椎間盤退變基因治療的研究進(jìn)展

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1、椎間盤退變基因治療的研究進(jìn)展【關(guān)鍵詞】椎間盤退變椎間盤退變可以引起一系列脊柱退變性疾病如椎間盤突出、脊柱不穩(wěn)、神經(jīng)根病變和脊髓病變等，目前的治療方法主要是手術(shù)治療，但手術(shù)方法只是處理終末期的癥狀，不能逆轉(zhuǎn)疾病過程本身。因此國內(nèi)外學(xué)者們一直致力于尋找一種能逆轉(zhuǎn)這個疾病過程的方法，近來對椎間盤的生化構(gòu)成及其內(nèi)環(huán)境的進(jìn)一步了解以及某些基因被發(fā)現(xiàn)對椎間盤內(nèi)基質(zhì)合成和分解有著重要的影響，這些為科學(xué)家尋求逆轉(zhuǎn)這個疾病過程提供了新方法。為此，在過去幾年里很多關(guān)注的焦點(diǎn)都集中在基因治療上，并取得了預(yù)期效果?，F(xiàn)就其研究近況綜述如下。1椎間盤退變的生物學(xué)特性椎間盤退

2、變的確切機(jī)制還有待研究，但其過程大致是由于機(jī)械、營養(yǎng)、生物因素等各種因素造成損傷，導(dǎo)致椎間盤炎癥介質(zhì)增多、基質(zhì)金屬蛋白酶和其他蛋白水解酶含量及活性增加，引起細(xì)胞外基質(zhì)降解，髓核細(xì)胞數(shù)目減少，進(jìn)而使蛋白多糖、膠原的合成減少，使得髓核中蛋白多糖合成和分解不平衡，最終導(dǎo)致髓核中蛋白多糖和水分的凈虧損，不能維持椎間盤內(nèi)的張力，進(jìn)一步加劇椎間盤的退變。因此通過增加髓核中蛋白多糖的含量來延緩或預(yù)防退變過程加劇是可行的。此外，椎間盤是一個被封住的結(jié)構(gòu)，沒有血管，其營養(yǎng)供應(yīng)幾乎完全依賴于其周邊區(qū)域血管的擴(kuò)散。這不利于它損傷修復(fù)，但這個封閉相對缺血的結(jié)構(gòu)，可以避免

3、在髓核中發(fā)生自身免疫反應(yīng)。Nishida等〔1〕在對椎間盤用腺病毒進(jìn)行螢光素酶基因傳遞的前數(shù)周，先把腺病毒注射到宿主皮下進(jìn)行免疫，后發(fā)現(xiàn)椎間盤內(nèi)螢光素酶的表達(dá)沒有受到任何影響。這個結(jié)果顯示椎間盤可能把載體及蛋白產(chǎn)物與免疫系統(tǒng)隔絕開來，使得這些外來載體和蛋白產(chǎn)物免受免疫系統(tǒng)的排斥。而這一直是困擾著體內(nèi)其他組織的轉(zhuǎn)基因表達(dá)，這就使基因療法在椎間盤的應(yīng)用比其他組織更具有優(yōu)勢?？蛇x用的基因及其應(yīng)用現(xiàn)在一般認(rèn)為椎間盤退變主要是由于髓核內(nèi)蛋白多糖的合成和分解不平衡引起的，因此可以從增加蛋白多糖的合成或抑制蛋白多糖的分解兩方面入手，最終使蛋白多糖的含量增加，逆

4、轉(zhuǎn)退變過程?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一些因子及其相應(yīng)的基因?qū)δ孓D(zhuǎn)這個過程可能是有益的。.1轉(zhuǎn)化生長因子早在20世紀(jì)90年代早期Thompson等〔2〕在體外用外源性TGFβ1處理犬的椎間盤細(xì)胞，結(jié)果蛋白多糖合成顯著增加。后來Nishida等〔3〕以腺病毒為載體，在體內(nèi)把TGFβ1基因轉(zhuǎn)染健康兔子的髓核細(xì)胞。這些兔子分別在1~6周后先后被殺，單獨(dú)對髓核細(xì)胞進(jìn)行分析顯示有活性和總的TGFβ1都急劇的增加，與那些沒有轉(zhuǎn)染的細(xì)胞和轉(zhuǎn)染了螢光素酶標(biāo)記基因的細(xì)胞相比蛋白多糖總量增加了1倍。接著，Moon等〔4〕用含有TGFβ1的腺病毒載體在體外轉(zhuǎn)染人椎間盤細(xì)胞結(jié)果顯

5、示蛋白多糖和膠原合成有顯著增加，與導(dǎo)入標(biāo)記基因的細(xì)胞相比，增加了達(dá)3倍之多。Makarand等〔5〕取出鼠整個椎間盤在含有TGFβ1或TGFβ的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，1周后結(jié)果顯示椎間盤的大體結(jié)構(gòu)保存，無髓核細(xì)胞死亡的證據(jù)，但與TGFβ1相比，TGFβ3更能提高關(guān)鍵性基質(zhì)的合成，保持轉(zhuǎn)化生長因子受體表達(dá)，降低膠原轉(zhuǎn)型等。.2骨形態(tài)發(fā)生蛋白目前研究BMP家族成員包括有BMP2、BMP7、BMP13等。Li等〔6〕人在體外用外源性BMP2處理鼠的椎間盤細(xì)胞，不僅使得椎間盤中的聚集蛋白聚糖表達(dá)增加，還促進(jìn)了OP1的表達(dá)。BMP7也稱OP1

6、，Takegami等〔7〕用兔的髓核和纖維環(huán)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，顯示OP1不僅促進(jìn)蛋白多糖的合成，而且還能恢復(fù)由IL1造成的蛋白多糖的丟失。Jesse等〔8〕人在兔子髓核內(nèi)注射OP1結(jié)果顯示了OP1可以部分恢復(fù)退變椎間盤的高度和黏滯性，同時也使髓核的濕重增加，DNA、蛋白多糖和膠原的含量都增加。BMP13也成為GDF6或者也稱為CDMP2。雖然它屬于BMP家族，但它的氨基酸序列只有50％與BMP2同源。用軟骨細(xì)胞株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)〔9〕顯示BMP13能促進(jìn)蛋白多糖的合成，保持軟骨細(xì)胞表型，但它的作用明顯弱于BMP2。如果同時給予BMP2，BM

7、P13則顯示兩者對促進(jìn)蛋白多糖合成或軟骨細(xì)胞基因表達(dá)有疊加效應(yīng)，但無協(xié)同作用。.3生長分化因子5也稱為軟骨源性形成蛋白1，在胚胎形成時，它主要存在于形成軟骨的間質(zhì)內(nèi)和形成長骨過程中的軟骨核心。Walsh等〔10〕比較了GDF5、TGFβ1、IGF1、FGF4種因子對鼠椎間盤退變模型的治療作用，結(jié)果顯示只有GDF5與對照組相比能增加椎間盤高度，此外在組織切片中發(fā)現(xiàn)它能使內(nèi)纖維環(huán)和移行帶的細(xì)胞數(shù)目增加。Wang等〔11〕在體外用腺病毒傳遞GDF5發(fā)現(xiàn)它能促進(jìn)細(xì)胞的增殖。.4促有絲分裂因子它包括胰島素樣生長因子，表皮樣生長因子和成纖維生

8、長因子。Thompson等〔2〕在體外用成年狗的椎間盤細(xì)胞顯示這些促有絲分裂因子都能促進(jìn)蛋白多糖合成，但總體來說，EGF的這個作用比其他