 原 蛋 白结 合 。这种 结 合 可被 a s p o r i n的富亮氨酸片段 L R R和全长的 d e c o r i n抑制 ，但不 能被 b i g l y c a n ( 二聚糖) 抑制。相关实验证明了a s p o r i n主要 通过 多聚天冬氨酸片段募集 C a z 并促进 H A ( 羟基磷灰石) 的 形成 。进 而导 致 I型胶 原蛋 白的钙 化 。这 一过 程 与 退 变椎间盘
