椎间盘退变患者血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1及抑制剂1的表达

中国组织工程研究第20卷第29期2016–07–08出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchJuly8,2016Vol.20,No.29ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4303·研究原著·邓斌，男，1980年生，山东省济宁市人，汉族，山东中医药大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨关节、脊柱相关方面研究。中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)29-04303-08稿件接受：2016-04-28，王叶新2，孟纯阳2(1邹城市人民医院骨外科，山东省济宁市273500；2济宁医学院附属医院脊柱外科，山东省济宁市272000)引用本文：邓斌，王叶新，孟纯阳.椎间盘退变患者血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1及抑制剂1的表达[J].中国组织工程研究，2016，20(29):4303-4310.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.29.007ORCID:0000-0002-4454-0047(邓斌)文章快速阅读：文题释义：基质金属蛋白酶：基质金属蛋白酶是一个大家族，因其需要Ca2+、Zn2+等金属离子作为辅助因子而得名。其家族成员具有相似的结构，一般由5个功能不同的结构域组成：①疏水信号肽序列；②前肽区，主要作用是保持酶原的稳定，当该区域被外源性酶切断后，基质金属蛋白酶酶原被激活；③催化活性区，有锌离子结合位点，对酶催化作用的发挥至关重要；④富含脯氨酸的铰链区；⑤羧基末端区，与酶的底物特异性有关。其中酶催化活性区和前肽区具有高度保守性。基质金属蛋白酶成员上述结构的基础上各有特点，各种基质金属蛋白酶间具有一定的底物特异性，但不是绝对的。同一种基质金属蛋白酶可降解多种细胞外基质成分，而某一种细胞外基质成分又可被多种基质金属蛋白酶降解，但不同酶的降解效率可不同。腰椎退变：其实质是关节软骨发生退变，继发以关节边缘和软骨下骨质以增殖性新形成的一种关节病变。腰椎开始退变后，首先出现椎间盘的变性，使椎间盘容易被压缩而丧失其正常的高度，椎体间距离缩短、脊椎骨前后的韧带因此而变得松弛，造成椎体之间的不稳定，相互之间活动过度。椎体间活动度增大后，在椎体边缘易于出现微小的、反复的、积累性损伤，可以导致微小的局部出血及渗出。经过一段时间以后，出血及渗出被吸收纤维化，以后可逐步形成钙化。摘要背景：基质金属蛋白酶现被公认为能降解所有的细胞外基质，基质金属蛋白酶分泌过多或金属蛋白酶抑制剂的分泌减少能破坏细胞外基质的动态平衡。目的：试图阐明基质金属蛋白酶1和金属蛋白酶抑制剂1在椎间盘退变的发病机制。方法：选择60例椎间盘退变患者，根据磁共振(MRI)检查结果分为椎间盘有轻度的退变信号、椎间盘中度抑制信号及椎间盘严重的退变信号3个亚组；对照组20例椎体骨折(颈椎为主)但椎间盘正常的患者。在术前收集静脉血液样品，随后收集病变的椎间盘组织。结果与结论：①椎间盘退变组患者血清和组织中的基质金属蛋白酶1水平显著高于对照组(P0.05)；②在所有亚组之间的进一步比较发现，重度椎间盘退变患者相比轻度或中度患者有较高的基质金属蛋白酶1表达水平(P0.05)；③然而金属蛋白酶抑制剂1的表达水平在椎间盘退变组和对照组之间的组织或者血清中没有显著差异(P0.05)。金属基质蛋白酶1的表达在椎间盘退变患者中得到增强，金属蛋白酶抑制剂1的表达与椎间盘退行性变无关。对照观察椎间盘退变患者血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1和金属蛋白酶抑制剂1的表达MRI检查分为：椎间盘轻度退变信号20例；椎间盘中度抑制信号20例；椎间盘严重退变信号20例；单纯椎体骨折20例0.20.150.10.050.例椎间盘退变患者60例血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1和金属蛋白酶抑制剂1的表达邓斌，等.椎间盘退变患者血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1及抑制剂1的表达P.O.Box10002,Shenyang110180’sHospital,Jining273500,ShandongProvince,China关键词：组织构建；骨组织工程；椎间盘退变；基质金属蛋白酶1；金属蛋白酶抑制剂1主题词：基质金属蛋白酶类；脊柱；椎间盘；组织工程Serumandtissuelevelsofmatrixmetalloproteinase-1anditstissueinhibitorinpatientswithintervertebraldiscdegenerationDengBin1,WangYe-xin2,MengChun-yang2(1DepartmentofOrthopedics,ZouchengPeople’sHospital,Jining273500,ShandongProvince,China;2DepartmentofSpineSurgery,AffiliatedHospitalofJiningMedicalUniversity,Jining272000,ShandongProvince,China)AbstractBACKGROUND:Matrixmetalloproteinasesarenowgenerallyconsideredtobeabletodegradeallextracellularmatrices.Hypersecretionofmatrixmetalloproteinasesorreductionintissueinhibitorsofmatrixmetalloproteinasesleadstodestructionofthedynamicbalanceofextracellularmatrix.OBJECTIVE:Toelucidatetheroleofmatrixmetalloproteinase-1andtissueinhibitorofmatrixmetalloproteinase-1inthepathogenesisandprogressionofintervertebraldiscdegeneration.METHODS:Atotalof60patientswithintervertebraldiscdegenerationwereincluded.Mild,moderate,andseveredegenerationsignalsappearedonMRIimagingofthepatients.Meanwhile,20patientswithvertebralfracture,mainlycervicalspinefracture,wereselectedasthecontrolgroup.Venousbloodsampleswerecollectedbeforethesurgery;theintervertebraldiscspecimensweresequentiallycollected.RESULTSANDCONCLUSION:Serumandtissuelevelsofmatrixmetalloproteinase-1inpatientswithintervertebraldiscdegenerationweresignificantlyincreasedcomparedwiththecontrolgroup(P0.05),andfurthermorethoseweresignificantlyincreasedinpatientswithseverediscdegenerationcomparedwithpatientswithmildandmoderatediscdegeneration(P0.05).However,serumandtissuelevelsoftissueinhibitorsofmatrixmetalloproteinasesdidnotdiffersignificantlybetweenthediscdegenerationandcontrolgroups(P0.05).Theseresultsindicatethathypersecretionofmatrixmetalloproteinase-1occursinpatientswithintervertebraldiscdegeneration;however,theexpressionoftissueinhibitorofmatrixmetalloproteinase-1isnotcorrelatedwithintervertebraldiscdegeneration.Subjectheadings:MatrixMetalloproteinases;Spine;IntervertebralDisk;TissueEngineeringCitethisarticle:DengB,WangYX,MengCY.Serumandtissuelevelsofmatrixmetalloproteinase-1anditstissueinhibitorinpatientswithintervertebraldiscdegeneration.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(29):4303-4310.0引言Introduction根据美国骨伤病学会调查，1995年以来因椎间盘退变丧失生活自理能力而使用轮椅的人仅次于脑血管病，名列“致残率最高的头号疾病第二位”！[1]。中国约有80%的成年人出现过腰腿疼。轻度椎间盘退变患者在出现酸胀、僵硬、腰腿疼痛、麻木、无力等症状后，由于治疗不及时，会相继出现痉挛性剧痛、行走困难、活动受限等中度症状；严重者会导致尿便失禁等[2]。通过分析椎间盘的病变过程发现纤维环细胞基质的合成与降解的失衡，会引起非聚合性蛋白多糖向更高浓度聚集，进而减少与水分子的结合，出现失水、降低弹性；另外纤维化的胶原类型越来越多的代替正常的胶原，也使椎间盘的弹性逐渐丢失[3]。在分子代谢水平上研究引起椎间盘退变的原因已经成为国内外的热点，近年来发现基质金属蛋白酶是一组需要Zn2+、Ca2+等金属离子作为辅助因子的同工酶，其功能为参与细胞外基质的降解，具有减少细胞外和基膜组分的作用，能降解除多糖以外几乎所有细胞外基质成分，是降解细胞外基质的关键酶类。基质金属蛋白酶的上调可导致细胞外基质的降解升高，交替的胶原组分，纤维环的破损和椎间组织的损伤，最后导致髓核的变性，从而引起相应的椎间盘病变的症状[4]。金属蛋白酶抑制剂是基质金属蛋白酶的抑制剂，也参与椎间盘的退变[5]。同基质金属蛋白酶家族类似，金属蛋白酶抑制剂也是一种多基因家族，至少包括4个成员。目前研究较多的是金属蛋白酶抑制剂1和金属蛋白酶抑制剂2，相对分子质量分别是21000和29500，二者具有相关的氨基酸序列，均能以非共价键形式与活性邓斌，等.椎间盘退变患者血清及髓核组织中基质金属蛋白酶1及抑制剂1的表达ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4305状态的基质金属蛋白酶相结合，并因此抑制其活性。金属蛋白酶抑制剂1可与所有活化状态的基质金属蛋白酶相结合，但相比而言抑制基质金属蛋白酶1更为迅速有效，金属蛋白酶抑制剂2则在抑制明胶酶A方面较金属蛋白酶抑制剂1更有效。研究显示金属蛋白酶抑制剂的作用机制不但在于可直接与活化的基质金属蛋白酶相结合而抑制其活性，同时还可通过干扰后者的激活的过程而发挥有效的作用[6]。Baillet等[7]研究发现，椎间盘的手术损伤可引起基质